Введение

Устройство, излучающее ультрафиолетовый свет C.

Гермицидная лампа (также известная как дезинфицирующая лампа или лампа-стерилизатор) — это электрический источник света, который производит ультрафиолетовый свет C (УФС). Этот ультрафиолетовый свет с короткой длиной волны нарушает спаривание оснований ДНК, вызывая образование пиримидиновых димеров и приводя к инактивации бактерий, вирусов и простейших. Его также можно использовать для получения озона для дезинфекции воды. Они применяются в ультрафиолетовом гермицидном облучении (UVGI). Существует четыре распространенных типа:
Ртутные лампы низкого давления
Ртутные лампы высокого давления
Эксимерные лампы
Светодиоды

Лампы ртути низкого давления

Низкодавление ртутных ламп очень похожи на люминесцентные лампы, с длиной волны 253,7 нм (1182,5 ТГц). Наиболее распространенная форма бактерицидной лампы выглядит как обычная люминесцентная лампа, но трубка не содержит люминесцентного фосфора. Кроме того, трубка изготавливается из кварцевого стекла или стекла Vycor 7913, а не из обычного боросиликатного стекла. Эти два изменения позволяют ультрафиолетовому свету с длиной волны 253,7 нм, генерируемому ртутной дугой, выходить из лампы без изменений (в то время как в обычных люминесцентных лампах он вызывает флуоресценцию фосфора, создавая видимый свет). Бактерицидные лампы все же производят небольшое количество видимого света из-за других спектральных линий ртутного излучения. Более старая конструкция выглядит как лампа накаливания, но с колбой, содержащей несколько капель ртути. В этой конструкции нить накаливания нагревает ртуть, создавая пар, который в конечном итоге позволяет возникнуть дуге, закорачивая нить накаливания. Как и все газоразрядные лампы, ртутные лампы низкого и высокого давления обладают отрицательным сопротивлением и требуют использования внешнего балласта для регулирования тока. Более старые лампы, напоминавшие лампы накаливания, часто работали последовательно с обычной 40-ваттной лампой накаливания "общего назначения"; лампа накаливания выполняла функцию балласта для бактерицидной лампы.

Высоковольтные ртутные лампы

Высоковольтные лампы гораздо больше похожи на лампы HID, чем на люминесцентные. Эти лампы излучают широкий спектр УФ-излучения, а не излучение на одной длине волны. Они широко применяются в промышленной очистке воды благодаря высокой интенсивности излучения. Высоковольтные лампы производят очень яркий голубовато-белый свет.

Экцимерные лампы

Экцимерные лампы излучают узкополосное УФ-С и вакуумное ультрафиолетовое излучение на различных длинах волн в зависимости от рабочей среды. Они не содержат ртути, достигают полной мощности быстрее, чем ртутные лампы, и выделяют меньше тепла. Излучение эксимеров на длинах волн 207 и 222 нм представляется более безопасным, чем традиционное 254-нм гермицидное излучение, благодаря значительно меньшему проникновению этих длин волн в кожу человека.

Светодиоды (LED)

Недавние достижения в технологии светодиодов привели к коммерческой доступности источников УФ-С излучения. УФ-С светодиоды используют полупроводниковые материалы для генерации света в твердотельном устройстве. Длину волны излучения можно регулировать, изменяя химический состав полупроводникового материала, что обеспечивает избирательность спектра излучения светодиода в пределах и за пределами гермицидного диапазона длин волн. Углубленное понимание и совершенствование синтеза материалов на основе AlGaN привели к значительному увеличению выходной мощности, срока службы и эффективности УФ-С светодиодов в начале 2010-х годов. Компактный размер светодиодов открывает возможности для создания небольших реакторных систем, позволяющих использовать их непосредственно в месте применения и интегрировать в медицинское оборудование. Низкое энергопотребление полупроводников способствует разработке систем УФ-дезинфекции, использующих небольшие солнечные панели в отдаленных или развивающихся странах. Прогнозируется, что мировой рынок УФ-С светодиодов вырастет с 223 миллионов долларов США в 2017 году до 991 миллиона долларов США в 2023 году.

Применение

Бактерицидные лампы используются для стерилизации рабочих мест и инструментов, применяемых в биологических лабораториях и медицинских учреждениях. Если кварцевая оболочка пропускает более короткие длины волн, такие как линия излучения ртути 185 нм, они также могут использоваться там, где требуется озон, например, в системах дезинфекции гидромассажных ванн и аквариумов. Геологи также используют их для возбуждения флуоресценции в образцах минералов, что помогает в их идентификации. В этом случае свет, излучаемый лампой, обычно фильтруется для удаления максимально возможного количества видимого света, оставляя только ультрафиолетовое излучение. Бактерицидные лампы также применяются в очистке сточных вод для уничтожения микроорганизмов. Излучение бактерицидных ламп также используется для стирания данных с EPROM; ультрафиолетовые фотоны обладают достаточной энергией, чтобы электроны, захваченные на плавающих затворах транзисторов, могли туннелировать через диэлектрик затвора, в конечном итоге удаляя накопленный заряд, представляющий собой двоичные единицы и нули.

Производство озона

В большинстве случаев образование озона было бы нежелательным побочным эффектом работы лампы. Чтобы предотвратить это, большинство бактерицидных ламп подвергаются обработке для поглощения линии излучения ртути длиной волны 185 нм (которая является самой длинной волной ртутного света, способной ионизировать кислород). Однако в некоторых случаях (например, при дезинфекции воды) образование озона является именно тем, что требуется. Для этого используются специальные лампы, не имеющие поверхностной обработки.

Опасения по поводу безопасности

Ультрафиолетовый свет с короткими волнами опасен для человека. Помимо вызывания солнечных ожогов и (со временем) рака кожи, этот свет может спровоцировать крайне болезненное воспаление роговицы глаза, которое может привести к временной или постоянной потере зрения. Поэтому свет, излучаемый бактерицидной лампой, должен быть надежно защищен от прямого попадания в глаза, с учетом отражений и рассеянного света. Анализ рисков, проведенный в феврале 2017 года в отношении УФС-ламп, показал, что ультрафиолетовое излучение от этих ламп может вызывать проблемы с кожей и глазами.