低气压汞灯紫外辐射的物理模型

1、低气压汞灯紫外辐射的物理模型I  引言： 中国照明网技术论文·电光源 随着人们环保意识的加强以及医疗卫生和工农业生产发展的需要，紫外光源的生产和应用日益广泛普及，而非典疫情又使之跃进一步。中国照明网技术论文·电光源 在直接饮水处理方面，紫外线是最佳处理手段，因为这种波长的紫外线可以立即杀死各种细菌、病毒、原虫、线虫和各种微生物,即使是芽孢也不例外，而这是沸水和其他化学消毒剂难能为力的。加以紫外辐射一旦切断，不会留下任何二次污染物质，这更是其它消毒手段所无法比拟的，紫外线消毒已是发达国家直接饮用水的最后处理手段。中国照明网技术论文·电光源 紫外光及光催化技

2、术是各类污水的有效处理手段，特别是对某些剧毒污水采用生化处理方法已完全无效，但又没有其它有效手段的情况下，紫外辐射及光催化使有毒物质大量分解、氧化，毒性大幅度降解后再用其他常规手段处理。中国照明网技术论文·电光源 紫外辐射及光催化技术也是空气净化处理的有效手段，污浊空气中的高分子气体、有机物质或微生物在紫外辐射及光催化物质的作用下均将分解、氧化成H2O、CO2  、N2、O2等 空气的基本成分，不仅能消毒杀菌，而且可使污浊空气恢复清新。中国照明网技术论文·电光源 紫外线在工业方面最普遍的应用是光固化，目前光固化在印刷、油漆等行业已十分普及，这不仅提高了效率和质量，

3、而且降低了成本。中国照明网技术论文·电光源 波长为310-365nm的紫外线照射有利人体健康，可以促进维生素的合成和皮肤的新陈代谢，有很好的保健和美容效果，其使用在日益普及。中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 A波段紫外线对动、植物的生长保健有很好效果，在农业科技发展中起着重要作用，特别是在北方冬季或室内育种、饲养方面,日照的严重不足是一很难克服的障碍。A波段紫外线可以补充日照的不足，促进农、牧业的发展，是现代农牧业发展的一个重要条件。中国照明网技术论文·电光源 我国紫外线的使用已非常普及并正在快速扩展。紫外线光源的生产特别是低气压汞

4、灯的生产在量与质方面已有了很大的飞跃，但是人们对紫外线特性的了解不多，最普遍的印象是伤害人体，此外知之甚少。本文将就其中的某些重要性能扼要讨论，以便于更有效地利用紫外光源。中国照明网技术论文·电光源 低气压汞灯紫外辐射空间传输的测试中国照明网技术论文·电光源 论述低气压汞灯紫外辐射发生机理及特性的文章、书籍很多，本文将不涉及这方面内容。中国照明网技术论文·电光源 低气压汞灯的紫外辐射效率是很高的，汞原子的能线结构图及低气压汞灯的辐射光谱分别给在图1、图2中。在理想情况下，约60%的灯输入功率可转化为253.7nm紫外辐射功率。 当然在常规环境下，低压汞灯的紫外发生

5、效率不会达到如此高的水平。但只要设计合理、工艺精良、使用条件合适，50%左右的253.7nm紫外光发生效率是不难达到的。以我们用以进行试验的5支40W（实际灯功率36W）的长100cm、直径1.9cm的低气压汞灯为例，其表面辐照度在34000-39000W/cm2之间,平均达36600 W/cm2。即使以最低值34000W /cm2计，不难算出该灯管的253.7nm紫外辐射总功率为P253.7=19.5W，约占灯输入功率的54%（辐射部分长度取为96cm,即每端有2cm冷端、无紫外辐射） 这样高的紫外发生效率,目前是任何其他手段所难达到的。中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论

6、文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 图  2中国照明网技术论文·电光源 除253.7nm紫外辐射外，低气压汞灯同时还产生185nm的短波紫外辐射，但是这种波长的紫外辐射在空气中传播距离很短， 在毫米 量级的距离范围内即因使氧分子离解成氧原子而消耗殆尽，而氧原子将很快与氧分子结合成臭氧（O3）， 臭氧的氧化功能很强，在空气中的03  含量小于0.01ppm时，可使人感到空气清鲜有利健康。但含量

7、超过0.1ppm时则将剌激呼吸道,并使白血球降低，透发多种疾病。加以185nm紫外辐射同时还可能使氮分子（N2）离解并与氧分子或氧原子结合成多种氮氧化物。氮氧化物是 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 一种有害健康并可能致癌的物质，臭氧的产生是不希望的。目前多是在石英管中掺入少量其它元素以吸收185nm紫外线，不使逸出。这样的灯只辐射波长为253.7nm的紫外辐射，俗称无臭氧紫外光灯。中国照明网技术论文·电光源 我们的研究主要是结合空气净化系统进行的， 实验装置如图三，试验通道长度为120cm、截面高60cm、宽100cm，采用5支长100cm

8、、直径1.90cm的40W灯管，用电子镇流器限流，实际灯功率为36W. 5支灯管水平平行等距离安放在通导入口处的同一竖直平面上（图三），试测时分别点燃3号灯(一灯)，2、3、4、号灯(三灯)及1、2、3、4、5号灯(五灯)进行测试。通道中测得的253.7nm紫外辐照度（灯管中部）的测试数据分别见表1、表2、表3，试验时自通道顶部到底部取10个测试点，每点间隔5cm。沿通道方向每10cm采样一次。实验证明在同一半径上沿灯管轴向移动时辐照度没有明显变化。由实验数据得到的253.7nm紫外辐射沿实验管道方向的强度分布及衰减情况示如图4、5、6。中国照明网技术论文·电光源 低气压汞灯紫外辐射

9、空间传输的测试中国照明网技术论文·电光源 论述低气压汞灯紫外辐射发生机理及特性的文章、书籍很多，本文将不涉及这方面内容。中国照明网技术论文·电光源 低气压汞灯的紫外辐射效率是很高的，汞原子的能线结构图及低气压汞灯的辐射光谱分别给在图1、图2中。在理想情况下，约60%的灯输入功率可转化为253.7nm紫外辐射功率。 当然在常规环境下，低压汞灯的紫外发生效率不会达到如此高的水平。但只要设计合理、工艺精良、使用条件合适，50%左右的253.7nm紫外光发生效率是不难达到的。以我们用以进行试验的5支40W（实际灯功率36W）的长100cm、直径1.9cm的低气压汞灯为例，其表面辐照

10、度在34000-39000W/cm2之间,平均达36600 W/cm2。即使以最低值34000W /cm2计，不难算出该灯管的253.7nm紫外辐射总功率为P253.7=19.5W，约占灯输入功率的54%（辐射部分长度取为96cm,即每端有2cm冷端、无紫外辐射） 这样高的紫外发生效率,目前是任何其他手段所难达到的。中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文·电光源 图 

11、2中国照明网技术论文·电光源 除253.7nm紫外辐射外，低气压汞灯同时还产生185nm的短波紫外辐射，但是这种波长的紫外辐射在空气中传播距离很短， 在毫米 量级的距离范围内即因使氧分子离解成氧原子而消耗殆尽，而氧原子将很快与氧分子结合成臭氧（O3）， 臭氧的氧化功能很强，在空气中的03  含量小于0.01ppm时，可使人感到空气清鲜有利健康。但含量超过0.1ppm时则将剌激呼吸道,并使白血球降低，透发多种疾病。加以185nm紫外辐射同时还可能使氮分子（N2）离解并与氧分子或氧原子结合成多种氮氧化物。氮氧化物是 中国照明网技术论文·电光源 中国照明网技术论文

12、83;电光源 一种有害健康并可能致癌的物质，臭氧的产生是不希望的。目前多是在石英管中掺入少量其它元素以吸收185nm紫外线，不使逸出。这样的灯只辐射波长为253.7nm的紫外辐射，俗称无臭氧紫外光灯。中国照明网技术论文·电光源 我们的研究主要是结合空气净化系统进行的， 实验装置如图三，试验通道长度为120cm、截面高60cm、宽100cm，采用5支长100cm、直径1.90cm的40W灯管，用电子镇流器限流，实际灯功率为36W. 5支灯管水平平行等距离安放在通导入口处的同一竖直平面上（图三），试测时分别点燃3号灯(一灯)，2、3、4、号灯(三灯)及1、2、3、4、5号灯(五灯)进行测

13、试。通道中测得的253.7nm紫外辐照度（灯管中部）的测试数据分别见表1、表2、表3，试验时自通道顶部到底部取10个测试点，每点间隔5cm。沿通道方向每10cm采样一次。实验证明在同一半径上沿灯管轴向移动时辐照度没有明显变化。由实验数据得到的253.7nm紫外辐射沿实验管道方向的强度分布及衰减情况示如图4、5、6。中国照明网技术论文·电光源、紫外辐射应用设计的参考。紫外辐射的光化、光生化作用均是以光子的形式完成的，每个253.7nm紫外光子的能量为中国照明网技术论文·电光源 华星光电与深圳清华大学联合开发的沃生牌BS-UVC-POT100型空气净化器，其中采用二支15W H

14、型高效紫外光灯及高效的纳米 光触媒材料，经广东省疾病预防控制中心检测结论如下：中国照明网技术论文·电光源 1.该空气净化器开机消毒作用60min，对白色葡萄球菌的杀灭率3次试验平均杀灭率为98.19%。2.该空气净化器开机消毒作用60min，对体积约为62m3房间中，自然菌的消亡率，3次试验平均消毒率为68.41%中国照明网技术论文·电光源 紫外线灯杀菌的安全使用：中国照明网技术论文·电光源  中国照明网技术论文·电光源 紫外辐射是一种无二次污染的高效灭菌、消毒和空气净化手段，在医疗保健和水处理及工农业生产方面均有广泛应用，并且应用范围正在日益

15、扩大和普及。但是紫外辐射直接照射人体时，将造成一定的伤害。例如：在计量超过一定值时，长进间照射会灼伤表皮细胞，直视时将伤害眼球甚至视神经，大计量紫外辐射的长期照射可能致癌，因此在紫外辐射区域内，人员必须退场或有充分防护。紫外辐射不能穿透普通窗户玻璃，一张报纸或一层布即可有效阻止紫外辐射的穿透，因此在操作人员穿好服装、戴好面罩时当可得到充分保护。在紫外辐照度低于每平方厘米1微瓦时，则已与日光中的紫外线强度相当，短时间照射当可无防。中国照明网技术论文·电光源  中国照明网技术论文·电光源 在家庭使用时，则需在人员离开消毒场所后方能点燃紫外光源，而在人员进入前必须切断光源。这些都很容易通过声控、红外控制实现。还可以采用紫外辐射完全屏蔽在器具内部的具有光催化功能的空气净化器对普通室内场所进行消毒和空气净化，但是有些场所例如完全没有外窗的卫生间、地下室、浴室等永远不接触阳光又通风不良的场所，细菌、病毒或其他微生物可能在墙壁、墙脚等处滋生，这些场所最好还是利用紫外光的直接照