WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Соснин Эдуард Анатольевич

действие излучения газоразрядных

эксиламп на жидкую и газовую фазы

органических веществ

01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук





Томск – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский государственный университет» и в Институте сильноточной электроники СО РАН.

Научный консультант:

Тарасенко Виктор

Федотович

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Бычков Юрий Иванович

доктор физико-математических наук, профессор

Лисицын Виктор

Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор

Кудряшова Надежда

Степановна

доктор физико-математических наук, профессор

Ведущая организация:

ГУП ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (г. С.-Петербург).

Защита состоится “11”_июня__2009 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.04 по присуждению ученой степени доктора физико-математических наук при Томском государственном университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан “____” _____________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                /Б.Н. Пойзнер/

Общая характеристика работы



Актуальность темы. Впервые спонтанное вакуумное ультрафиолетовое (ВУФ) излучение эксимерных молекул стало объектом внимания в 1913 г. [1*]. В то время отсутствовали альтернативные источники излучения в ВУФ-области спектра, что стимулировало серию работ по практической реализации ВУФ-источников непрерывного излучения, и к 1963 г. были открыты широкополосные непрерывные континуумы в газах Ne, Ar, Kr, H2 [2*]. Наиболее удачная качественная их интерпретация сделана в 1970 г. на примере двухатомной молекулы Xe2* [3*]. После этого началось активное изучение условий получения спонтанного и вынужденного ультрафиолетового (УФ) или ВУФ-излучения эксимерных и эксиплексных молекул. Выяснилось, что часто способы, системы и режимы возбуждения эксимерных и эксиплексных сред, имеющие ограниченные возможности для получения лазерной генерации, пригодны для получения спонтанного излучения. К 1997 г. мощное спонтанное излучение в ВУФ- и УФ-областях спектра было зарегистрировано при возбуждении пучком электронов, в барьерном, тлеющем, скользящем, микроволновом, искровом разрядах, в импульсном самостоятельном разряде с УФ-предыонизацией и т.д. [4*–14*]. В 1994 г. для обозначения всего многообразия источников спонтанного излучения на переходах эксимерных и эксиплексных молекул было предложено общее название эксилампы [15*]. К началу нашей работы (1995 г.) были созданы отдельные образцы эксиламп и проведены широкие исследования действия излучения эксиламп барьерного разряда на различные материалы и среды, используемые в микроэлектронике [16*], заложены основы применения эксиламп в осуществлении фотохимических превращений веществ [17*, 18*], выполнено первое исследование действия излучения эксиламп на микроорганизмы [19*].

В целом применение излучения эксиламп открыло интересные возможности для управления фотопроцессами, которые предстояло подробно изучить. Это, в свою очередь, требовало создания новых стабильных и интенсивных эксиламп с различными оптическими характеристиками.

Таким образом, к началу работы были актуальны два взаимосвязанных направления исследований:

1) формирование интенсивного, эффективного и стабильного излучения эксиламп с различными энергетическими, амплитудно-временными и спектральными характеристиками;

2) изучение известных и поиск новых фотопроцессов, осуществляемых под воздействием излучения эксиламп.

В настоящей работе представлены результаты по обоим этим направлениям. 

Цель работы и задачи. Основной целью данной работы был поиск и изучение перспективных фотопроцессов, основанных на действии УФ- и ВУФ-излучения эксиламп. Для достижения этой цели было необходимо:

  1. Найти условия формирования интенсивного и стабильного излучения в бинарных и многокомпонентных газовых средах ряда перспективных эксиламп, в т.ч. для многоволнового излучения, и создать практически применимые образцы эксиламп.
  2. Проанализировать существующие приложения спонтанного ультрафиолетового излучения и сформулировать предложения по расширению применений эксиламп.
  3. Экспериментально изучить воздействие излучения эксиламп на жидкую и газовую фазы ряда органических веществ природного и техногенного происхождения.
  4. Построить качественные модели, объясняющие действие излучения эксиламп на изучаемые системы.

Методы исследований. Решение поставленных задач осуществлялось на основе лабораторных и натурных экспериментов, математических оценок. В исследованиях оптических сред применялись стандартные методики спектральных и энергетических измерений с использованием современных измерительных приборов. Кроме того, в целях верификации измерений интенсивности излучения, проведенных стандартными методами, были разработаны новые актинометрические методы, обоснование и экспериментальная проверка которых представлена в гл. 8. В части, посвященной действию излучения эксиламп, использовались спектральные методы (флуориметрия, спектрофотометрия), препаративные и оценочные методы биологии (метод Коха для кратных разведений, метод окрашивания клеточных культур), медицины (оценка клинической эффективности проводимой пациентам терапии через индекс PASI), методы химического анализа (вольтамперометрия, хроматрография, анализ общего органического углерода).

Положения, выносимые на защиту

1. В эксилампах барьерного разряда реализуются условия, обеспечивающие излучение на двух и более полосах люминесценции в УФ-области спектра нескольких рабочих молекул. Их относительную интенсивность можно регулировать за счёт выбора отношения концентраций компонент смеси и, дополнительно, применяя конструкцию многобарьерной эксилампы, состоящей из нескольких неосообщающихся объёмов.

2. При сокращении длительности импульса возбуждения оптической среды эксилампы барьерного разряда на основе тройных смесей Ne(He)-Xe(Kr)-HCl(Cl2) при давлениях до 200-250 Торр формируется объёмный разряд, эффективность излучения которого ниже, чем при возбуждении синусоидальным напряжением с длительностью полупериода десятки микросекунд, когда формируются микроразряды конической формы.

3. В эксилампах, возбуждаемых ёмкостным разрядом низкого давления (до 10 Торр) с частотами следования импульсов возбуждения десятки-сотни килогерц, в бинарных смесях Xe(Kr)-Br2(Cl2) эффективность излучения B–X полос растёт в ряду молекул KrBr*(207 нм), KrCl*(222 нм), XeCl*(308 нм) и XeBr*(283 нм), а плотность мощности излучения достигает нескольких десятков мВт/см2. В оптимальных условиях ёмкостного разряда столб разряда сужен, в отличие от условий в классическом тлеющем разряде, а средняя мощность и эффективность излучения ниже, чем в оптимальных условиях тлеющего разряда.

4. Действие ВУФ-излучения Xe2-эксилампы с максимумом на  = 172 нм снижает концентрацию водного пара в природном газе на 40-60 % и одновременно осуществляет димеризацию углеводородов С3С6.

5. Действие излучения KrCl-эксилампы ёмкостного разряда с длительностью импульса около 1 мкс на порядок увеличивает эффективность фотолиза нейтральных водных растворов фенола (10–3 моль/л) по сравнению с облучением KrCl-лазером с длительностью импульса около 10 нс и плотностью импульсной мощности 2 МВт/см2 при одинаковых экспозициях (от 0.01 до 0.1 Дж/см2).

6. Фотодеградация стойкого к рентгеновскому и УФ-излучению карбамида происходит через окисление •OH радикалами, полученными в процессе гомолиза воды излучением Xe2-эксилампы: структура энергетических состояний молекулы карбамида затрудняет её прямой фотолиз оптическим излучением на длинах волн  < 200 нм.

7. Применение эксиламп на молекулах XeBr* и KrCl* в полярографических методах определения форм элементов I, Cd, Zn, Pb и Cu в аналитических пробах обеспечивает разрушение органических веществ без добавок окислителей, ускоряет деактивацию кислорода в растворах за счёт усиления процесса фотогенерации радикалов из фоновых кислот и разрушает поверхностно-активные вещества, служащие помехой в определении следовых элементов в растворах.

8. Бактерицидная эффективность эксиламп ёмкостного разряда убывает в ряду рабочих молекул: XeBr* > KrCl* > XeCl*, а бактерицидная эффективность эксиламп барьерного разряда – в ряду рабочих молекул: XeBr* > KrCl*+KrBr* > KrCl*. Оптимальное инактивирующее действие достигается, если в спектре излучения основная часть энергии излучается вблизи первого и/или второго максимумов поглощения ДНК, спектр имеет полосовой характер. Инактивация коротковолновым излучением выражена слабее из-за  поглощения излучения оболочками микроорганизмов.

9. Зависимость степени инактивации фибробластов Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) от поверхностной дозы облучения I2- и XeBr-эксилампами ёмкостного разряда носит пороговый характер, и для инактивации требуются на 1-2 порядка большие дозы УФ-излучения, чем для бактерий: инактивации препятствуют вещества, нейтрализующие оксиды и свободные радикалы, образующиеся под воздействием УФ-излучения.

10. Ферриоксалатный и метанольный актинометры обеспечивают измерение интенсивности излучения Xe2-, XeCl-, KrCl- и XeBr-эксиламп и отличаются тем, что концентрацию фотоактивного вещества определяют электрохимическими методами, при этом линейность световой характеристики химического фотоприемника обеспечивается выбором концентрации фотохимически активного вещества.

Достоверность защищаемых положений и других результатов подтверждается: 1) согласием полученных результатов с данными других научных групп при близких условиях, в том числе по оптимальным условиям излучения эксиплексных молекул в барьерном разряде [16*, 20*], по фотолизу растворов органических веществ [17*, 18*], по фотоминерализации органических проб [21*], по УФ-инактивации [19*], по фототерапии псориаза [22*], 2) согласием экспериментальных данных с теоретическими расчетами об оптимальных условиях формирования излучения в эксилампах [23*].

Новизна полученных результатов:

  1. Обнаружен визуальный маркер эффективности люминесценции эксиплексных молекул в барьерном разряде в тройных смесях с легким буферным газом (1998, 2000).
  2. Установлены спектральные и энергетические характеристики излучения многополосных эксиламп барьерного разряда (2007, 2008).
  3. Предложены и апробированы способы увеличения полезного срока службы безэлектродных эксиламп (2002, 2003).
  4. Установлены соотношения между геометрическими размерами трубок, электродов и газоразрядных промежутков эксиламп ёмкостного разряда, оптимальные для зажигания разряда и формирования эффективного излучения (2005, 2007).
  5. Предложены конструкции коаксиальных и цилиндрических эксиламп безэлектродного типа (патент RU 2271590, приоритет 10.10.2005; патент RU 2239911, приоритет 11.04.2003; патент RU 59324, приоритет 09.06.2006).
  6. Получена сравнительная эффективность фотопревращений крезолов под воздействием KrCl- и XeBr-эксиламп ёмкостного разряда (2002).
  7. Найдены эффекты осушки и увеличения содержания тяжелых компонентов в природном газе, содержащем небольшие концентрации воды, под воздействием излучения Xe2* и KrCl* молекул (2004, 2005; патент RU 2284850, приоритет 09.03.2006.).
  8. Показано, что прямой фотолиз карбамида излучением на  > 200 нм неэффективен, а его фотоминерализация возможна при использовании ВУФ-излучения димеров Xe2* (2005).
  9. Для решения задачи определения концентрации химических элементов Pb, Hg, Zn и I в органических материалах использованы XeCl, KrCl и XeBr-эксилампы ёмкостного разряда (2001, 2002, 2004).
  10. Доказано инактивирующее действие излучения эксиламп барьерного и ёмкостного разряда на живые клетки и бактерии (20012008; патент RU 2225225, приоритет 14.08.2001; патент RU 43458, приоритет 27.09.2004; патент RU 62224, приоритет 09.01.2007).
  11. Созданы и апробированы новые актинометрические системы для измерения интенсивности излучения KrCl, XeCl, Xe2- эксиламп (2003, 2005).
  12. Обнаружено фоторегуляторное действие излучения KrBr- и XeCl-эксиламп на накопление фотосинтетических пигментов в хвое сеянцев растений Pinus sibirica Du Tour, Picea ajanensis Lindl. et Gord. (Fisch. ex Carr.) и Larix cajanderi  Mayr (Worosch.) (2005).
  13. Предложена идея комбинированного метода разложения хлорфенолов, основанного на УФ-облучении с последующей биодеградацией (2005, 2008).

Научная ценность:

  1. Определены условия формирования интенсивного излучения молекул KrBr*(207 нм), XeBr*(283 нм) и KrCl*(222 нм) в барьерном разряде для случая многополосного излучения.
  2. Определены условия формирования интенсивного излучения молекул KrBr*(207 нм), KrCl*(222 нм), XeCl*(308 нм) и XeBr*(283 нм) в ёмкостном разряде.
  3. Определены условия увеличения сроков службы рабочих сред KrCl-, XeCl-, XeBr-эксиламп ёмкостного и барьерного разрядов.
  4. Предложенные эксилампы барьерного и ёмкостного разрядов позволили решать научно-исследовательские задачи (49-е защищаемые положения) в химическом анализе, фотобиологии и фотохимии.
  5. Получены данные об изменении компонентного состава газообразных углеводородов, находящихся под воздействием ВУФ-излучения.
  6. С фотофизических позиций дано объяснение факту резистентности к прямому фотолизу и найдены условия его разложения под воздействием ВУФ-излучения.
  7. Получены данные о спектральном составе излучения эксиламп, обеспечивающих эффективную инактивацию микроорганизмов.
  8. Показана целесообразность использования эксиламп для углубления понимания роли спектрального состава излучения в сохранении УФ-резистентности микроорганизмов.
  9. Результаты защищаемого положения 9 демонстрируют специфичность действия УФ-излучения на живые клетки.

Практическая значимость:

  1. Созданные эксилампы ёмкостного разряда на молекулах XeCl* (308 нм), KrCl* (222 нм), XeBr* (283 нм) и KrBr* (206 нм) обеспечивают энергетическую светимость до единиц-десятков мВт/см2.
  2. Созданная многополосная KrBr-эксилампа барьерного разряда с максимумами излучения на 291 и 206 нм обеспечивает среднюю мощность P = 4.8 Вт и эффективность η = 2.4%, соответственно.
  3. Созданная многополосная KrBr_KrCl-эксилампа барьерного разряда с максимумами излучения на 206, 291 и 202 нм обеспечивает в условиях равенства B–X полос молекул KrBr* и KrCl* P = 0.7 Вт и η = 3%.
  4. Созданная многополосная KrСl_XeBr-эксилампа барьерного разряда в конструкции с тремя барьерами и двумя несообщающимися объемами обеспечивает в условиях равенства B–X полос рабочих молекул P = 0.8 Вт.
  5. Созданные KrCl-, XeBr- и I2-эксилампы ёмкостного разряда обеспечивают стабильную работу без заметного спада мощности излучения не менее 3500, 2500 и 1000 ч.
  6. Использование сегментированного электрода в коаксиальных конструкциях эксиламп барьерного разряда или применение поверхностного барьерного разряда в  цилиндрических конструкциях эксиламп увеличивает срок службы рабочих смесей.
  7. Коническая форма микроразряда служит визуальным маркером достижения оптимальных условий в барьерном разряде в галогеносодержащих смесях.
  8. Использование эксиламп ёмкостного разряда для проведения процесса фотохимической пробоподготовки органических проб на различных ее этапах  увеличивает экспрессность процесса пробоподготовки, ускоряет процессы деактивации кислорода в растворах, разрушения поверхностно-активных веществ, увеличивающих помехи в определении следовых элементов в растворах.
  9. Предложеный режим ввода энергии ультрафиолетового излучения на B–X переходах эксиплексной молекулы KrCl* повышает эффективность фотопревращений фенола в водных растворах.
  10. Эффекты действия ВУФ-излучения на природный газ (осушка и увеличение доли тяжёлых фракций) перспективны для разработки технологии конверсии природного газа.
  11. Установленные факты достоверного инактивирующего действия излучения эксиламп на микроорганизмы позволили сформулировать требования к бактерицидным установкам на их основе.
  12. Предложены и апробированы два новых актинометра для измерения излучения УФ- и ВУФ-эксиламп.
  13. Предложенная XeCl-эксилампа использована для лечения кожных заболеваний.

Сведения о внедрении результатов:

Автор участвовал в создании и внедрении различных эксиламп, которые были переданы в научные и коммерческие организации в России (15 шт.) и за рубеж (50 шт.), например, в Сибирский физико-технический институт (Томск, Россия, 2001, 2005 гг.); в технологический университет Эйндховен (Голландия, 2003 г.); компанию DermOptics SAS (Ницца, Франция, 2003 г.); в компанию USHIO Inc. (Хиого, Япония, 2004 г.); в НТЦ «Реагент» (Москва, Россия,  2005-2006 гг.); в аналитический центр Байкальского института природопользования (Улан-Удэ, Россия, 2007 г.); в Лоуренсовскую национальную лабораторию (Ливермор, США, 2008 г.) и т.д. Акты внедрения эксиламп прилагаются к диссертации.

Созданные эксилампы использовались в учебном процессе для проведения дипломных исследований в Томском государственном, Томском политехническом и Новосибирском государственном техническом университетах.

Личный вклад автора. Диссертация является обобщением работ автора, выполненных в 19952008 гг. совместно с сотрудниками Томского государственного университета (ТГУ), ИСЭ СО РАН и других научных организаций. НИР по изучению и разработке эксиламп была поставлена в Институте сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН) заведующим лабораторией оптических излучений (ЛОИ) В.Ф. Тарасенко в 1992 г., который с 1995 г. предложил автору развивать эти работы и участвовать в постановке и обсуждении результатов.

В большинстве случаев в исследованиях, представленных в диссертации, автору принадлежат постановка, выбор методов, решение поставленных задач и анализ полученных результатов. Для изучения фотопроцессов, основанных на действии УФ- и ВУФ-излучения эксиламп, автор создавал временные научные группы, в которых он руководил ходом работ. Конструктивные решения для облучателей на основе эксиламп – результат совместной работы сотрудников ЛОИ и автора. Автор использовал источники питания, разработанные в ЛОИ Д.В. Шитцем1 и В.С. Скакуном в 19952007 гг. Исследования по материалам гл. 2, п. 2.2 проведены совместно с В.С. Скакуном, по гл. 2, п. 2.3 – с М.В. Ерофеевым и С.М. Авдеевым, защитившими под руководством автора кандидатские диссертации (М.В. Ерофеев  при совместном руководстве с В.Ф. Тарасенко). Данные, полученные автором по гл. 2, п. 2 сравниваются с результатами моделирования, выполненного А.М. Бойченко (Институт общей физики РАН, г. Москва). Исследования гл. 3 используют идею В.С. Скакуна и М.И. Ломаева, предложивших в 1998 г. применять для возбуждения эксиламп ёмкостной разряд. Исследования по материалам гл. 5, п. 5.1 проведены совместно с коллективом отдела фотоники молекул Сибирского физико-технического института при ТГУ (Т.Н. Копылова, В.А. Светличный, И.В. Соколова, Т.В. Соколова, Н.Б. Сультимова, О.Н. Чайковская) в 2000-2003 гг. Исследования по материалам гл. 5, п. 5.2 проведены совместно с В.И. Ерофеевым (ООО «Томскнефтехим»), М.В. Ерофеевым, А.И. Сусловым. Интерпретация данных, полученных в п. 5.4, выполнена вместе с Н.Ю. Васильевой (Сибирский физико-технический институт при ТГУ). Исследования по материалам гл. 6, 8 проводились с В.Н. Волковой (ТГУ) и Э.А. Захаровой (ТПУ), за исключением материалов гл. 6, п. 6.2.4, выполненных с Г.Н. Носковой и Е.Е. Ивановой (ТПУ), а по материалам гл. 7, пп. 7.2, 7.3 с Л.В. Лаврентьевой (ТГУ) и С.М. Авдеевым. Исследования по материалам гл. 7, п. 7.4 проведены с М.В. Ерофеевым.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, обсуждались на следующих конференциях и  симпозиумах: IIIVIII Международные конференции «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (Томск, Россия, 1995, 1998, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007); IX, X, XIII конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, Россия, 1996, 1998, 2006); VIII конференция по физике газового разряда (Рязань, Россия, 1996); V Всероссийская школа-семинар «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, Россия, 1999); IV и V Российско-китайские симпозиумы по физике лазеров и лазерной технологии (Томск, Россия, 1998, 2000); VII, X Международные симпозиумы по науке и технике источников света (Германия, 1998; Франция, 2004); II Международная конференция «Оптика-2001» (СПб., Россия, 2001); II объединенная научная сессия СО РАН и СО РАМН «Новые технологии в медицине» (Новосибирск, Россия, 2002); 34-я Международная конференция по атомной спектроскопии «EGAS» (София, Болгария, 2002); VII и X Всероссийские школы-семинары «Люминесценция и лазерная физика» (Иркутск, Россия, 2002, 2006); II Международное совещание по биологическим эффектам электромагнитных полей (Родос, Греция, 2002); I и II Международные конференции «Физика и контроль» (СПб., Россия, 2003, 2005); Региональная научно-практическая конференция ТСХИ НГАУ (Томск, Россия, 2003); II Интеграционная междисциплинарная конференция молодых ученых СО РАН и высшей школы «Научные школы Сибири: взгляд в будущее» (Иркутск, Россия, 2003); VII Региональная конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, Россия, 2004); III Школа-семинар молодых ученых «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, Россия, 2004); III Всероссийская конференция «Фундаментальные проблемы новых технологий» (Томск, Россия, 2006); семинар программы «DAAD/Lomonosov» (Москва, Россия, 2006); VI Международная светотехническая конференция (Калининград, Россия, 2006); XXVIII Международная конференция по феноменам в ионизованных газах (Прага, Чехия, 2007).





Публикации. По материалам диссертации опубликовано 97 работ, включая 51 публикации в журналах из списка ВАК и 13 патентов.

Структура и объём диссертации. Диссертация включает введение, 8 глав, заключение, 7 приложений, список литературы из 512 наименований. Объём диссертации составляет 287 страниц, включая 113 рисунков и 39 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обcуждается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, задачи, требующие решения, защищаемые положения и демонстрируется место и значимость работы в решении крупной научно-технической задачи поиск, исследование и интенсификация фотопроцессов, основанных на воздействии излучения эксиламп на вещество.

В первой главе сделаны предложения по терминологии, которая будет использоваться в тексте диссертации (п. 1.1). На основе литературных данных описаны механизмы образования и релаксации эксимерных и эксиплексных молекул RX*, R2* X2* (где R атом инертного газа, X атом галогена), приведены данные о формировании спектров в указанных системах (п. 1.2), дан обзор основных работ, посвященных формированию спонтанного излучения эксимерных и эксиплексных молекул в различных условиях возбуждения (п. 1.3). Из обзора следует, что к началу работы наибольшие средние мощности излучения были получены в эксилампах тлеющего и барьерного разрядов и в источниках, возбуждаемых разрядом в сверхзвуковой струе газа. Наибольшие сроки службы газовых смесей получены в эксилампах микроволнового, барьерного и поднормального тлеющего разрядов. Кроме того, была показана перспективность использования узкополосного излучения эксиламп в микроэлектронике [16*], заложены основы применения эксиламп в осуществлении фотохимических превращений [19*]. Несмотря на достигнутые результаты, нередко промышленные эксилампы оставались малодоступны, что тормозило исследования по воздействию излучения на вещество. Требовалось выявление потенциала их применения. Это обусловило логику работы, её цель и задачи.

Вторая глава посвящена нашим исследованиям условий формирования спонтанного излучения в KrBr-, KrCl-, XeBr- и XeCl-эксилампах барьерного разряда (БР), в т.ч. в многополосных эксилампах.

Изучено влияние состава и давления газовой смеси на формирование интенсивного излучения молекул KrCl* и XeCl* в тройных смесях Ne(He)-Xe(Kr)-HCl(Cl2) (п. 2.1). Получены данные, отсутствовавшие в предыдущих работах по эксилампам БР.

Оптимальные условия были достигнуты при использовании буферного газа Ne, галогеноносителя Cl2 при возбуждении синусоидальным напряжением с амплитудой до 4 кВ на частоте следования импульсов 22 кГц. Им соответствовали плотности мощности излучения ~ 10 мВт/cм2 и η ~ 5-6% и форма микроразряда, состоящая из двух конусов, повернутых друг к другу остриями с небольшой перемычкой между ними. Найденный визуальный маркер оптимальности условий в разряде - микроразряд в форме конусов - впоследствии оказался применимым к плазме БР в бинарных смесях Xe-Cl2, Xe-Br2 и Kr-Br2.

Полученные нами данные (ход напряжения на разрядном промежутке и амплитуда колебаний напряжения в оптимальных условиях) были введены в численную модель, построенную А.М. Бойченко2. Модель удовлетворительно описала некоторые наблюдавшиеся в экспериментах зависимости мощности излучения от состава и давления газовой смеси, например, тот факт, что с ростом концентрации Cl2 выше оптимальной происходит падение энергии излучения за счёт тушения рабочих молекул молекулярным хлором.

Впервые подробно изучены вопросы влияния давления и состава рабочей смеси, величины разрядного промежутка и частоты возбуждения на получение интенсивного и эффективного излучения коаксиальной KrBr-эксилампы БР в бинарных смесях Kr-Br2 (п. 2.2.1).

Спектр излучения в смеси Kr-Br2 определяется как BX переходами молекулы KrBr* с максимумом на = 207 нм, а также суммы слабых полос CA (222 нм), DA (228 нм) и континуума, соответствующего D’A’ переходу (291 нм) молекулы Br2*. Существует оптимальное соотношение Kr/Br2, и снижение доли Br2 ниже 0.2-0.3% (рис. 1, точка 4) ведёт к уменьшению энергетической светимости  как молекул KrBr*, так и Br2*. Этому факту дано объяснение по аналогии с образованием молекул KrI* и I2* в KrI-эксилампах [65].

Рис. 1. Зависимости энергетической светимости полос молекул KrBr* и Br2* эксилампы 2, полученные при оптимальных общих давлениях смесей, от доли криптона в смеси: 1 – Kr-Br2 = 100-1; 2 – Kr-Br2 = 200-1; 3 – Kr-Br2 = 400-1; 4 – Kr-Br2 = 500-1

Визуальный маркер оптимальности режима работы эксилампы БР, найденный нами в [9, 20], оказался применим к KrBr-эксилампе. Осциллографирование показывает, что в режиме с коническими микроразрядами обеспечиваются заметно большие токи через газоразрядный промежуток и, соответственно, удлинение импульса УФ-излучения и увеличение его интенсивности. На основании исследований создана многополосная KrBr-эксилампа барьерного разряда с максимумами излучения на 291 и 206 нм, обеспечивающая P = 4.8 Вт и η = 2.4%.

Впервые изучены условия формирования излучения в БР на смеси Kr-Cl2-Br2 (п. 2.2.2). Добавки брома в бинарную смесь Kr-Cl2 снижают мощность излучения, ведут к спаду полосы D’A’ молекул Cl2* и CA, DA-полос молекулы KrCl*. Одновременно с этим в спектре появляются и растут в различной степени BX-полоса молекулы KrBr* (207 нм), сумма полос CA (222 нм) и DA (228 нм), а также полоса D’A’ молекулы Br2* (291 нм). Определено соотношение между концентрацией брома и хлора в смеси, при котором реализуется примерное равенство интенсивностей полос KrBr* и KrCl* молекул. Это выполняется для смеси Kr-Cl2-Br2 = 200-0.3-0.7, т.е. когда [Br2]/[Cl2] = 2.3. Данный факт согласуется с тем, что константа скорости гарпунной реакции с образованием молекул KrCl* (k1 = 7.3⋅10-10 cм3/c) в 2.7 раза больше, чем для молекулы KrBr* (k2 = 2.7⋅10-10 cм3/c ).

В результате была создана эксилампа на смеси Kr-Cl2-Br2 с максимумами излучения на  = 207 нм (1/2 ~ 1.5 нм) и  = 222 нм (1/2 ~ 2 нм), одинаковой интенсивностью B-X полос рабочих молекул KrBr* и KrCl*, со средней мощностью и эффективностью 0.7 Вт и 3%, соответственно, и показана возможность регулирования соотношения интенсивности B-X полос рабочих молекул.

Для формирования многополосного излучения в ГОИ им. С.И. Вавилова в 1999 г. Г.А. Волковой было предложено использовать 4-барьерную эксилампу БР, заполненную парами йода и инертными газами. В п. 2.2.3 многобарьерная эксилампа с двумя несообщающимися объемами, промежутки в которых установлены последовательно, применена для получения и регулирования интенсивности B-X полос молекул KrCl* и XeBr*. На её основе создана эксилампа, излучающая одинаковые по интенсивности B-X полосы молекул на  = 222 нм, 1/2 ~ 2 нм и  = 282 нм, 1/2 ~ 2 нм, имеющая среднюю мощность излучения 1.2 Вт.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям эксиплексных ламп на смесях Kr(Xe)-Br2(Cl2), возбуждаемых ёмкостным разрядом безэлектродного типа (ЕР) в цилиндрических колбах, при частотах следования импульсов напряжения f единицы-сотни кГц и давлениях смесей до 10 Торр. До этого ёмкостной разряд в указанных условиях применялся только для возбуждения эксилампы на смеси Xe-I2 [11].

Форма ЕР в цилиндрической геометрии зависит от давления и состава смеси, тока разряда, напряженности поля и геометрических размеров колбы. Наблюдаются объемная (рис. 2(а)) и стратифицированная формы горения, контрагированный разряд. Оптимальная для получения интенсивного и эффективного излучения форма горения показана на рис. 2(б) и, как видно, отличается от объёмного горения, характерного, например, для положительного тлеющего столба в атомарных газах.

В наших условиях смесь содержит электроотрицательный газ. Поэтому при малых токах, в объёмной форме горения ЕР – по аналогии с тлеющим разрядом – контролируется преимущественно диффузией на стенку, хотя, согласно [24*], диссоциация молекулярного хлора e + Cl2 Cl + Cl- происходит уже при малых токах.

Рис. 2. Объёмная (сверху) и оптимальная (внизу) формы горения ёмкостного разряда: 1 – колба эксилампы, 2 – электроды, 3 – столб разряда, 4 – пространство между стенкой и столбом, где разряд не горит

В оптимальной форме горения величина тока уже высока, но ещё недостаточна, чтобы развивалась тепловая неустойчивость, и уже существенно сказывается прилипание. Кроме того, дополнительную стабильность к развитию тепловой неустойчивости ёмкостному разряду придаёт его импульсный характер: вследствие нелинейной зависимости частоты ионизации vi от напряженности поля E ионизация в переменном (импульсном) поле происходит преимущественно в моменты максимумов поля, а в остальное время плазма преимущественно распадается [25*]. Наши эксперименты со смесями Kr(Xe)-Cl2(Br2) показали, что оптимальная форма горения ЕР реализуется при определённых соотношениях между диаметром трубки, длиной газоразрядного промежутка d, частотой f и площадью электродов Se (п. 3.2). В оптимальных условиях эффективность излучения B–X полос излучения в ёмкостном разряде растёт в ряду молекул KrBr*(207 нм), KrCl*(222 нм), XeCl*(308 нм) и XeBr*(283 нм) и достигаются величины средней мощности до нескольких Вт.

Сделана оценка удельной мощности возбуждения в оптимальных условиях горения в диапазоне pd = (60172) см⋅Торр, когда диаметр столба разряда примерно равен диаметра разрядной трубки. Она составила (23)⋅10-18 Вт на частицу. Это по порядку величины совпадает со значениями, полученными в тлеющем разряде в смесях Xe-Cl2 при низких давлениях, когда обеспечивалась максимальная эффективность излучения [26*].

Поскольку спектр излучения напрямую определяет то, как излучение воздействует на вещество, были исследованы спектры излучения (п. 3.3) плазмы ЕР  в смесях Kr(Xe)-Cl2(Br2) (например, см. рис. 3).

Рис. 3. Спектр излучения KrBr-эксилампы ёмкостного разряда: Kr-Br2 = 100-1 (а) и 20-1 (б), p = 9 Торр, диаметр трубки 22 мм, f = 66 кГц, d = 30 см

В оптимальных условиях горения спектры включают отчётливо различимые полосы D’–A’ люминесценции молекул Cl2* и Br2* с максимумами на ~ 258 и 290 нм, соответственно, имеющие протяжённое коротковолновое крыло, которое перекрывается с излучением полос эксиплексных молекул. Во всех спектрах наблюдаются D–X полосы люминесценции с максимумом на  ~ 187, 221, 200 и 236 нм для молекул KrBr*, XeBr*, KrCl* и XeCl*, соответственно. Люминесценция D–X полосы молекулы KrBr* с максимумом на  187 нм в работах предшественников по исследованиям эксиплексных лазеров и ламп не упоминается. В стратифицированной форме разряда спектр не претерпевает изменений, лишь пропорционально меняется интенсивность всех полос. В контрагированном разряде одновременно с резким снижением интенсивности излучения происходит заметное обеднение спектра в коротковолновой его части и его приближение по форме к спектру излучения в условиях возбуждения барьерным разрядом.

По итогам исследований впервые созданы эксилампы ёмкостного разряда на рабочих молекулах XeBr*, KrCl* и XeCl*, мощность излучения которых достигает нескольких ватт.

В четвёртой главе приведены результаты наших исследований, нацеленных на повышение срока службы эксиплексных ламп безэлектродного типа. К началу нашей работы целенаправленные поиски решений этой задачи в научной литературе представлены не были.

При использовании ЕР и БР безэлектродного типа ресурс Cl-содержащей газовой среды ограничен сверху действием механизма ухода галогена на кварцевые стенки на т.н. нормальной стадии работы газоразрядного прибора. Нами показано, что деградация рабочей среды в Cl-содержащей эксилампе барьерного разряда определяется главным образом скоростью гетерофазной химической реакции атомарного хлора с кварцевой стенкой с образованием полимеров хлорсилоксанов (SinOnCl2n)x, (n=3-5) [13]. Существенно то, что: 1) хлорсилоксаны образуются в наших условиях необратимо, 2) они могут отслаиваться от кварцевой стенки, освобождая реакционную зону для возобновления гетерофазной реакции. Для ослабления действия этого механизма в эксилампах ЕР нами предложено: 1) термически обрабатывать колбы перед заполнением рабочей смесью (что уменьшает концентрацию дефектов на поверхности кварца, потенциально являющихся центрами гетерофазного взаимодействия с хлором); 2) использовать рабочие смеси, в которых доля галогена Cl2 несколько выше оптимальной (что затягивает время достижения нормального режима работы эксилампы); 3) увеличить диаметр газоразрядной трубки (это уменьшает тепловую нагрузку на стенку, уменьшает вероятность достижения атомарным хлором стенки, поскольку путь частиц от приосевой зоны к стенке колбы увеличен, кроме того, обеспечивает «запасной» хлор в объёме, в котором разряд не горит). Экспериментально показано, что все эти способы на порядок увеличивают полезный срок службы эксиламп ёмкостного разряда и что увеличение буферного объёма колбы - необходимая мера при работе в условиях повышенных энерговкладов в эксилампы ёмкостного разряда. Реализована стабильная работа отпаянной KrCl-эксилампы ёмкостного разряда в течение 3500 часов.

В условиях барьерного разряда площадь непосредственного контакта плазмы со стенкой может быть на порядок большей, чем в ЕР, поэтому механизмы потерь хлора выражены сильнее. Показано, что в эксилампах БР наиболее эффективными средствами увеличения срока службы являются увеличение буферного объёма излучателя и/или восполнение ухода галогена из смеси. Для этого были предложены и исследованы эксилампы БР с различным конструктивным исполнением (рис. 4): коаксиальная эксилампа с выходом излучения через перфорированный электрод 5 и сегментированным внутренним электродом 6 (рис. 4(а)) и эксилампа с электродами 5 и 6, расположенными по спиралям на цилиндрической поверхности колбы, между которыми горит поверхностный барьерный разряд (рис. 4(b)). В обеих конструкциях буферный объем 3 был увеличен по сравнению с классической конструкцией. В сравнении с классической коаксиальной конструкцией со сплошным внутренним электродом конструкция с сегментированным электродом (рис. 4(а)) обеспечивает примерно на треть большую плотность мощности излучения на поверхности. В квазиотпаянном режиме испытаний эксилампы с сегментированным электродом увеличивали время, за которое интенсивность излучения падала на 50% (tr50) примерно на порядок. Эта конструкция далее нашла широкое применение при изготовлении облучателей модели BD_P (описана в приложении А). 

Рис. 4. Конструкции коаксиальной (а) и цилиндрической (b) эксиламп БР: 1 - оболочка колбы; 2 - рабочий объём; 3 – буферный объём; 4 – источник питания; 5,6 - электроды; 7 - отражатель

Сравнение с цилиндрической эксилампой ЕР предложенной цилиндрической эксилампы БР (в смеси Xe-Cl2 = 25-1, p = 25 Торр, f = 100 кГц, в условиях примерно равных энерговкладов в среду, одинаковых объёмах колб и одинаковых величинах стартовой средней мощности 2.5 Вт) дало следующее: спустя примерно 24 часа работы интенсивность излучения эксилампы ЕР уменьшилась на 80%, а в предложенной эксилампе падение интенсивности составило менее 10%.

Наши исследования действия излучения эксиламп на вещество (главы 5-8) также требовали обеспечения долговременной работы эксиламп, содержащих йод и бром. Реакционная способность йода и брома с кварцем существенно ниже, чем хлора, безэлектродные эксилампы должны иметь существенно больший ресурс, чем хлорсодержащие эксилампы, что было подтверждено экспериментально: реализована стабильная работа отпаянных I2- и XeBr-эксиламп ЕР в течение 2500 и 1000 ч, соответственно.

В пятой главе приведены результаты исследований действия ВУФ- и УФ-излучения эксиламп на органические соединения в жидкой и газовой фазах. Краткий обзор литературы по этому вопросу (п. 5.1) показал, что возможности эксиламп для сопровождения фотохимических процессов далеко не исчерпаны.

Изучено влияние оптических и временных характеристик источника УФ-излучения на фотолиз фенола и его производных (п. 5.2). В п. 5.2.1 флуоресцентными методами показано, что среди KrCl-, XeBr- и XeCl-эксиламп ёмкостного разряда наибольшую эффективность фотопревращений крезолов обеспечивает действие KrCl-эксилампы. В п. 5.2.2 проведён анализ фотолиза фенола и его бром- и хлорпроизводных эксилампами ёмкостного разряда. Результаты экспериментов привязаны к схемам заселения и релаксации электронно-возбуждённых состояний исследуемых молекул, рассчитанных полуэмпирическим методом ЧПДП [27*, 28*] (частичное пренебрежение дифференциальным перекрыванием) (рис. 5).

Для фенола при возбуждении излучением с  ~ 222 нм (~ 45000 cм–1) молекула фенола переходит в состояние S2. Константа скорости перехода из этого состояния в фотодиссоциативное, согласно расчетам, примерно на порядок выше, чем из состояния S1. Таким образом, более эффективный фотолиз фенола при возбуждении излучением c  ~ 222 нм по сравнению с 283 нм (~ 35300 cм–1) связан с увеличением вероятности разрыва О-Н связи при более жестком возбуждении. Для 4-хлорфенола и 4-бромфенола такой зависимости нет. Несмотря на то, что вероятность фоторазрыва О-Н связи также увеличивается, фотостабильность этих молекул определяется разрывом связи С-Сl/C-Br, для чего достаточно энергии кванта c  ~ 283 нм.

Рис. 5. Схема электронно-возбужденных состояний  фенола (а),  4-хлорфенола  (б)  и 4-бромфенола (с). Стрелки показывают пути релаксации энергии, цифры около них – константы скоростей этих процессов, с-1

Далее (п. 5.2.3) проведено сравнительное исследование режима ввода энергии в среду, для чего была использована KrCl-эксилампа и KrCl-лазер с различными длительностями импульсов излучения. Облучались нейтральные водные растворы фенола и 4-хлорфенола при концентрации 10-3 моль/л в условиях, идентичных найденным в п. 5.2.2. Время облучения эксилампой составляло от 1 до 13 минут. За это время в раствор вводилась доза энергии до 0.1 Дж/см2. При лазерном воздействии такая же доза вводилась в раствор за 15-20 импульсов.

Показано, что фотопревращения идут эффективнее при действии импульса излучения 1 мкс по сравнению с 10 нс-длительностью лазерного излучения (рис. 6).

Рис. 6. Спектры флуоресценции фенола в воде до (1) и после облучения эксилампой (2) и лазером (3). Подводимая энергия возбуждения 0.1 Дж/см2 (2,3). Длина волны возбуждения флуоресценции 270 нм.

Результат объясняется через схему заселения электронно-возбужденных состояний фенола (рис. 5). При возбуждении на λ = 222 нм (~ 45000 см-1) молекула переходит в синглетное соcтояние S2 и далее за 0.1 нс релаксирует на нижележащие триплеты и синглеты с большим временем жизни. Поэтому облучение фенола импульсами, имеющими большую длительность, увеличивает вероятность перепоглощения в канале возбужденных состояний и заселения высоколежащих фотодиссоциативных состояний. Это же увеличивает вероятность инициирования радикальных механизмов фотолиза.

В п. 5.3 представлены результаты исследований принципиально нового (в сравнении с существующими) процесса осушки природного газа в проточном фотореакторе на основе Xe2- и KrCl-эксиламп. Для удаления воды предложено осуществлять фотолиз воды с последующим связыванием •OH радикалов с субстратом (компоненты газовой смеси). Идея процесса основана на анализе оптических свойств воды в ВУФ-диапазоне. Её экспериментальная проверка показала, что воздействие излучения молекул Xe2*( ~ 172 нм) и KrCl*( ~ 222 нм) на природный газ уменьшает в 1.8 и ~ 1.25 раза концентрацию водяных паров. Кроме того, зафиксировано увеличение доли тяжёлых углеводородов после облучения (табл. 1).

Для уточнения механизмов, ответственных за указанные эффекты, на основании полученных нами данных А.И. Сусловым построена модель процессов сложной многокомпонентной смеси углеводородов C1–C6 с примесями углекислого газа и паров воды, находящейся под действием ВУФ-излучения. Начальные концентрации газовых компонент задавались такими же, как в эксперименте (табл. 1).

Табл. 1. Результаты газохроматографического анализа компонентного состава природного газа, мол. %

Компоненты

До облучения

После облучения

Xe2-эксилампой

После облучения

KrCl-эксилампой

Метан3

92.38

92.52

91.97

Диоксид углерода

0.39

0.39

0.41

Этан

3.48

3.48

3.65

Вода

0.25

0.14

0.20

Пропан

2.10

2.04

2.21

и-Бутан

0.57

0.55

0.59

н-Бутан

0.52

0.52

0.58

и-Пентан

0.16

0.16

0.20

н-Пентан

0.11

0.11

0.13

С6+

0.04

0.09

0.07

Результаты расчётов имеют удовлетворительное совпадение с данными эксперимента. Согласно расчётам, основными процессами, которые приводят к уменьшению содержания воды в газе из природного газа, являются реакции фотодиссоциации воды с последующим окислением соединений С3-С6 до спиртов и альдегидов. В расчётах и экспериментах степень конверсии паров воды составляла порядка 40%. Дополнительно происходит увеличение содержания в газе тяжелых компонентов за счёт направленных фотохимических процессов димеризации пропана и бутанов. Сделан вывод о перспективности открытого процесса для предварительной осушки низкокалорийных газов и увеличения выхода тяжелых углеводородов.

В п. 5.4 показано, что действие ВУФ-излучения Xe2(λ ~ 172 нм) эксилампы на водные растворы метанола и одновременно аэрирование раствора позволяют в несколько раз ускорить фотолиз. Методика проста, не требует применения дополнительных окислителей и представляется перспективной для внедрения в газовой и нефтехимической промышленности.

Изучена проблема резистентности карбамида к ультрафиолетовому излучению (п. 5.5). Фотостабильность карбамида является известным эмпирическим фактом. Мы преследовали две цели: 1) экспериментально определить условия, в которых его распад наиболее эффективен; 2) объяснить УФ-стабильность через фотофизические особенности строения молекулы карбамида. Для этого изучено действие излучения  эксиламп БР на молекулах Xe2*( = 172 нм, 1/2 ~ 14 нм), KrCl*( = 222 нм, 1/2 ~ 4 нм)4 и KrBr*( = 206 нм, 1/2 ~ 1.5 нм)5. Было показано, что прямой фотолиз KrBr- и KrCl-эксилампами нерезультативен. Значимый эффект был получен только за счёт действия Xe2-эксилампы – за 28 часов удалось достичь 75% снижения общего органического углерода в растворе (при начальной его концентрации 40-50 мг/л). Соответственно менялся спектр поглощения раствора, в котором появлялись полосы поглощения ионных комплексов NO2- и NO3- (см. рис. 7).

Рис. 7. Спектры поглощения начального раствора карбамида (250 мг/л)(1) после 16(2)- и 30(3)- часового облучения Xe2-эксилампой (слабый максимум на λ = 300 нм указывает на наличие в растворе ионов NO3-)

Для интерпретации полученных данных с фотофизической точки зрения проведен расчёт по квантово-химическому методу ЧПДП/C (частичного пренебрежения дифференциальным перекрыванием со спектроскопической параметризацией [27*]) электронных состояний карбамида и констант внутренней и интеркомбинационной конверсий.

Рис. 8. Пути релаксации энергии в нейтральной форме молекулы карбамида: черные стрелки на верхнем рисунке – внутренняя конверсия, серые стрелки – интерконверсия.

Схема релаксации энергии такова (рис. 8), что действие излучения на 222 и на 206 нм приводит только к заселению колебательных состояний нижнего синглета. Поэтому в пределах ошибки измерений, между этими двумя случаями почти нет различий (что и наблюдается в эксперименте), несмотря на существенную разницу между интенсивностью излучения и величинами поглощения раствора на этих длинах волн. С учётом того, что известно о ВУФ-фотолизе и об окислении •OH радикалами, предложен наиболее вероятный механизм минерализации для карбамида, отвечающий появлению в спектре поглощения раствора полосы ионов NO3-.

Шестая глава обобщает наш опыт, полученный при использовании эксиламп в задаче определения содержания химических элементов в органических материалах методами электрохимии. Из анализа литературных данных следовало, что к началу нашей работы потенциал эксиплексных ламп в целях аналитики выявлен не был.

Изучены возможности использования эксиламп для устранения помех в методе инверсионной вольтамперометрии (ИВА) (п. 6.1, 6.2). В методе ИВА с линейно меняющимся потенциалом основной помехой для измерений является содержащийся в растворе кислород, маскирующий ток определяемых элементов и окисляющий амальгаму на рабочем ртутном электроде. С 1982 г. для удаления кислорода применяют УФ-облучение раствора с небольшими добавками карбоновых или оксикислот [29*]. Проведённое нами изучение спектров поглощения различных применяемых в процессе пробоподготовки фоновых кислот (муравьиной, лимонной, уксусной и гуминовой) выявило, что эти реактивы плохо поглощают излучение ртутной лампы низкого давления (РЛНД) на  = 253.7 нм, повсеместно применяемой для этой процедуры (см., напр. рис. 9).

Рис. 9. Спектр поглощения 0.5 М раствора муравьиной кислоты (2) и её соли (1) в кювете толщиной 0.1 см

За счёт применения коротковолновой KrCl-эксилампы ЕР воздействие излучения на течение процесса фотохимической деактивации кислорода удалось ускорить в несколько раз (п. 6.1).

Источниками помех в методе ИВА могут служить поверхностно-активные органические вещества (ПАОВ), гуминовые и фульвокислоты, уменьшающие площадь рабочего электрода и образующие прочные комплексы с определяемыми ионами металлов, что препятствует восстановлению ионов на поверхности электродов. Нами показано, что действие коротковолнового излучения KrCl-эксилампы ЕР полностью удаляет ПАОВ и гуминовые кислоты с поверхности рабочих электродов (п. 6.2).

В методе ИВА для определения содержания ионов элементов Cd, Hg, Pb и др. в различных органических образцах (соки, молоко, волосы и др.) требуется разрушить органическую матрицу, в которой эти элементы содержатся. Экспериментально показано, что в сравнении с традиционным мокрым озолением воздействие излучения XeBr-эксилампы ЕР сокращает в 2 раза время анализа содержания ионов ртути (п. 6.3). С оптической точки зрения усовершенствована методика определения содержания йода в урине. Показано, что действие излучения XeBr-эксилампы ЕР вызывает фотолиз водных растворов урины и йод-органических соединений, достаточный для полного выделения связанного с ними йода. Излучение KrCl-эксилампы ЕР наряду с разрушением органических веществ деактивирует растворенный в воде кислород и переводит ионы IO3– в форму I– (п. 6.4).

Седьмая глава посвящена экспериментальным исследованиям инактивирующего действия излучения эксиламп на биосистемы. В п. 7.1 даны основные понятия, характеризующие инактивирующее действие света, рассматривается действие УФ-излучения на подсистемы клеток и бактерий (нуклеиновые кислоты, липиды, белки и аминокислоты). Поскольку техника УФ-инактивации развивается давно, сделан аналитический обзор существующих методов (облучение ртутными и ксеноновыми импульсными лампами, лазерами, плазменная обработка) (п. 7.2) и подчёркивается, что к началу нашей работы исследований инактивирующего действия эксиламп, за исключением работы [19*], не проводилось.

В п. 7.2 установлено достоверное бактерицидное действие излучения XeCl, KrCl и XeBr-эксиламп ЕР на клетки E. coli как при первичном, так и повторном облучении, причём наиболее эффективным действием обладает излучение XeBr-эксилампы. Отмечено, что у выживших после первичного облучения микроорганизмов чувствительность к излучению эксиламп не меняется. Проведенные эксперименты согласуются с представлением о том, что оптимальным для инактивации будет такой источник излучения, в котором основная часть энергии испускается вблизи и первого, и второго максимумов поглощения ДНК (рис 10).

Исследовано инактивирующее действие излучения XeBr-эксилампы БР и ртутной лампы низкого давления (РЛНД) в полосе первого максимума поглощения ДНК на E. coli (п. 7.3.1). По рис. 10 видно, что максимум интенсивности B–X полосы молекулы XeBr* (282 нм) находится примерно на одном и том же расстоянии от максимума спектра действия, что и атомарная линия РЛНД, т.е. Δλ1  Δλ2.

На этом основании был предсказан сопоставимый инактивирующий эффект излучения обеих ламп, что подтвердилось экспериментально.

Рис. 10. Спектр действия инактивации УФ-излучением бактериальной культуры E. сoli (1), интегральный спектр поглощения ДНК (2) и соответствующие максимумы излучения различных эксиламп и ртутной лампы низкого давления

Рис. 11. Инактивация второго поколения Escherichia coli различными дозами УФ-излучения XeBr-эксилампы () и РЛНД ()

Но при повторном облучении выживших микроорганизмов инактивирующий эффект от излучения XeBr-эксилампы БР не изменился, а для РЛНД – уменьшился (рис. 11). Косвенно это свидетельствует о том, что клетки E. coli приобретают резистентность к атомарной линии ртути спектра РЛНД.

Проведено сравнительное исследование инактивирующего действия излучения эксиламп БР на молекулах XeBr*, KrCl* и эксилампы на рабочих молекулах KrCl* и KrBr* на широкой выборке микроорганизмов (эталонные штаммы E. coli, St. aureus, микроорганизмы, выделенные с кожи человека р. Sarcina, р. Bacillus и р. Pseudomonas).

Табл. 3. Экспериментальные значения поверхностной дозы облучения клеток микроорганизмов при бактерицидной эффективности 99.9% для эксиламп с различными рабочими молекулами

Культура

HS, Дж/м2

XeBr*

KrCl*

KrCl* + KrBr*

Escherichia coli

(ATCC 25923)

60

85

65

Staphylococcus aureus

(25923)

150

370

320

р. Sarcina

90

120

р. Pseudomonas

110

160

р. Bacillus

100

190

130

По результатам исследований (табл. 3) сделаны выводы о том, что 1) эксилампы обеспечивают указанную бактерицидную эффективность при поверхностных дозах, сопоставимых с дозами РЛНД; 2) бактерицидная эффективность эксиламп убывает в ряду XeBr* > KrCl*+KrBr* > KrCl*. Действие KrCl- и KrCl_KrBr-эксиламп слабее, чем действие XeBr-эксилампы, потому что коротковолновая часть спектра намного активнее поглощается липидными оболочками микроорганизмов, что уменьшает вероятность инактивации ДНК излучением.

Исследовано инактивирующее действие излучения I2- и XeBr-эксиламп ЕР на культуры живых клеток Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) (п. 7.5). Найдено, что зависимость степени инактивации фибробластов Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) от поверхностной дозы облучения носит пороговый характер (рис. 12). Для их инактивации требуются примерно на порядок большие дозы УФ-облучения (~ до 0.9 Дж/см2), чем необходимы для инактивации бактерий (~ 0.1 Дж/см2). Объяснить наличие порога на рис. 12 можно, если учесть, что живая клетка является саморегулирующейся системой, способной реагировать на внешний стресс за счёт изменения своего внутреннего метаболизма. Действие УФ-излучения на клетку вызывает в её внутренней среде образование свободных радикалов и оксидов (например, H2O2 и его производных).

Для защиты от них клетка вырабатывает антиоксиданты. Одним из важных антиоксидантов является глютатион (GSH, -глютамилцистеинглицин), состоящий из -глютаминовой кислоты, цистеина и глицина, и клетки CHO-K1 содержат GSH. Используя флуоресцирующий маркер глютатиона, удалось пронаблюдать за концентрацией этого антиоксиданта в ходе облучения клеток CHO-K1.

Рис. 12. Дозовая зависимость инактивации клеток CHO-K1 после действия излучения XeBr (g) и йодной (n) ламп. Клетки облучались при температуре 370C

Выяснилось, что в здоровых клетках концентрация GSH высока и составляет по порядку величины мМ. При облучении XeBr-эксилампой глютатион исчерпывается в клетках при дозах HS > 0.2 Дж/см2. При дозах менее 0.2 Дж/см2 излучение никак не влияло на жизнеспособность клетки и концентрацию антиоксиданта.

На основании этих исследований сделан вывод, что излучение эксиламп удобно использовать для стерилизации инфицированных тканей, не затрагивая функциональной активности фибробластов живой ткани.

Восьмая глава посвящена созданию и испытанию новых актинометрических систем для регистрации коротковолнового УФ- и ВУФ-излучения эксиламп. Необходимость этой работы была обусловлена имеющимися расхождениями в случаях измерения интенсивности излучения эксиламп физическими и химическими фотоприемниками (напр., см. [30*]).

Предложен и исследован электрохимический ферриоксалатный актинометр и его применение для измерения интенсивности XeBr-, XeCl- и KrCl-эксиламп ЕР. Методика основана на измерении тока электровосстановления оксалатного комплекса Fe(II) в процессе облучения (хроноамперометрия). В конструкции актинометра совмещены воедино актинометрическая и электрохимическая ячейки. При интенсивности излучения 10–10 мВт/см2 погрешность измерений составила ~ 10% (п. 7.1).

Для измерения интенсивности ВУФ-излучения Xe2-эксилампы предложен и исследован метанольный актинометр (п. 7.2). Работа актинометра основана на том факте, что излучение Xe2-эксилампы, воздействуя на метанол в диапазоне его концентраций 0.1–0.2 моль/л, приводит к 100% конверсии метанола в формальдегид. Концентрация формальдегида определяется методом амперометрического титрования. Валидность результатов измерений подтверждается сравнением с результатами измерений физическим фотоприёмником (Hamamatsu, H8025-185).

Приложения А и Б содержат данные о сериях излучателей барьерного и ёмкостного разрядов.

Приложение В содержит результаты исследований по применению спонтанного излучения XeCl-эксилампы в дерматологической практике. Показано, что преимуществами фотолечения XeCl-эксилампой являются хорошая переносимость и сравнительно низкая суммарная доза облучения.

Приложение Г освещает результаты исследований фоторегуляторного действия узкополосного ультрафиолетового излучения KrBr- и XeCl-эксиламп на проростки сосны кедровой сибирской, лиственницы Каяндера и ели Аянской.

Приложение Д  посвящено описанию комбинированного метода разложения хлорфенолов, основанного на УФ-облучении с последующей биодеградацией.

В приложениях Е и Ж находятся отзыв на монографию Соснина Э.А. «Закономерности развития газоразрядных источников излучения» (Изд-во ТГУ, 2004. 106 с.) и акты внедрения результатов работы.

Основные результаты и выводы

1. Показано, что при сокращении длительности импульса возбуждения в барьерном разряде, в диапазоне давлений до 1 атм, в тройных смесях Ne(He)-Xe(Kr)-HCl(Cl2) формируется объёмный разряд, эффективность излучения которого ниже, чем при возбуждении синусоидальным напряжением с длительностью полупериода десятки микросекунд. Визуальным маркером эффективного режима работы эксилампы является формирование микроразрядов конической формы.

2. Установлены условия, обеспечивающие излучение на двух и более полосах люминесценции в УФ-области спектра нескольких рабочих молекул в эксилампах барьерного разряда. Их относительную интенсивность можно регулировать. Созданы: 1) KrBr-эксилампа с максимумом излучения на  = 207 нм (1/2 ~ 1.5 нм), средней мощностью и эффективностью излучения 4.8 Вт и 2.4 %, соответственно; 2) эксилампа на смеси Kr-Cl2-Br2 с максимумами излучения на  = 207 нм (1/2 ~ 1.5 нм) и  = 222 нм (1/2 ~ 2 нм), со средней мощностью и эффективностью 0.7 Вт и 3%, соответственно; 3) трехбарьерная эксилампа с двумя несообщающимися объёмами, излучающая одинаковые по интенсивности B-X полосы молекул KrCl* ( = 222 нм, 1/2 ~ 2 нм) и XeBr* ( = 282 нм, 1/2 ~ 2 нм), средняя мощность излучения которой составляет 0.8 Вт.

3. Созданы эксилампы ёмкостного разряда на рабочих молекулах XeBr*, KrCl* и XeCl*, мощность излучения которых достигает нескольких ватт.

4. Реализована стабильная работа отпаянных KrCl-, XeBr- и I2-эксиламп ёмкостного разряда в течение 3500, 2500, 1000 часов, соответственно. Предложены две новые конструкции эксиламп барьерного разряда, обеспечившие увеличение полезного срока службы Сl-содержащих смесей на порядок.

5. Найдены эффекты осушки и увеличения содержания тяжелых компонентов в природном газе, содержащем небольшие концентрации воды, под воздействием излучения Xe2* и KrCl* молекул.

6. Установлено, что эффективность прямого фотолиза крезолов под воздействием KrCl-эксилампы выше, чем XeBr-эксилампы.

7. Установлено увеличение эффективности фотолиза фенола в воде на порядок под воздействием длинноимпульсного (~ 1 мкс) излучения KrCl-эксилампы по сравнению с действием короткоимпульсного (10 нс) излучения KrCl-лазера при одинаковых экспозициях (в диапазоне от 0.01 до 0.1 Дж/см2).

8. Установлено, что действие ВУФ-излучения Xe2(λ ~ 172 нм) эксилампы на водные растворы метанола и одновременно аэрирование раствора позволяют в несколько раз ускорить фотолиз.

9. Показано, что прямой фотолиз карбамида в водном растворе неэффективен,  а его деградация происходит только через окисление •OH радикалами, полученными в процессе ВУФ-гомолиза воды Xe2-эксилампой.

10. Сделан вывод о том, что применение излучения XeBr- и KrCl-эксиламп в электрохимических методах определения следовых элементов Cd, Hg, Zn, Pb, I в биологических образцах различной природы обеспечивает в комплексе следующие преимущества: 1) разрушение органических веществ без добавок окислителей, 2) устранение мешающего влияния кислорода фотохимическим способом, 3) сокращение времени для анализа.

11. Обоснована перспективность применения эксиламп для инактивации микроорганизмов. Предложены устройства для инактивации микроорганизмов на основе эксиламп ёмкостного и барьерного разрядов.

12. Найдено, что зависимость степени инактивации фибробластов Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) от поверхностной дозы облучения носит пороговый характер.

13. Предложены и испытаны новые актинометры (ферриоксалатный и метанольный) для измерения интенсивности излучения Xe2-, XeCl-, KrCl- и XeBr-эксиламп методами электрохимии.

Таким образом, в настоящей работе представлены результаты решения крупной научно-технической задачи по поиску, исследованию и интенсификации фотопроцессов, основанных на воздействии излучения эксиламп на органические вещества природного и техногенного происхождения. В ходе работы также решены задачи создания ряда эксиламп и разработки новых актинометрических систем для измерения их интенсивности.

Список цитируемой литературы:

  1. Goldstein F. ber ein noch beschriebenes, anscheinend dem Helium angehrendes Spekrum // Verh. Deutsche Phys. Ges. V.15. 1913. P.402413.
  2. Tanaka Y. Continuous Emission Spectrum of Rare Gases in the Vacuum Ultraviolet Region // J. Opt. Soc. Amer. 1955. V.45 P.710716.
  3. Mulliken R.S. Potential curves of Diatomic Rare-Gas Molecules and Their Iona and Particular Reference to Xe2* // J. Chem. Phys. 1970. V.52. P.51705182.
  4. Brau C.A., Ewing J.J. Emission spectra of XeBr, XeCl, XeF and KrF // J. Chem. Phys. 1975. V.63. №11. P.46404647.
  5. Волкова Г.А., Кириллова Н.Н., Павловская Е.Н. Лампа для облучения в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // Бюллетень изобретений. 1982. № 41. С.168.
  6. Шевера В.С., Шуаибов А.К., Малинин А.Н., Герц С.Ю. Исследование эффективности образования моногалогенидов инертных газов в импульсном разряде через диэлектрик // Оптика и спектроскопия. 1980. Т.49. Вып.5. С.12051206.
  7. Eliasson B. and Kogelschatz U. UV Excimer Radiation from Dielectric-barrier Discharges // Appl. Phys. B. 1988. V.B46. P.299303.
  8. Головицкий А.П. O возможности создания эффективных ультрафиолетовых излучателей на основе непрерывного тлеющего разряда в смесях инертных газов  и галогенов // Письма в ЖТФ. 1992. Т.18. Вып.8. С.7376.
  9. Taylor R.S., Leopold K.E., Tan K.O. Continuous B-X Excimer Fluorescence using Direct Current Discharge Excitation // Appl. Phys. Lett. 1991. V.59. №5. P.525527.
  10. Борисов В.М., Водчиц В.А., Ельцов А.В., Христофоров О.Б. Мощные высокоээфективные KrF-лампы с возбуждением скользящим и барьерным разрядами // Квантовая электроника. 1998. Т.25. №4. С.308314.
  11. Kumagai H. and Obara M. New High-efficiency Quasicontinuous Operation of ArF(B-X) Excimer Lamp Excited by Microwave Discharge // Appl. Phys. Lett. 1989. V.55. P.1583-1584.
  12. Рулев Г.В., Саенко В.Б. Генерация ультрафиолетового излучения с помощью искрового разряда в смесях инертных газов и галогенов // Письма в ЖТФ. 1993. Т.19. Вып.21. С.53–56.
  13. Коваль Б.А.,  Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Фомин Е.А. и Янкелевич Е.Б. Мощная широкоапертурная эксиплексная лампа // ПТЭ. 1992. №4. С.244245.
  14. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Логинов А.В., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбуждённых молекул инертных газов // УФН. 1992. Т.162. №5. С.123-159.
  15. Boichenko A.M., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Fomin E.A., Yakovlenko S.I. Cylindrical excilamp pumped by a barrier discharge // Laser Physics. 1994. V.4. №3. С.635637.
  16. Kogelschatz U., Esrom H. New Incoherent Ultraviolet Excimer Sources for Photolotytic Material Deposition // Laser and Optoelektroniks. 1990. V.22. P.5559.
  17. Gonzalez M.C., Braun A.M. Vacuum UV photolysis of aqueous solutions of nitrate. Effect of organic matter. II. Methanol // J. Photochem. Photobiol. A.: Chem. 1996. V.95. P.6772.
  18. Oppenlnder T., Baum G., Egle W., Hennig T. Novel vacuum-UV-(VUV) and UV-excimer flow-through photoreactors for waste water treatment and for wavelength-selective photochemistry // In: Proc. Indian Acad. Sci. (Chem. Sci.). 1995. V.107. №6. P.621-636.
  19. Oppenlnder Т., Baum G. Wasseraufbereitung mit Vakuum-UV/UV-Excimer-Durchflussphotoreaktoren // Wasser-Abwasser. 1996. V.137. №6. P.321–325.
  20. Falkenstein Z. Coogan J.J. The development of a silent discharge driven XeBr* excimer UV light source // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V.30. №19. P.2704–2810.
  21. Griechetschkina M.V., Zaitsev N.K., Braun A.M. VUV-Photolysis Oxidative degradation of organics inhibiting the inverse-voltammetric determination of heavy metals. 1. Humic substances // Toxicol. Environ. Chem. 1996. V.53 P.143-151.
  22. Di Lazzaro P., Murra D., Felici G., Fu S. Spatial distribution of the light emitted by an excimer lamp used for ultraviolet-B photo-therapy: Experiment and modeling // Rev. Sci. Instrum. 2004. V.75. №5. P.13321336.
  23. Бойченко А.М., Яковленко С.И. Моделирование ламповых источников излучения // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2005. Серия Б. Том XI-4. V.5. С. 569–606. М.: Физматлит, 2005.
  24. Головицкий А.П., Лебедев С.В. Радиальные распределения плазменно-оптических характеристик эксимерных ультрафиолетовых излучателей тлеющего разряда в смеси Xe+Cl2 // Оптика и спектроскопия. 1997. Т.82. №2. С.251-255.
  25. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
  26. Ломаев М.И., Полякевич А.С., Тарасенко В.Ф. Влияние состава смеси на эффективность излучения молекул XeCl* при накачке продольным тлеющим разрядом // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9. №2. С.207-210.
  27. Артюхов В.А., Галева А.И. Спектроскопическая параметризация метода ЧПДП // Изв. Вузов МВ и ССО СССР, Физика. 1986. №11. P.96-100.
  28. Артюхов В.А., Майер Г.В., Риб Н.Р. Квантово-химическое исследование синглет-синглетного переноса энергии электронного возбуждения в бифлуорофорных молекулярных системах // Оптика и спектроскопия. 1996. Т.81. №4. P.607-612.
  29. Мокроусов Г.М., Захарова Э.А., Клевцова Т.Н., Катаев Г.А., Волкова В.Н. А.С. 957090 (СССР) // Бюллетень изобретений. 1982. №33.
  30. Carman R.J., Ward B.K., Mildren R.P., Kane D.M. An experimental and modeling study of efficiency for a 253 nm xenon iodide lamp exited by dielectric barrier discharge // Proc. 11th Int. Symp. оn the  Science & Technology of Light Sources (LS-11). China, Shanghai, 2007. P.271-280.

Основные публикации по теме диссертации:

  1. Визирь В.А, Скакун В.С., Сморудов Г.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Фомин Е.А., Червяков В.В. Коаксиальные эксилампы, накачиваемые барьерным и продольным разрядами // Квантовая электроника. Т.22. №5. 1995. С.519522.
  2. Ломаев М.И.. Панченко А.Н., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного УФ-излучения с накачкой импульсными и непрерывными разрядами // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9 №2. С.199206.
  3. Tarasenko V.F., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A. High-power UV excilamps // In Book: High power lasers - science and engineering (Eds by R. Kossovsky, M. Jelinek and R.F. Walter). 1996. NATO ASI Series 3. High Technology. V. 7. P. 331-345. ISBN 0-7923-3959-2.
  4. Бойченко А.М, Скакун В.С., Соснин Э.А, Тарасенко В.Ф, Яковленко С.И. Исследования KrCl эксиплексной лампы, накачиваемой объемным разрядом // Квантовая электроника. 1996. Т.59. №4. С.456464.
  5. Панченко А.Н, Соснин Э.А, Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые KrCl-эксилампы с накачкой импульсным продольным разрядом // ЖТФ. 1997. Т.67. Вып.4. С.7882.
  6. Sosnin E.A., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., and Tarasenko V.F. Glow and Barrier Discharge Efficient Excilamps // Proc. SPIE. 1997. V.3403. P.308311
  7. Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Способ накачки лампы тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси // Патент RU №2089971 С1. Приоритет 16.10.95. Опубл. 10.09.97. Бюл. №25.
  8. Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы с накачкой барьерным разрядом // Оптика атмосферы и океана. 1998. Т.11. №2-3. С.277285.
  9. Sosnin E.A., Skakun V.S., Tarasenko V.F. Coaxial and planar excilamps pumped by barrier discharge // Proc. of  the 8th Int. conf. on Gas Discharges & Their Applications. Germany, Greifswald, 1998. P.240241.
  10. Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Отпаянные эффективные эксилампы, возбуждаемые ёмкостным разрядом // Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. Вып.21. С.2732.
  11. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Эксилампы, возбуждаемые ёмкостным разрядом // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т.12. №11. С.10471049.
  12. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Источники спонтанного ультрафиолетового излучения: физика процессов и экспериментальная техника. Томск: Томский государственный университет, 1999. 108 с. ISBN 5-7137-0155-7.
  13. Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Чернов Е.Б. О причинах снижения мощности излучения KrCl-эксиламп барьерного разряда в процессе работы // Известия вузов. Физика. 1999. Т.42. №4. С.6872.
  14. Tarasenko V.F., Chernov E.B., Erofeev M.V., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A., Shitz D.V. UV and VUV excilamps excited by glow, barrier and capacitive discharges // Applied Physics A. 1999. V. A69. P.327329.
  15. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Shitz D.V., Tarasenko V.F. Capacitive Discharge Excilamps // Proc. SPIE. 2000. V.3933. P.425431.
  16. Соснин Э.А., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного ультрафиолетового излучения // Известия вузов. Физика. 2000. Т.43. №5. С.6972.
  17. Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Панченко А.Н. Факторы, влияющие на время жизни хлорсодержащих эксиламп // Труды V Всероссийской ш/с «Люминесценция и сопутствующие явления». Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2000. С.143146.
  18. Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы высокочастотного ёмкостного разряда // Патент RU №2154323 C2. Приоритет 01.06.98. Опубл. 10.08.2000. Бюл. №22.
  19. Ерофеев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Чернов Е.Б. Время жизни рабочих смесей XeCl- и KrCl- эксиламп // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т.13. №3. С.312315.
  20. Boichenko A.M., Skakun V.S., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Emission efficiency of exciplex molecules pumped by a barrier discharge // Laser Physics. 2000. V.10. P.540552.
  21. Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Эффективная XeBr-эксилампа, возбуждаемая ёмкостным разрядом // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т.13. №9. P.862864.
  22. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Эксилампы ёмкостного разряда с короткой длительностью импульса излучения // Оптический журнал. 2001. Т.68. №10. С.7577.
  23. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Лисенко А.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Исследование эксплуатационных характеристик эксиламп ёмкостного разряда // Оптический журнал. 2002. Т.69. №7. С.7780.
  24. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В.. Эксилампы ёмкостного разряда // ПТЭ. 2002. №6. С.118119.
  25. Тарасенко В.Ф., Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Шитц Д.В., Соснин Э.А. Лампа для получения импульсов излучения в оптическом диапазоне спектра // Патент RU №2195044 С2. Приоритет 01.02.2001. Рег. 20.12.2002. Опубл. 20.12.02 Бюл. №35.
  26. Соколова И.В., Чайковская О.Н., Светличный В.А., Кузнецова Р.Т., Копылова Т.Н., Майер Г.В., Соснин Э.А., Липатов Е.А., Тарасенко В.Ф. Фотопревращения фенолов в водных растворах при различном возбуждении // Химия высоких энергий. 2002. Т.36. №4. С.307310.
  27. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Lisenko A.A., Lomaev M.I., Shitz D.V., Tarasenko V.F. Spectra of UV excilamps excited by glow, barrier and capacitive discharges // Proc. of the 34th EGAS. Bulgaria, Sofia, 2002. P.345346.
  28. Sosnin E.A., Batalova V.N., Slepchenko G.B., Tarasenko V.F. Excilamps application in the chemical sample pre-treatment process // Proc. SPIE. 2002. V.4747. P.352357.
  29. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Yusupov M.R., Masterova Y.V., Tarasenko V.F. Inactivation of Escherichia coli using capacitive discharge excilamps // Proc. of 2nd International Workshop on Biological Effects of Electromagnetic Fields. Greece, Rhodes, 2002. P.953957.
  30. Сультимова Н.Б., Бегинина А.А., Соснин Э.А. Исследование фотохимических свойств гуминовых кислот в различных средах // Современные проблемы физики и технологии: сб. работ молодых ученых. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С.161163.
  31. Соколова Т.В., Соснин Э.А. Флуоресцентный анализ фотолиза крезолов // Современные проблемы физики и технологии: сб. работ молодых ученых. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С.156158.
  32. Ломаев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения // УФН. 2003. №2. Т.173. №2. С.201217.
  33. Sosnin E.A., Batalova V.N., Buyanova E.Yu., Tarasenko V.F. Comparative study of interference elimination in heavy metals control by ASV method // Proc. of Int. Physcon-2003. Russia, St.-Peterburg, 2003. P.350352.
  34. Баталова В.Н., Соснин Э.А., Захарова Э.А., Тарасенко В.Ф. Электрохимический ферриоксалатный актинометр и его применение для измерения интенсивности излучения эксиламп // ПТЭ. 2003. №1.  С.14.
  35. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Рабочая среда лампы высокочастотного емкостного разряда // Патент RU №2200356 С2. Приоритет 22.03.2001.  Опубл. 10.03.2003. Бюл. №7.
  36. Соснин Э.А., Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Тарасенко В.Ф. Бактерицидные свойства новых источников ультрафиолетового излучения эксиламп низкого давления // Cб. научных работ «Актуальные проблемы медицины и биологии». Томск, Изд-во СибМГУ, 2003. Вып.2. С.225227.
  37. Соснин Э.А. Применение эксиламп ёмкостного разряда в междисциплинарных исследованиях // Доклады II интеграционной междисциплинарной конф. молодых ученых СО РАН и ВШ «Научные школы Сибири: взгляд в будущее». Иркутск: Издательство Института географии СО РАН, 2003. С.150157.
  38. Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Соснин Э.А. УФ-инактивация микроорганизмов: сравнительный анализ методов // Вестник ТГУ. Серия биологические науки. Приложение. 2003. №8. С.108113.
  39. Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Малогабаритные XeBr- и KrCl-эксилампы // ЖПС. 2003. Т.70. Вып.5. C.709711.
  40. Соснин Э.А., Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф. Бактерицидная лампа ёмкостного разряда на парах йода // Письма в ЖТФ. 2004. Т.30. Вып.14. С.8994.
  41. Лаврентьева Л.В., Соснин Е.А., Кузнецова Е.А., Ерофеев М.В. Новые данные по исследованию влияния излучения XeBr-, KrBr- и XeI-эксиламп на Escherichia Coli and Staphylococcus Aureus // Труды региональной н/п конф. «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». Томск: ТСИ НГАУ, 2004. Вып.7. С.8083.
  42. Носкова Г.Н., Соснин Э.А., Иванова Е.Е., Мержа А.Н., Тарасенко В.Ф. Использование эксиламп при определении содержания йода в урине // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т.17. В.2-3. С.237240.
  43. Sosnin E.A., Tarasenko V.F. Experimental study on capacitive discharge excimer lamps application // Proc. of 10th Int. Symp. on the Science and Technology of Light Sources (Toulouse, France). 2004. P001. P.187188.
  44. Соснин Э.А., Ерофеев М.В. Осушка природного газа и фотолиз метанола в проточных фотореакторах на основе Xe2-  и KrCl-эксиламп // Материалы 3-й школы-семинара молодых ученых России. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. С.247249.
  45. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Erofeev M.V., Masterova Ya.V., Kusnetzova E.N., Tarasenko V.F. A new bactericidal UV light sources excilamps // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P.317322.
  46. Batalova V.N., Bylatskaya O.A., Sosnin E.A. Biological objects pretreatment optimization using XeBr-excilamp for mercury concentration control by ASVA method // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P.323327.
  47. Соснин Э.А., Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Тарасенко В.Ф. Устройство для ультрафиолетовой инактивации микроорганизмов // Патент RU №2225225 С2. Приоритет 14.08.2001. Опубл. 10.03.2004. Бюл. №7.
  48. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф. Источник излучения // Патент RU №2239911 С1. Приоритет. 21.04.03. Опубл. 10.11.2004. Бюл. №31.
  49. Sosnin E.A., Stoffels E., Erofeev M.V., Kieft I.E., Kunts S.E. The Effects of UV Irradiation and Gas Plasma Treatment on Living Mammalian Cells and Bacteria: A Comparative Approach // IEEE Transactions on Plasma Science. 2004. V.32. №4. P.15441550.
  50. Медведев Ю.В., Иванов В.Г., Середа Н.И.,  Полыгалов Ю.И., Ерофеев В.И., Коровин С.Д., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Суслов А.И., Тарасенко В.Ф., Истомин В.А. Воздействие мощного ультрафиолетового излучения на поток природного газа в проточном фотореакторе // Наука и техника газовой промышленности. 2004. №3. С.83–87.
  51. Соснин Э.А. Закономерности развития газоразрядных источников спонтанного излучения: Руководство для разработчика. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. 106 с. ISBN 5-7511-1856-1.
  52. Медведев Ю.В., Полыгалов Ю.И., Ерофеев В.И., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Истомин В.А. Облучение метанольных растворов Xe2- и KrCl-эксилампами барьерного разряда // Газовая промышленность. 2005. №2. С.63–65.
  53. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Кузнецова Е.А., Лаврентьева Л.В. Бактерицидная KrBr-эксилампа барьерного разряда // ПТЭ. 2005. №5. C.111114.
  54. Соснин Э.А., Захарова Э.А., Баталова В.Н. Применение эксиламп в аналитической химии // Заводская лаборатория. 2005. Т.71. №8. С.1824.
  55. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф.. Скакун В.С.. Шитц Д.В., Ломаев М.И. Источник излучения // Патент RU №2258975 С1. Приоритет 22.12.2003. Опубл. 20.08.2005. Бюл. №23.
  56. Соснин А.Э., Лаврентьева Л.В., Тарасенко В.Ф., Авдеев С.А., Стоффелс – Адамович Е., Кузнецова Е.А. Устройство для ультрафиолетовой инактивации микроорганизмов // Патент RU №43458. Приоритет 27.09.2004. Опубл. 27.01.2005. Бюл. №3.
  57. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Tarasenko V.F. Capacitive discharge exciplex lamps // Phys. D: Appl. Phys. 2005. V.38. P.31943201.
  58. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Кузнецова Е.А., Суслов А.И., Лаврентьева Л.В., Ерофеев М.В. Бактерицидное действие компонентов плазмы атмосферного давления на Escherichia coli // Прикладная физика. 2005. №4. С.7478.
  59. Авдеев С.М., Кузнецова Е.А., Соснин Э.А., Ерофеев М.В. Применение плазмы атмосферного давления для инактивации микроорганизмов, на примере Escherichia coli // Изв. вузов. Физика. 2005. №6. С.107108.
  60. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Кузнецова Е.А. Сравнение бактерицидных свойств излучения KrBr- и XeBr-эксиламп // Изв. вузов. Физика. 2005. №6. С.144145.
  61. Oppenlnder T., Sosnin E. Mercury-free Vacuum-(VUV) and UV Excilamps: Lamps of the Future? // IUVA News. 2005. V.7. №.4. P.1418.
  62. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы источники спонтанного УФ и ВУФ излучения // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2005. Серия Б. Том XI-4. V. 3. С. 522-546. М.: Физматлит, 2005.  ISBN 5-9221-0571-6.
  63. Соснин Э.А., Захарова Э.А., Москалева М.Л., Баталова В.Н. Электрохимический вариант метанольного актинометра и его применение для измерения интенсивности вакуумного ультрафиолетового излучения Xe2*-эксилампы // ПТЭ. 2006. №1. С.101105.
  64. Соснин Э.А., Гросс А., Бартник Н., Оппенлэндер Т., Васильева Н.Ю. Изучение фотодеградации карбамида в проточных фотореакторах на основе УФ- и ВУФ-эксиламп // Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии: Материалы 3-й Всероссийской конф. молодых ученых. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2006. C.169172.
  65. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Формирование импульсов излучения малой длительности в XeBr-эксилампах барьерного разряда // Оптика атмосферы и океана. 2006. T.19. №2-3. С.163–166.
  66. Авдеев С.М., Костыря И.Д., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. О формировании импульсов наносекундной длительности в XeBr-эксилампе барьерного разряда // ЖТФ. 2006. Т.76. Вып.7. С.5963.
  67. Бендер О.Г., Петрова Е.А., Зотикова А.П., Соснин Э.А., Авдеев С.М. Влияние ультрафиолета на содержание фотосинтетических пигментов в семядольных листьях хвойных пород // Вестник ТГУ. 2006. №67(2). ­C.15­24.
  68. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф. Фотоминерализация метанола в Xe2-фотореакторе ( ~ 172 нм) с аэрированием раствора // Известия вузов. Физика. 2006. №10. С.95–97.
  69. Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A., Stoffels E. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis // IEEE Transactions on Plasma Science. 2006. V.34. №4. P.13591364.
  70. Sosnin E.A., Tarasenko V.F. VUV and UV excilamps and their applications // Proc. SPIE. 2006. V.6261. P.626136.
  71. Dmitruck V.S., Sosnin E.A., Obgol’tz I.A. The first attempt of XeCl-excilamp application in complex psoriasis curing // Proc. SPIE. 2006. V.6263. P.316321.
  72. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Скакун В.С., Ерофеев М.В., Лисенко А.А. Эксилампы барьерного и ёмкостного разряда и их приложения // ПТЭ. ­2006. №5. С.526. 
  73. Соснин Э.А. Эксилампы и новое семейство газоразрядных ультрафиолетовых облучателей на их основе // Светотехника. 2006. №6. С.2531.
  74. Соколова Т.В., Чайковская О.Н., Соснин Э.А., Соколова И.В. Фотопревращения 2-метилфенола, 4-метилфенола и 2-амино-метилфенола в воде // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. Т.73. №5. С.565572.
  75. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф., Скакун В.С., Шитц Д.В., Ломаев М.И., Тибаут М., Лаурент М. Источник излучения // Патент RU №2271590 C2. Приоритет 15.03.2005. Опубл. 10.03.2006. Бюл. №7.
  76. Соснин Э.А, Тарасенко В.Ф., Авдеев С.М., Шитц Д.В., Ерофеев М.В., Панарин В.А. Источник излучения // Патент RU №59324. Приоритет 09.06.2006. Опубл. 10.12.2006. Бюл. №34.
  77. Ахмедов А.Ю., Ерофеев В.И., Ерофеев М.В., Истомин В.А., Коровин С.Д., Медведев Ю.В., Полыгалов Ю.И., Орловский В.М., Сергеев О.А., Соснин Э.А, Степанов В.П., Тарасенко В.Ф. Способ осушки природного газа, проточный реактор для осушки природного газа // Патент RU №2284850. Приоритет 09.03.2006. Опубл. 10.10.2006. Бюл. №28.
  78. Sosnin E.A., Oppenlnder T., Tarasenko V.F. Applications of Capacitive and Barrier Discharge Excilamps in Photoscience // J. Photochem. Photobiol. C: Reviews. 2006. V.7. P.145163.
  79. Шуаибов А.К., Шевера И.В., Шимон Л.Л., Соснин Э.А. Современные источники ультрафиолетового излучения: разработка и применение. Ужгород: Ужгородский национальный университет, 2006. 225 с. (на украинском языке).
  80. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические характеристики плазмы эксиламп барьерного разряда на димерах галогенов I2*, Cl2*, Br2* // Оптика и спектроскопия. 2007. Т.103. №4. C.554–560.
  81. Avdeev S.M., Boichenko A.M., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Barrier-Discharge Excilamp on a Mixture of Krypton and Molecular Bromine and Chlorine // Laser Physics. 2007. V.17. №9. P.1119–1123.
  82. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Излучение молекул йода I2* в барьерном разряде // Квантовая электроника. 2007. Т.37. №1. С.107110.
  83. Boichenko A.M., Erofeev M.V., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Optimal length of capacitive-discharge and glow-discharge excilamps // Laser Physics. 2007. V.17. №6. P.798806.
  84. Авдеев С.М., Зверева Г.Н., Соснин Э.А. Исследование условий эффективной люминесценции I2*(342 нм) в барьерном разряде в смеси Kr-I2 // Оптика и спектроскопия. 2007. Т.103. №6. С.946955.
  85. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Авдеев С.А., Шитц Д.В., Скакун В.С. Устройство для обеззараживания воздуха и жидких сред // Патент RU №62224. Приоритет 09.01.2007. Опубл. 27.05.2007. Бюл. №15.
  86. Matafonova G.G., Christofi N., Batoev V.B., Sosnin E.A. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XeBr excilamp in a flow reactor // Chemosphere. 2008. V.70. P.11241127.
  87. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Источник двухполосного излучения на основе трехбарьерной KrCl-XeBr-эксилампы // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. Вып.17. С.16.
  88. Матафонова Г.Г., Батоев В.Б., Соснин Э.А., Christofi N. Комбинированный метод деградации хлорфенолов // Химия в интересах устойчивого развития. 2008. Т.16. С.191197.
  89. Лаврентьева Л.В., Авдеев С.М., Соснин Э.А., Величевская К.Ю. Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп на чистые культуры микроорганизмов  // Вестник ТГУ. Биология. 2008. №2(3). С.18–27.
  90. Sosnin E.A., Sokolova I.V., Tarasenko V.F. Development and Applications of Novel UV and VUV Excimer and Exciplex Lamps for the Experiments in Photochemistry // In Book: Photochemistry Research Progress (Eds by A. Sanchez, S.J. Gutierrez). Nova Science Publishers, 2008. ISBN 978-1-60456-568-3.
  91. Авдеев С.М., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Планарные эксилампы барьерного разряда // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т.21. №8. С.725–727.
  92. Авдеев С.М., Величевская К.Ю., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Лаврентьева Л.В. Анализ бактерицидного действия ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп // Светотехника. 2008. №4. С. 41–45.
  93. Авдеев С.М., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Излучение молекул Сl2* в барьерном разряде // Квантовая электроника. 2008. Т.38. №8. С.791-793.
  94. Авдеев С.М., Ерофеев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А., Суслов А.И., Тарасенко В.Ф., Щитц Д.В. Спектральные и энергетические характеристики многополосных KrBr-эксиламп барьерного разряда // Квантовая электроника. 2008. Т.38. №7. С.702–706.
  95. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Устройство для детектирования алмазов // Патент RU № 71166. Приоритет 06.11.07. Опубл. 27.02.2008. Бюл. №6.
  96. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Авдеев С.М., Чернов Е.Б. Источник ультрафиолетового излучения // Патент RU № 2321919. Приоритет 02.11.06. Опубл. 10.04.2008. Бюл. № 10.
  97. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические свойства плазмы барьерного и ёмкостного разрядов в смесях инертных газов с галоидами и в инертных газах, эксилампы // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2008. Серия Б. Том III-2. Глава 2. С. 526-556. М.: Янус-К, 2008.  ISBN 978-5-8037-0429-4.


Тираж 100. Заказ 1018.

Томский государственный университет.

634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.


1 Далее, если рядом с фамилией автора не указана организация, то подразумевается, что он сотрудник ИСЭ СО РАН.

2 Расчёт кинетики учитывал примерно 300 плазмохимических реакций  и был основан на программном пакете ПЛАЗЕР, разработанном в ИОФАН.

3 Относительное изменение концентрации метана находится на уровне погрешности хроматографа (из физических соображений содержание метана после облучения должно несколько уменьшиться).

4 Производство фирмы Heraeus (Германия).

5 Ранее KrBr-эксилампа в фотохимических исследованиях не применялась. Её предварительному тестированию посвящен п. 5.4.1.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.