低氣壓汞燈紫外輻射的物理模型

1、低氣壓汞燈紫外輻射的物理模型I  引言： 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 隨著人們環(huán)保意識的加強以及醫(yī)療衛(wèi)生和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，紫外光源的生產(chǎn)和應(yīng)用日益廣泛普及，而非典疫情又使之躍進一步。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 在直接飲水處理方面，紫外線是最佳處理手段，因為這種波長的紫外線可以立即殺死各種細菌、病毒、原蟲、線蟲和各種微生物,即使是芽孢也不例外，而這是沸水和其他化學(xué)消毒劑難能為力的。加以紫外輻射一旦切斷，不會留下任何二次污染物質(zhì)，這更是其它消毒手段所無法比擬的，紫外線消毒已是發(fā)達國家直接飲用水的最后處理手段。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 紫外光及光催化技

2、術(shù)是各類污水的有效處理手段，特別是對某些劇毒污水采用生化處理方法已完全無效，但又沒有其它有效手段的情況下，紫外輻射及光催化使有毒物質(zhì)大量分解、氧化，毒性大幅度降解后再用其他常規(guī)手段處理。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 紫外輻射及光催化技術(shù)也是空氣凈化處理的有效手段，污濁空氣中的高分子氣體、有機物質(zhì)或微生物在紫外輻射及光催化物質(zhì)的作用下均將分解、氧化成H2O、CO2  、N2、O2等 空氣的基本成分，不僅能消毒殺菌，而且可使污濁空氣恢復(fù)清新。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 紫外線在工業(yè)方面最普遍的應(yīng)用是光固化，目前光固化在印刷、油漆等行業(yè)已十分普及，這不僅提高了效率和質(zhì)量，

3、而且降低了成本。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 波長為310-365nm的紫外線照射有利人體健康，可以促進維生素的合成和皮膚的新陳代謝，有很好的保健和美容效果，其使用在日益普及。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 A波段紫外線對動、植物的生長保健有很好效果，在農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中起著重要作用，特別是在北方冬季或室內(nèi)育種、飼養(yǎng)方面,日照的嚴(yán)重不足是一很難克服的障礙。A波段紫外線可以補充日照的不足，促進農(nóng)、牧業(yè)的發(fā)展，是現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的一個重要條件。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 我國紫外線的使用已非常普及并正在快速擴展。紫外線光源的生產(chǎn)特別是低氣壓汞

4、燈的生產(chǎn)在量與質(zhì)方面已有了很大的飛躍，但是人們對紫外線特性的了解不多，最普遍的印象是傷害人體，此外知之甚少。本文將就其中的某些重要性能扼要討論，以便于更有效地利用紫外光源。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 低氣壓汞燈紫外輻射空間傳輸?shù)臏y試中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 論述低氣壓汞燈紫外輻射發(fā)生機理及特性的文章、書籍很多，本文將不涉及這方面內(nèi)容。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 低氣壓汞燈的紫外輻射效率是很高的，汞原子的能線結(jié)構(gòu)圖及低氣壓汞燈的輻射光譜分別給在圖1、圖2中。在理想情況下，約60%的燈輸入功率可轉(zhuǎn)化為253.7nm紫外輻射功率。 當(dāng)然在常規(guī)環(huán)境下，低壓汞燈的紫外發(fā)生

5、效率不會達到如此高的水平。但只要設(shè)計合理、工藝精良、使用條件合適，50%左右的253.7nm紫外光發(fā)生效率是不難達到的。以我們用以進行試驗的5支40W（實際燈功率36W）的長100cm、直徑1.9cm的低氣壓汞燈為例，其表面輻照度在34000-39000W/cm2之間,平均達36600 W/cm2。即使以最低值34000W /cm2計，不難算出該燈管的253.7nm紫外輻射總功率為P253.7=19.5W，約占燈輸入功率的54%（輻射部分長度取為96cm,即每端有2cm冷端、無紫外輻射） 這樣高的紫外發(fā)生效率,目前是任何其他手段所難達到的。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論

6、文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 圖  2中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 除253.7nm紫外輻射外，低氣壓汞燈同時還產(chǎn)生185nm的短波紫外輻射，但是這種波長的紫外輻射在空氣中傳播距離很短， 在毫米 量級的距離范圍內(nèi)即因使氧分子離解成氧原子而消耗殆盡，而氧原子將很快與氧分子結(jié)合成臭氧（O3）， 臭氧的氧化功能很強，在空氣中的03  含量小于0.01ppm時，可使人感到空氣清鮮有利健康。但含量

7、超過0.1ppm時則將剌激呼吸道,并使白血球降低，透發(fā)多種疾病。加以185nm紫外輻射同時還可能使氮分子（N2）離解并與氧分子或氧原子結(jié)合成多種氮氧化物。氮氧化物是 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 一種有害健康并可能致癌的物質(zhì)，臭氧的產(chǎn)生是不希望的。目前多是在石英管中摻入少量其它元素以吸收185nm紫外線，不使逸出。這樣的燈只輻射波長為253.7nm的紫外輻射，俗稱無臭氧紫外光燈。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 我們的研究主要是結(jié)合空氣凈化系統(tǒng)進行的， 實驗裝置如圖三，試驗通道長度為120cm、截面高60cm、寬100cm，采用5支長100cm

8、、直徑1.90cm的40W燈管，用電子鎮(zhèn)流器限流，實際燈功率為36W. 5支燈管水平平行等距離安放在通導(dǎo)入口處的同一豎直平面上（圖三），試測時分別點燃3號燈(一燈)，2、3、4、號燈(三燈)及1、2、3、4、5號燈(五燈)進行測試。通道中測得的253.7nm紫外輻照度（燈管中部）的測試數(shù)據(jù)分別見表1、表2、表3，試驗時自通道頂部到底部取10個測試點，每點間隔5cm。沿通道方向每10cm采樣一次。實驗證明在同一半徑上沿?zé)艄茌S向移動時輻照度沒有明顯變化。由實驗數(shù)據(jù)得到的253.7nm紫外輻射沿實驗管道方向的強度分布及衰減情況示如圖4、5、6。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 低氣壓汞燈紫外輻射

9、空間傳輸?shù)臏y試中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 論述低氣壓汞燈紫外輻射發(fā)生機理及特性的文章、書籍很多，本文將不涉及這方面內(nèi)容。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 低氣壓汞燈的紫外輻射效率是很高的，汞原子的能線結(jié)構(gòu)圖及低氣壓汞燈的輻射光譜分別給在圖1、圖2中。在理想情況下，約60%的燈輸入功率可轉(zhuǎn)化為253.7nm紫外輻射功率。 當(dāng)然在常規(guī)環(huán)境下，低壓汞燈的紫外發(fā)生效率不會達到如此高的水平。但只要設(shè)計合理、工藝精良、使用條件合適，50%左右的253.7nm紫外光發(fā)生效率是不難達到的。以我們用以進行試驗的5支40W（實際燈功率36W）的長100cm、直徑1.9cm的低氣壓汞燈為例，其表面輻照

10、度在34000-39000W/cm2之間,平均達36600 W/cm2。即使以最低值34000W /cm2計，不難算出該燈管的253.7nm紫外輻射總功率為P253.7=19.5W，約占燈輸入功率的54%（輻射部分長度取為96cm,即每端有2cm冷端、無紫外輻射） 這樣高的紫外發(fā)生效率,目前是任何其他手段所難達到的。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 圖 

11、2中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 除253.7nm紫外輻射外，低氣壓汞燈同時還產(chǎn)生185nm的短波紫外輻射，但是這種波長的紫外輻射在空氣中傳播距離很短， 在毫米 量級的距離范圍內(nèi)即因使氧分子離解成氧原子而消耗殆盡，而氧原子將很快與氧分子結(jié)合成臭氧（O3）， 臭氧的氧化功能很強，在空氣中的03  含量小于0.01ppm時，可使人感到空氣清鮮有利健康。但含量超過0.1ppm時則將剌激呼吸道,并使白血球降低，透發(fā)多種疾病。加以185nm紫外輻射同時還可能使氮分子（N2）離解并與氧分子或氧原子結(jié)合成多種氮氧化物。氮氧化物是 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 中國照明網(wǎng)技術(shù)論文

12、83;電光源 一種有害健康并可能致癌的物質(zhì)，臭氧的產(chǎn)生是不希望的。目前多是在石英管中摻入少量其它元素以吸收185nm紫外線，不使逸出。這樣的燈只輻射波長為253.7nm的紫外輻射，俗稱無臭氧紫外光燈。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 我們的研究主要是結(jié)合空氣凈化系統(tǒng)進行的， 實驗裝置如圖三，試驗通道長度為120cm、截面高60cm、寬100cm，采用5支長100cm、直徑1.90cm的40W燈管，用電子鎮(zhèn)流器限流，實際燈功率為36W. 5支燈管水平平行等距離安放在通導(dǎo)入口處的同一豎直平面上（圖三），試測時分別點燃3號燈(一燈)，2、3、4、號燈(三燈)及1、2、3、4、5號燈(五燈)進行測

13、試。通道中測得的253.7nm紫外輻照度（燈管中部）的測試數(shù)據(jù)分別見表1、表2、表3，試驗時自通道頂部到底部取10個測試點，每點間隔5cm。沿通道方向每10cm采樣一次。實驗證明在同一半徑上沿?zé)艄茌S向移動時輻照度沒有明顯變化。由實驗數(shù)據(jù)得到的253.7nm紫外輻射沿實驗管道方向的強度分布及衰減情況示如圖4、5、6。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源、紫外輻射應(yīng)用設(shè)計的參考。紫外輻射的光化、光生化作用均是以光子的形式完成的，每個253.7nm紫外光子的能量為中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 華星光電與深圳清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的沃生牌BS-UVC-POT100型空氣凈化器，其中采用二支15W H

14、型高效紫外光燈及高效的納米 光觸媒材料，經(jīng)廣東省疾病預(yù)防控制中心檢測結(jié)論如下：中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 1.該空氣凈化器開機消毒作用60min，對白色葡萄球菌的殺滅率3次試驗平均殺滅率為98.19%。2.該空氣凈化器開機消毒作用60min，對體積約為62m3房間中，自然菌的消亡率，3次試驗平均消毒率為68.41%中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 紫外線燈殺菌的安全使用：中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源  中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 紫外輻射是一種無二次污染的高效滅菌、消毒和空氣凈化手段，在醫(yī)療保健和水處理及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面均有廣泛應(yīng)用，并且應(yīng)用范圍正在日益

15、擴大和普及。但是紫外輻射直接照射人體時，將造成一定的傷害。例如：在計量超過一定值時，長進間照射會灼傷表皮細胞，直視時將傷害眼球甚至視神經(jīng)，大計量紫外輻射的長期照射可能致癌，因此在紫外輻射區(qū)域內(nèi)，人員必須退場或有充分防護。紫外輻射不能穿透普通窗戶玻璃，一張報紙或一層布即可有效阻止紫外輻射的穿透，因此在操作人員穿好服裝、戴好面罩時當(dāng)可得到充分保護。在紫外輻照度低于每平方厘米1微瓦時，則已與日光中的紫外線強度相當(dāng)，短時間照射當(dāng)可無防。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源  中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 在家庭使用時，則需在人員離開消毒場所后方能點燃紫外光源，而在人員進入前必須切斷光源。這些都很容易通過聲控、紅外控制實現(xiàn)。還可以采用紫外輻射完全屏蔽在器具內(nèi)部的具有光催化功能的空氣凈化器對普通室內(nèi)場所進行消毒和空氣凈化，但是有些場所例如完全沒有外窗的衛(wèi)生間、地下室、浴室等永遠不接觸陽光又通風(fēng)不良的場所，細菌、病毒或其他微生物可能在墻壁、墻腳等處滋生，這些場所最好還是利用紫外光的直接照