Кіріспе

Ультрафиолетті С сәулесін шығаратын құрылғы

Микробты жоюға арналған шам (дезинфекциялық шам немесе стерилизациялық шам деп те аталады) – ультрафиолетті С (УФС) сәулесін шығаратын электрлік шам. Бұл қысқа толқынды ультрафиолет сәулесі ДНК негіздерінің жұптасуын бұзады, пиримидин димерлерінің түзілуіне әкеледі және бактериялардың, вирустардың және қарапайымдылардың белсенділігін жояды. Оны суды дезинфекциялау үшін озон өндіруге де қолдануға болады. Олар ультрафиолетті микробты жою сәулеленуі (УФМЖС) жүйелерінде қолданылады. Көбінесе қолданылатын төрт түрі бар:
Төмен қысымды сынап шамдары
Жоғары қысымды сынап шамдары
Эксимер шамдары
Жарықдиодты шамдар (LED)

Төмен қысымдағы сынап шамдары

Төмен қысымды сынап шамдары флуоресцентті шамға өте ұқсас, толқын ұзындығы 253,7 нм (1182,5 ТГц) құрайды. Гермицидтік шамның ең көп таралған түрі қарапайым флуоресцентті шамға ұқсас, бірақ түтігінде флуоресцентті фосфор жоқ. Сонымен қатар, түтік қарапайым борсиликатты шыныдан емес, құйылған кварц немесе викор 7913 шынысынан жасалған. Бұл екі өзгеріс бірігіп, сынап аркасы тудырған 253,7 нм ультракүлгін сәулені шамнан өзгеріссіз шығуға мүмкіндік береді (көбінесе флуоресцентті шамдарда ол фосфордың жарқырауына себеп болып, көрінетін жарық тудырады). Гермицидтік шамдар басқа сынап сәулелену жолақтарының арқасында әлі де аз мөлшерде көрінетін жарық шығарады. Ескі конструкциясы қыздырғыш шамға ұқсайды, бірақ оның колбасында бірнеше сынап тамшысы бар. Бұл конструкцияда қыздырғыш жіп сынапты қыздырып, буға айналдырады, ол ақырында доғаның пайда болуына мүмкіндік береді, бұл қыздырғыш жіпті қысқа тұйықтауға әкеледі. Барлық газ разрядты шамдар сияқты, төмен және жоғары қысымды сынап шамдары теріс кедергіге ие және ток ағынын реттеу үшін сыртқы балластты пайдалануды қажет етеді. Қыздырғыш шамға ұқсайтын ескі шамдар көбінесе 40 Вт-ты құрайтын қарапайым "құрылғы" шаммен тізбекте жұмыс істеді; қыздырғыш шам гермицидтік шам үшін балласт рөлін атқарды.

Жоғары қысымдағы сынап шамдары

Жоғары қысымды шамдар флуоресцентті шамдарға қарағанда HID шамдарына көбірек ұқсас. Бұл шамдар жеке сызық емес, кең спектрлі УФ-С сәулелерін шығарады. Олар өнеркәсіптік суды тазартуда кеңінен қолданылады, себебі өте қарқынды сәулелену көздері болып табылады. Жоғары қысымды шамдар өте жарық, көкшіл ақ түсті жарық береді.

Экцимерлік шамдар

Экцимерлік шамдар ортаға байланысты әртүрлі толқын ұзындығындағы тар спектрлі УФ-С және вакуумдық ультракүлгін сәулелерді шығарады. Олар құрамында сынап жоқ, сынапты шамдарға қарағанда тезірек толық қуатына жетеді және аз жылу бөледі. 207 және 222 нм толқын ұзындығындағы экцимерлік сәулелену, адам терісіне өте аз мөлшерде сіңетіндіктен, дәстүрлі 254 нм бактерицидтік сәулеленуге қарағанда қауіпсіз болып көрінеді.

Жарық шығаратын диодтар (LED)

Жарықдиодтық (ЖД) технологиядағы соңғы жетістіктер коммерциялық түрде УФС ЖД көздерін қолжетімді етті. УФС ЖД жарық шығару үшін жартылай өткізгіш материалдарды пайдаланады. Жартылай өткізгіш материалдың химиялық құрамын реттеу арқылы сәуле шығару толқын ұзындығын қадағалауға болады, бұл ЖД сәуле шығару профиліне микробтарды өлтіретін толқын ұзындығы диапазонында және одан тыс жерлерде таңдаулылық береді. AlGaN материалдар жүйесін түсіну және синтездеудегі жетістіктер 2010 жылдардың басында УФС ЖД-ның шығыс қуатын, құрылғының қызмет ету мерзімін және тиімділігін айтарлықтай арттырды. ЖД-ның кішірейтілген өлшемдері шағын реакторлық жүйелерге мүмкіндік береді, бұл қолдану орнында пайдалануға және медициналық құрылғыларға енгізуге мүмкіндік береді. Жартылай өткізгіштердің төмен қуатты тұтынуы алыс немесе дамып келе жатқан елдердегі қолданыстарда шағын күн батареяларын пайдаланатын УФ-дезинфекциялау жүйелерін енгізеді. УФС ЖД-ның әлемдік нарығы 2017 жылы 223 миллион доллардан 2023 жылы 991 миллион долларға дейін өсуі күтілуде.

Қолданылуы

Микробты өлтіретін шамдар биология зертханалары мен медициналық мекемелерде қолданылатын жұмыс орындарын және құралдарды зарарсыздандыру үшін пайдаланылады. Егер кварцты қаптама 185 нм сынап эмиссиясының спектралдық сызығы сияқты қысқа толқынды ұзындықтарды өткізетін болса, оларды озон қажет болатын жерлерде де қолдануға болады, мысалы, ыстық ванналар мен аквариумдардың тазалау жүйелерінде. Геологтар оларды минерал үлгілерінде флуоресценцияны тудыру үшін де қолданады, бұл оларды анықтауға көмектеседі. Мұндай жағдайда шамнан шығатын жарық көрінетін жарықты барынша азайту үшін сүзгіленеді, нәтижесінде тек ультракүлгін сәулелер қалады. Микроорганизмдерді өлтіру мақсатымен микробты өлтіретін шамдар, сондай-ақ, сарқынды суды тазартуда қолданылады. Микробты өлтіретін шамдардың шығаратын жарығы EPROM жадтарын өшіру үшін де қолданылады; ультракүлгін фотондары транзисторлардың қозғалмалы қақпаларында тұтқындалған электрондардың қақпа изоляциясы арқылы туннельдеуіне жеткілікті энергия береді, соның салдарынан біріншілік және екіншілік сандарды көрсететін сақталған зарядты жояды.

Озон өндірісі

Көптеген жағдайларда озон өндірісі шамның жұмыс істеуінің зиянды қосымша салдары болып табылады. Осыған жол бермеу үшін көптеген бактерияға қарсы шамдар 185 нм сынап сәулесін (оттегіні иондайтын сынап сәулесінің ең ұзын толқын ұзындығы) жұтып алу үшін арнайы өңделеді. Бірақ кейбір жағдайларда (мысалы, суды зарарсыздандыруда) озон өндірудің өзі мақсат болып табылады. Мұндай жағдайларда беткі қабаты өңделмеген, арнайы шамдар қолданылады.

Қауіпсіздік мәселелері

Қысқа толқынды УФ-сәулелер адамға зиянды. Күннен күюге және (уақыт өте келе) тері қатерлі ісігіне себеп болудан басқа, бұл сәуле көздің мүйіз қабығының қатты ауыртпалы қабынуын тудыруы мүмкін, бұл уақытша немесе тұрақты көру қабілетінің нашарлауына әкелуі мүмкін. Осы себепті, бактерицидтік шамнан шығатын жарық тікелей қараудан, сондай-ақ шағылысулар мен тараған жарықтан мұқият қорғалуы керек. 2017 жылдың ақпан айындағы УВК сәулелеріне жасалған тәуекелдік талдау, осы шамдардан шығатын ультракөк сәулелер тері мен көзге зиян келтіруі мүмкін деген қорытындыға келді.