Разработана оригинальная компактная конструкция на основе коаксиального четвертьволнового резонатора, обеспечивающая эффективность передачи СВЧ-мощности в плазму на уровне 92,5 % и высокую пространственную однородность разряда. Предложена и верифицирована самосогласованная многомасштабная ма-тематическая модель, адекватно описывающая сопряжённые электродинамические, плазменно-кинетические и тепловые процессы с погрешностью менее 3 %. Установлено, что лампа на смеси Xe/Br2 демонстрирует оптимальный комплекс характеристик: интегральный КПД преобразования СВЧ-энергии в бактерицидное УФ-излучение достигает 56,2 %, уровень фотореактивации микроорганизмов не превышает 8 %, а деградация выходной мощности после 5000 часов непрерывной работы составляет 12,3 %. Показано, что преимущества XeBr-лампы обусловлены оптимальными условиями для образования эксиплексных молекул через метастабильные состояния Xe* и выгодным спектральным соответствием излучению 283 нм пику бактерицидной эффективности ( 265 нм). Ресурсные испытания подтвердили принципиальное превосходство безэлектродной конструкции по долговечности перед традиционными ртутными лампами низкого давления (РЛНД) аналогичной мощности. Разработанный научно-методический аппарат позволяет перейти к целенаправленному проектированию нового поколения экологически безопасных УФ-источников для систем дезинфекции.
The phase-out of mercury-containing technologies in accordance with the Minamata Convention is stimulating the search for environmentally friendly alternatives for ultraviolet (UV) disinfection. This paper presents the results of a comprehensive study of electrodeless microwave excilamps using Kr/Cl2 (222 nm) and Xe/Br2 (283 nm) mixtures. A unique, compact design based on a coaxial quarter-wave resonator has been developed, ensuring a 92.5 % efficiency of microwave power transfer into the plasma and high spatial uniformity of the discharge. A self-consistent multiscale mathematical model is proposed and verified, adequately describing the coupled electrodynamic, plasma-kinetic, and thermal processes with an error of less than 3 %. It has been established that the Xe/Br2 mixture lamp exhibits an optimal combination of characteristics: the integrated efficiency of converting microwave energy into bactericidal UV radiation reaches 56.2 %, the level of photoreactivation of microorganisms does not exceed 8 %, and the degradation of the output power after 5000 hours of continuous operation is 12.3 %. It is shown that the advantages of the XeBr lamp are due to optimal conditions for the formation of exciplex molecules through the metastable states of Xe* and the favorable spectral correspondence of 283 nm radiation to the peak of bactericidal efficiency ( 265 nm). Lifetime tests have confirmed the fundamental superiority of the electrodeless design in terms of durability over traditional low-pressure mercury lamps of similar power. The developed scientific and methodological apparatus allows for the transition to the targeted design of a new generation of environmentally friendly UV sources for disinfection systems.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
