איזה סוג של מקורות ריפוי UV מיושמים במערכת ריפוי UV?

אדי כספית, דיודה פולטת אור (LED) ואקסימר הן טכנולוגיות מובהקות של מנורות לריפוי UV. בעוד ששלושתם משמשים בתהליכי פוטופולימריזציה שונים להצלבת דיו, ציפויים, דבקים ושחולים, המנגנונים המייצרים את אנרגיית ה-UV המוקרנת, כמו גם המאפיינים של הפלט הספקטרלי המקביל, שונים לחלוטין. הבנת ההבדלים הללו היא מכרעת בפיתוח יישומים וניסוחים, בחירת מקור לריפוי UV ואינטגרציה.

מנורות אדי כספית

גם מנורות קשת אלקטרודות וגם מנורות מיקרוגל נטולות אלקטרודות נכנסות לקטגוריה של אדי כספית. מנורות אדי כספית הן סוג של מנורות פריקת גז בלחץ בינוני שבהן כמות קטנה של כספית אלמנטרית וגז אינרטי מתאדה לפלזמה בתוך צינור קוורץ אטום. פלזמה היא גז מיונן בטמפרטורה גבוהה להפליא המסוגל להוליך חשמל. הוא מיוצר על ידי הפעלת מתח חשמלי בין שתי אלקטרודות בתוך מנורת קשת או על ידי מיקרוגל של מנורה נטולת אלקטרודות בתוך מתחם או חלל הדומה בקונספט לתנור מיקרוגל ביתי. לאחר אידוי, פלזמה כספית פולטת אור רחב טווח על פני אורכי גל אולטרה סגול, גלוי ואינפרא אדום.

במקרה של מנורת קשת חשמלית, מתח מופעל ממריץ את צינור הקוורץ האטום. אנרגיה זו מאדה את הכספית לפלסמה ומשחררת אלקטרונים מאטומים מאודים. חלק מהאלקטרונים (-) זורם לכיוון אלקטרודת הטונגסטן החיובית או האנודה (+) של המנורה ואל המעגל החשמלי של מערכת ה-UV. האטומים עם האלקטרונים החדשים שחסרים הופכים לקטיונים בעלי אנרגיה חיובית (+) הזורמים לכיוון אלקטרודת הטונגסטן או הקתודה (-) הטעונה שלילית של המנורה. בזמן שהם נעים, קטיונים פוגעים באטומים ניטרליים בתערובת הגז. הפגיעה מעבירה אלקטרונים מאטומים ניטרליים לקטיונים. כאשר קטיונים צוברים אלקטרונים, הם נופלים למצב של אנרגיה נמוכה יותר. הפרש האנרגיה משוחרר כפוטונים המקרינים החוצה מצינור הקוורץ. בתנאי שהמנורה מופעלת בצורה מתאימה, מקוררת כהלכה ומופעלת תוך אורך החיים השימושיים שלה, אספקה ​​מתמדת של קטיונים חדשים (+) נמשכת לכיוון האלקטרודה השלילית או הקתודה (-), פוגעת יותר באטומים ומייצרת פליטה מתמשכת של אור UV. מנורות מיקרוגל פועלות באופן דומה למעט שגלי מיקרו, הידוע גם בשם תדר רדיו (RF), מחליפים את המעגל החשמלי. מכיוון שלמנורות מיקרוגל אין אלקטרודות טונגסטן והן פשוט צינור קוורץ אטום המכיל כספית וגז אינרטי, נהוג להתייחס אליהם כאלקטרודות.

תפוקת ה-UV של מנורות אדי כספית בפס רחב או רחב טווח משתרעת על פני אורכי גל אולטרה סגול, גלוי ואינפרא אדום, בערך בשיעור שווה. החלק האולטרה סגול כולל תערובת של אורכי גל UVC (200 עד 280 ננומטר), UVB (280 עד 315 ננומטר), UVA (315 עד 400 ננומטר), ו-UVV (400 עד 450 ננומטר). מנורות שפולטות UVC באורכי גל מתחת ל-240 ננומטר יוצרות אוזון ודורשות פליטה או סינון.

ניתן לשנות את הפלט הספקטרלי של מנורת אדי כספית על ידי הוספת כמויות קטנות של חומרים דומים, כגון: ברזל (Fe), גליום (Ga), עופרת (Pb), בדיל (Sn), ביסמוט (Bi), או אינדיום (In ). המתכות שנוספו משנות את הרכב הפלזמה, וכתוצאה מכך, את האנרגיה המשתחררת כאשר קטיונים רוכשים אלקטרונים. מנורות עם תוספת מתכות מכונות מסוממות, תוספות ומתכת הליד. רוב הדיו, הציפויים, הדבקים והשחולים בנוסח UV מתוכננים להתאים לתפוקה של מנורות מסוימות כספית (Hg) או ברזל (Fe). מנורות מסוימות בברזל מעבירות חלק מתפוקת ה-UV לאורכי גל ארוכים יותר, כמעט נראים לעין, מה שמביא לחדירה טובה יותר דרך ניסוחים עבים יותר עם פיגמנטים כבדים. תכשירי UV המכילים טיטניום דו חמצני נוטים להתרפא טוב יותר עם מנורות מסוימות גליום (GA). הסיבה לכך היא שמנורות גליום מעבירות חלק ניכר מתפוקת ה-UV לעבר אורכי גל ארוכים מ-380 ננומטר. מכיוון שתוספי טיטניום דו-חמצני בדרך כלל אינם סופגים אור מעל 380 ננומטר, שימוש במנורות גליום עם ניסוחים לבנים מאפשר ספיגה של אנרגיית UV רבה יותר על-ידי פוטו-אינטנטורים, בניגוד לתוספים.

פרופילים ספקטרליים מספקים למנסחים ולמשתמשי קצה ייצוג חזותי של האופן שבו פלט הקרינה עבור עיצוב מנורה ספציפי מופץ על פני הספקטרום האלקטרומגנטי. בעוד שלכספית המאודה ומתכות תוספות יש מאפייני קרינה מוגדרים, התערובת המדויקת של אלמנטים וגזים אינרטיים בתוך צינור הקוורץ יחד עם מבנה המנורה ועיצוב מערכת הריפוי משפיעים כולם על תפוקת ה-UV. הפלט הספקטרלי של מנורה לא משולבת המופעלת ונמדדת על ידי ספק מנורות באוויר הפתוח תהיה בעלת תפוקה ספקטרלית שונה מזו של מנורה המותקנת בתוך ראש מנורה עם רפלקטור וקירור מתוכננים כהלכה. פרופילים ספקטרליים זמינים בקלות מספקי מערכות UV, והם שימושיים בפיתוח פורמולציות ובבחירת מנורות.

פרופיל ספקטרלי משותף משרטט קרינה ספקטרלית על ציר y ואורך גל על ​​ציר x. הקרינה הספקטרלית יכולה להיות מוצגת בכמה דרכים כולל ערך מוחלט (למשל W/cm2/nm) או מדדים שרירותיים, יחסיים או מנורמלים (ללא יחידה). הפרופילים מציגים בדרך כלל את המידע כתרשים קו או כתרשים עמודות המקבץ את הפלט לרצועות של 10 ננומטר. גרף הפלט הספקטרלי של מנורת קשת הכספית הבא מציג קרינה יחסית ביחס לאורך הגל עבור המערכות של GEW (איור 1).

איור 1 »טבלאות פלט ספקטרלי עבור כספית וברזל.
מנורה הוא המונח המשמש להתייחסות לצינור הקוורץ פולט UV באירופה ובאסיה, בעוד שצפון ודרום אמריקה נוטים להשתמש בתערובת הניתנת להחלפה של נורה ומנורה. המנורה וראש המנורה מתייחסים שניהם למכלול המלא המאכלס את צינור הקוורץ וכל שאר הרכיבים המכניים והחשמליים.

מנורות קשת אלקטרודה

מערכות מנורות קשת אלקטרודה מורכבות מראש מנורה, מאוורר קירור או צ'ילר, ספק כוח וממשק אדם-מכונה (HMI). ראש המנורה כולל מנורה (נורה), רפלקטור, מעטפת מתכת או בית, מכלול תריס, ולפעמים חלון קוורץ או מגן תיל. GEW מתקין את צינורות הקוורץ, הרפלקטורים ומנגנוני התריס שלה בתוך מכלולי קלטות שניתן להסיר בקלות מהמארז או מהבית החיצוני של ראש המנורה. הסרת קלטת GEW מתבצעת בדרך כלל תוך שניות באמצעות מפתח אלן יחיד. מכיוון שתפוקת ה-UV, גודל וצורת ראש המנורה הכוללים, תכונות המערכת וצרכי ​​הציוד הנלווה משתנים לפי יישום ושוק, מערכות מנורות קשת אלקטרודות מתוכננות בדרך כלל עבור קטגוריה נתונה של יישומים או סוגי מכונות דומים.

מנורות אדי כספית פולטות 360° של אור מצינור הקוורץ. מערכות מנורת קשת משתמשות ברפלקטורים הממוקמים בצידי המנורה ובגב המנורה כדי ללכוד ולמקד יותר מהאור למרחק מוגדר לפני ראש המנורה. מרחק זה ידוע כמוקד והוא המקום בו הקרינה היא הגדולה ביותר. מנורות קשת פולטות בדרך כלל בטווח של 5 עד 12 W/cm2 במוקד. מכיוון שכ-70% מתפוקת ה-UV מראש המנורה מגיעה מהרפלקטור, חשוב לשמור על ניקיון מחזירי אור ולהחליף אותם מעת לעת. אי ניקוי או החלפת מחזירי אור הוא גורם שכיח לריפוי לא מספיק.

במשך למעלה מ-30 שנה, GEW משפרת את היעילות של מערכות הריפוי שלה, מתאימה אישית תכונות ותפוקה כדי לענות על הצרכים של יישומים ושווקים ספציפיים, ומפתחת סל גדול של אביזרי אינטגרציה. כתוצאה מכך, ההצעות המסחריות של GEW של היום משלבות עיצובי דיור קומפקטיים, מחזירי אור מותאמים להחזרת UV גדולה יותר והפחתת אינפרא אדום, מנגנוני תריס אינטגרליים שקטים, חצאיות וחריצים ברשת, הזנת רשת צדפה, חדירת חנקן, ראשים בלחץ חיובי, מסך מגע. ממשק מפעיל, ספקי כוח במצב מוצק, יעילות תפעולית גדולה יותר, ניטור תפוקת UV וניטור מערכת מרחוק.

כאשר מנורות אלקטרודות בלחץ בינוני פועלות, טמפרטורת פני הקוורץ היא בין 600 מעלות צלזיוס ל-800 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הפלזמה הפנימית היא כמה אלפי מעלות צלזיוס. אוויר כפוי הוא האמצעי העיקרי לשמירה על טמפרטורת הפעלת המנורה הנכונה ולהסרת חלק מאנרגיית האינפרא אדום המוקרנת. GEW מספקת אוויר זה בצורה שלילית; משמעות הדבר היא שאוויר נמשך דרך המעטפת, לאורך הרפלקטור והמנורה, ומוציא את המכלול והרחק מהמכונה או משטח הריפוי. חלק ממערכות GEW כגון E4C משתמשות בקירור נוזלי, המאפשר תפוקת UV מעט יותר גדולה ומקטין את גודל ראש המנורה הכולל.

למנורות קשת אלקטרודה יש ​​מחזורי חימום והתקררות. מנורות מכות עם קירור מינימלי. זה מאפשר לפלסמת הכספית לעלות לטמפרטורת הפעולה הרצויה, לייצר אלקטרונים וקטיונים חופשיים ולאפשר זרימת זרם. כאשר ראש המנורה כבוי, הקירור ממשיך לפעול במשך כמה דקות כדי לקרר באופן שווה את צינור הקוורץ. מנורה חמה מדי לא תכה מחדש וחייבת להמשיך להתקרר. אורך מחזור ההפעלה והקירור, כמו גם השפלה של האלקטרודות במהלך כל פגיעת מתח, היא הסיבה לכך שמנגנוני תריס פניאומטיים משולבים תמיד במכלולי מנורות קשת האלקטרודות של GEW. איור 2 מציג מנורות קשת אלקטרודות מקוררות אוויר (E2C) ונוזל מקורר (E4C).

איור 2 »מנורות קשת אלקטרודות מקוררות נוזל (E4C) ואויר מקורר (E2C).

מנורות LED UV

מוליכים למחצה הם חומרים מוצקים וגבישים המוליכים במידה מסוימת. חשמל זורם דרך מוליך למחצה טוב יותר מאשר מבודד, אבל לא כמו מוליך מתכתי. מוליכים למחצה המופיעים באופן טבעי אך לא יעילים כוללים את היסודות סיליקון, גרמניום וסלניום. מוליכים למחצה מיוצרים באופן סינטטי המיועדים לתפוקה ויעילות הם חומרים מורכבים עם זיהומים המוספגים במדויק בתוך מבנה הגביש. במקרה של נוריות UV, אלומיניום גליום ניטריד (AlGaN) הוא חומר נפוץ.

מוליכים למחצה הם בסיסיים לאלקטרוניקה המודרנית והם מהונדסים ליצור טרנזיסטורים, דיודות, דיודות פולטות אור ומיקרו-מעבדים. התקני מוליכים למחצה משולבים במעגלים חשמליים ומותקנות בתוך מוצרים כגון טלפונים ניידים, מחשבים ניידים, טאבלטים, מכשירי חשמל, מטוסים, מכוניות, שלטים רחוקים ואפילו צעצועי ילדים. הרכיבים הזעירים אך החזקים הללו גורמים למוצרים היומיומיים לתפקד ובמקביל מאפשרים לפריטים להיות קומפקטיים, דקים יותר, קלים יותר ומשתלמים יותר.

במקרה המיוחד של נוריות LED, חומרים מוליכים למחצה מתוכננים ומיוצרים במדויק פולטים פסי אור צרים יחסית באורך גל כאשר הם מחוברים למקור מתח DC. האור נוצר רק כאשר זרם זורם מהאנודה החיובית (+) לקתודה השלילית (-) של כל LED. מכיוון שתפוקת LED נשלטת במהירות ובקלות ומעין מונוכרומטית, נוריות LED מתאימות באופן אידיאלי לשימוש כמו: נורות חיווי; אותות תקשורת אינפרא אדום; תאורה אחורית עבור טלוויזיות, מחשבים ניידים, טאבלטים וטלפונים חכמים; שלטים אלקטרוניים, שלטי חוצות וג'מבוטרונים; וריפוי UV.

LED הוא צומת חיובי-שלילי (צומת pn). המשמעות היא שלחלק אחד של ה-LED יש מטען חיובי והוא מכונה האנודה (+), ולחלק השני יש מטען שלילי ומכונה הקתודה (-). בעוד ששני הצדדים מוליכים יחסית, גבול הצומת שבו שני הצדדים נפגשים, המכונה אזור הדלדול, אינו מוליך. כאשר המסוף החיובי (+) של מקור כוח זרם ישר (DC) מחובר לאנודה (+) של הנורית, והמסוף השלילי (-) של המקור מחובר לקתודה (-), אלקטרונים בעלי מטען שלילי בקתודה ומקומות פנויים אלקטרונים בעלי מטען חיובי באנודה נדחים על ידי מקור הכוח ונדחפים לעבר אזור הדלדול. זוהי הטיה קדימה, ויש לה השפעה של התגברות על הגבול הלא מוליך. התוצאה היא שאלקטרונים חופשיים באזור מסוג n חוצים וממלאים מקומות פנויים באזור מסוג p. כאשר אלקטרונים זורמים על פני הגבול, הם עוברים למצב של אנרגיה נמוכה יותר. הירידה המתאימה באנרגיה משתחררת מהמוליך למחצה כפוטונים של אור.

החומרים והחומרים הדומים היוצרים את מבנה ה-LED הקריסטלי קובעים את הפלט הספקטרלי. כיום, למקורות ריפוי LED זמינים מסחרית יש תפוקות אולטרה סגול שמרכזן 365, 385, 395 ו-405 ננומטר, סובלנות טיפוסית של ±5 ננומטר, והתפלגות ספקטרלית גאוסית. ככל ששיא הקרינה הספקטרלית גדולה יותר (W/cm2/nm), כך שיא עקומת הפעמון גבוה יותר. בעוד שפיתוח UVC נמשך בין 275 ל-285 ננומטר, הפלט, החיים, האמינות והעלות עדיין אינם כדאיים מבחינה מסחרית עבור מערכות ויישומים לריפוי.

מכיוון שתפוקת UV-LED מוגבלת כיום לאורכי גל UVA ארוכים יותר, מערכת ריפוי UV-LED אינה פולטת את הפלט הספקטרלי רחב הפס האופיינית למנורות אדי כספית בלחץ בינוני. משמעות הדבר היא שמערכות ריפוי UV-LED אינן פולטות UVC, UVB, האור הנראה ביותר ואורכי גל אינפרא אדום מייצרי חום. אמנם זה מאפשר להשתמש במערכות ריפוי UV-LED ביישומים רגישים יותר לחום, אך יש לנסח מחדש דיו, ציפויים וחומרי דבק שנוסחו עבור מנורות כספית בלחץ בינוני עבור מערכות ריפוי UV-LED. למרבה המזל, ספקי כימיה מעצבים יותר ויותר הצעות כתרופה כפולה. משמעות הדבר היא שניסוח כפול המיועד לריפוי עם מנורת UV-LED ירפא גם עם מנורת אדי כספית (איור 3).

איור 3 »תרשים פלט ספקטרלי עבור LED.

מערכות הריפוי UV-LED של GEW פולטות עד 30 W/cm2 בחלון הפולט. שלא כמו מנורות קשת אלקטרודות, מערכות ריפוי UV-LED אינן משלבות רפלקטורים המכוונים את קרני האור למוקד מרוכז. כתוצאה מכך, קרינת שיא UV-LED מתרחשת קרוב לחלון הפולט. קרני ה-UV-LED הנפלטות מתפצלות זו מזו ככל שהמרחק בין ראש המנורה למשטח הריפוי גדל. זה מפחית את ריכוז האור ואת עוצמת הקרינה שמגיעה למשטח הריפוי. בעוד שקרינה שיא חשובה להצלבה, קרינה יותר ויותר גבוהה אינה תמיד מועילה ואף יכולה לעכב צפיפות צולבת גדולה יותר. אורך גל (ננומטר), קרינה (W/cm2) וצפיפות האנרגיה (J/cm2) כולם ממלאים תפקידים קריטיים בריפוי, ויש להבין את ההשפעה הקולקטיבית שלהם על הריפוי בעת בחירת מקור UV-LED.

נוריות הם מקורות למברטיאן. במילים אחרות, כל LED UV פולט פלט קדימה אחיד על פני חצי כדור מלא של 360° x 180°. נוריות UV רבות, כל אחת בסדר גודל של מילימטר ריבוע, מסודרות בשורה אחת, במטריצה ​​של שורות ועמודות, או בתצורה אחרת. תת-מכלולים אלה, המכונים מודולים או מערכים, מתוכננים עם מרווח בין נוריות LED המבטיח מיזוג על פני פערים ומקל על קירור דיודה. מודולים או מערכים מרובים מסודרים אז במכלולים גדולים יותר כדי ליצור גדלים שונים של מערכות ריפוי UV (איורים 4 ו-5). רכיבים נוספים הנדרשים לבניית מערכת ריפוי UV-LED כוללים את גוף הקירור, חלון פולט, דרייברים אלקטרוניים, ספקי כוח DC, מערכת קירור נוזלי או צ'ילר, וממשק מכונה אנושית (HMI).

איור 4 »מערכת LeoLED לאינטרנט.

איור 5 »מערכת LeoLED להתקנות מרובות מנורות במהירות גבוהה.

מאחר ומערכות ריפוי UV-LED אינן מקרינות אורכי גל אינפרא אדום. הן מעבירות מטבען פחות אנרגיה תרמית אל משטח הריפוי מאשר מנורות אדי כספית, אך אין זה אומר שיש להתייחס לנורות UV כאל טכנולוגיית ריפוי קר. מערכות ריפוי UV-LED יכולות לפלוט שיא קרינה גבוה מאוד, ואורכי גל אולטרה סגול הם סוג של אנרגיה. כל פלט שלא נספג בכימיה יחמם את החלק הבסיסי או המצע כמו גם את רכיבי המכונה שמסביב.

נוריות UV הן גם רכיבים חשמליים עם חוסר יעילות המונע על ידי התכנון והייצור הגולמי של מוליכים למחצה, כמו גם שיטות ייצור ורכיבים המשמשים לאריזת הנוריות לתוך יחידת הריפוי הגדולה יותר. בעוד שהטמפרטורה של צינור קוורץ אדי כספית חייבת להישמר בין 600 ל-800 מעלות צלזיוס במהלך הפעולה, טמפרטורת צומת LED pn חייבת להישאר מתחת ל-120 מעלות צלזיוס. רק 35-50% מהחשמל המניע מערך UV-LED מומר לפלט אולטרה סגול (תלוי מאוד באורך גל). השאר הופך לחום תרמי שיש להסירו על מנת לשמור על טמפרטורת הצומת הרצויה ולהבטיח קרינת מערכת מוגדרת, צפיפות אנרגיה ואחידות, כמו גם חיים ארוכים. נוריות LED הן מטבען התקני מצב מוצק עמידים לאורך זמן, ושילוב של נוריות LED במכלולים גדולים יותר עם מערכות קירור מתוכננות ומתוחזקות כראוי הוא קריטי להשגת מפרטי חיים ארוכים. לא כל מערכות ריפוי UV זהות, ולמערכות ריפוי UV-LED שלא תוכננו ומקוררו בצורה לא נכונה, יש סבירות גבוהה יותר להתחממות יתר ולכשל קטסטרופלי.

מנורות קשת/LED היברידיות

בכל שוק שבו טכנולוגיה חדשה לגמרי מוצגת כתחליף לטכנולוגיה קיימת, יכולה להיות חשש לגבי אימוץ כמו גם ספקנות לגבי ביצועים. משתמשים פוטנציאליים מעכבים לעתים קרובות את האימוץ עד להיווצרות בסיס התקנה מבוסס היטב, מחקרי מקרה מתפרסמים, המלצות חיוביות מתחילות להסתובב בהמוניהם ו/או שהם מקבלים ניסיון ממקור ראשון או הפניות מאנשים וחברות שהם מכירים וסומכים עליהם. לעתים קרובות נדרשות ראיות קשות לפני ששוק שלם מוותר לחלוטין על הישן ועובר במלואו לחדש. זה לא עוזר שסיפורי הצלחה נוטים להיות מוחזקים בסודות, שכן מאמצים מוקדמים לא רוצים שהמתחרים יבינו יתרונות דומים. כתוצאה מכך, סיפורים אמיתיים ומוגזמים על אכזבה יכולים לפעמים להדהד ברחבי השוק, להסוות את היתרונות האמיתיים של טכנולוגיה חדשה ולדחות עוד יותר את האימוץ.

לאורך ההיסטוריה, וכנגד לאימוץ בעל כורחו, עיצובים היברידיים אומצו לעתים קרובות כגשר מעבר בין טכנולוגיה מכהנת לטכנולוגיה חדשה. היברידיות מאפשרות למשתמשים לצבור ביטחון ולקבוע בעצמם כיצד ומתי יש להשתמש במוצרים או בשיטות חדשות, מבלי לוותר על היכולות הנוכחיות. במקרה של ריפוי UV, מערכת היברידית מאפשרת למשתמשים להחליף במהירות ובקלות בין מנורות אדי כספית וטכנולוגיית LED. עבור קווים עם תחנות ריפוי מרובות, היברידיות מאפשרות למכבשים להפעיל 100% LED, 100% אדי כספית, או כל תערובת של שתי הטכנולוגיות הנדרשת לעבודה נתונה.

GEW מציעה מערכות היברידיות של קשת/LED לממירי אינטרנט. הפתרון פותח עבור השוק הגדול ביותר של GEW, תווית רשת צרה, אך לעיצוב ההיברידי יש שימוש גם ביישומי אינטרנט אחרים ולא אינטרנטיים (איור 6). הקשת/LED משלבת בית ראש מנורה משותף שיכול להכיל אדי כספית או קלטת LED. שתי הקסטות פועלות באמצעות מערכת כוח ובקרה אוניברסלית. אינטליגנציה בתוך המערכת מאפשרת הבחנה בין סוגי קלטות ומספקת באופן אוטומטי את הכוח, הקירור והממשק המתאים למפעיל. הסרה או התקנה של אחת מקסטות אדי כספית או LED של GEW מתבצעת בדרך כלל תוך שניות באמצעות מפתח אלן יחיד.

איור 6 »מערכת קשת/לד לאינטרנט.

מנורות אקסימר

מנורות אקסימר הן סוג של מנורת פריקת גז הפולטת אנרגיית אולטרה סגול מעין-מונוכרומטית. בעוד מנורות אקצימר זמינות באורכי גל רבים, יציאות אולטרה סגול נפוצות מתרכזות ב-172, 222, 308 ו-351 ננומטר. מנורות אקסימר של 172 ננומטר נופלות ברצועת UV הוואקום (100 עד 200 ננומטר), בעוד ש-222 ננומטר הוא אך ורק UVC (200 עד 280 ננומטר). מנורות אקצימר של 308 ננומטר פולטות UVB (280 עד 315 ננומטר), ו-351 ננומטר הם UVA מוצקים (315 עד 400 ננומטר).

אורכי גל UV בוואקום של 172 ננומטר קצרים יותר ומכילים יותר אנרגיה מאשר UVC; עם זאת, הם נאבקים לחדור עמוק מאוד לתוך חומרים. למעשה, אורכי גל של 172 ננומטר נספגים לחלוטין בתוך 10 עד 200 ננומטר העליונים של כימיה בנוסח UV. כתוצאה מכך, מנורות אקסימר של 172 ננומטר יקשרו רק את פני השטח החיצוניים ביותר של תכשירי UV וחייבות להיות משולבות בשילוב עם התקני ריפוי אחרים. מאחר ואורכי גל UV בוואקום נספגים גם באוויר, יש להפעיל מנורות אקסימר של 172 ננומטר באווירה נטולת חנקן.

רוב מנורות האקסימר מורכבות מצינור קוורץ המשמש כמחסום דיאלקטרי. הצינור מלא בגזים נדירים המסוגלים ליצור מולקולות אקסימר או אקסיפלקס (איור 7). גזים שונים מייצרים מולקולות שונות, והמולקולות הנרגשות השונות קובעות אילו אורכי גל נפלטים מהמנורה. אלקטרודה במתח גבוה עוברת לאורכו הפנימי של צינור הקוורץ, ואלקטרודות הארקה עוברות לאורכו החיצוני. מתחים מופעמים לתוך המנורה בתדרים גבוהים. זה גורם לאלקטרונים לזרום בתוך האלקטרודה הפנימית ולפרוק על פני תערובת הגז לכיוון אלקטרודות האדמה החיצוניות. תופעה מדעית זו ידועה בשם פריקת מחסום דיאלקטרי (DBD). כאשר אלקטרונים עוברים דרך הגז, הם מקיימים אינטראקציה עם אטומים ויוצרים מינים מופעלים או מיוננים המייצרים מולקולות אקסימר או אקסיפלקס. למולקולות האקסימר והאקסיפלקס יש חיים קצרים להפליא, וכשהן מתפרקות ממצב נרגש למצב קרקע, נפלטים פוטונים בהתפלגות כמו-מונוכרומטית.

איור 7 »מנורת אקסימר

שלא כמו מנורות אדי כספית, פני השטח של צינור הקוורץ של מנורת אקסימר אינם מתחממים. כתוצאה מכך, רוב מנורות האקסימר פועלות עם מעט או ללא קירור. במקרים אחרים, נדרשת רמת קירור נמוכה שמסופקת בדרך כלל על ידי גז חנקן. בשל היציבות התרמית של המנורה, מנורות האקסימר מופעלות/כיבויות באופן מיידי ואינן דורשות מחזורי חימום או קירור.

כאשר מנורות אקסימר המקרינות ב-172 ננומטר משולבות בשילוב עם שתי מערכות אשפרה כמו-מונוכרומטיות מסוג UVA-LED ומנורות אדי כספית בפס רחב, נוצרות אפקטים של משטח מחטב. מנורות LED UVA משמשות לראשונה כדי לג'ל את הכימיה. לאחר מכן נעשה שימוש במנורות אקסימר מעין-מונוכרומטיות לפולימר של פני השטח, ולבסוף מנורות כספית רחבות פס מקשרות את שאר הכימיה. התפוקות הספקטרליות הייחודיות של שלוש הטכנולוגיות המיושמות בשלבים נפרדים מספקות השפעות ריפוי משטח אופטיות ופונקציונליות מועילות שלא ניתן להשיג עם אף אחד ממקורות ה-UV בפני עצמו.

אורכי גל אקצימר של 172 ו-222 ננומטר יעילים גם בהשמדת חומרים אורגניים מסוכנים וחיידקים מזיקים, מה שהופך את מנורות האקסימר למעשיות לניקוי פני השטח, חיטוי וטיפולי אנרגיית פני השטח.

חיי מנורה

בהתייחס לחיי המנורה או הנורה, מנורות הקשת של GEW בדרך כלל עד 2,000 שעות. חיי המנורה אינם מוחלטים, מכיוון שתפוקת UV פוחתת בהדרגה עם הזמן ומושפעת מגורמים שונים. העיצוב והאיכות של המנורה, כמו גם מצב ההפעלה של מערכת ה-UV והתגובתיות של חומר הניסוח. מערכות UV מתוכננות כהלכה מבטיחות שהספק והקירור הנכונים הנדרשים על ידי עיצוב המנורה (הנורה) הספציפית מסופקים.

מנורות (נורות) שסופקו על ידי GEW מספקות תמיד את החיים הארוכים ביותר בשימוש במערכות אשפרה של GEW. מקורות אספקה ​​משניים ביצעו בדרך כלל הנדסה הפוכה של המנורה ממדגם, וייתכן שהעותקים לא יכילו את אותו אביזר קצה, קוטר קוורץ, תכולת כספית או תערובת גז, אשר כולם יכולים להשפיע על תפוקת ה-UV ויצירת החום. כאשר יצירת החום אינה מאוזנת מול קירור המערכת, המנורה סובלת גם בתפוקה וגם בחיים. מנורות הפועלות קריר יותר פולטות פחות UV. מנורות שפועלות חמות יותר אינן מחזיקות מעמד לאורך זמן ומתעוותות בטמפרטורות פני שטח גבוהות.

אורך החיים של מנורות קשת האלקטרודות מוגבל על ידי טמפרטורת הפעולה של המנורה, מספר שעות ההפעלה ומספר ההתחלות או התקלות. בכל פעם שמנורה נפגעת בקשת מתח גבוה במהלך ההפעלה, מעט מאלקטרודת הטונגסטן נשחקת. בסופו של דבר, המנורה לא תכה מחדש. מנורות קשת אלקטרודה משלבות מנגנוני תריס אשר, כאשר הם מופעלים, חוסמים את פלט ה-UV כחלופה להפעלה חוזרת של כוח המנורה. דיו, ציפויים ודבקים תגובתיים יותר עשויים לגרום לחיי המנורה ארוכים יותר; בעוד שניסוחים פחות תגובתיים עשויים לדרוש החלפות מנורות תכופות יותר.

מערכות UV-LED הן מטבען מחזיקות מעמד זמן רב יותר מאשר מנורות קונבנציונליות, אך גם חיי UV-LED אינם מוחלטים. בדומה למנורות קונבנציונליות, לנורות ה-UV יש מגבלות במידת הכוח שניתן להניע אותן, ובדרך כלל עליהן לפעול עם טמפרטורות צומת מתחת ל-120 מעלות צלזיוס. נוריות LED עם הפעלת יתר ונוריות LED עם קירור נמוך יפגעו בחיים, וכתוצאה מכך הידרדרות מהירה יותר או כשל קטסטרופלי. לא כל ספקי מערכות ה-UV-LED מציעים כיום עיצובים העומדים בתקופות החיים הגבוהות ביותר של יותר מ-20,000 שעות. המערכות המתוכננות והמתוחזקות יותר יחזיקו מעמד מעבר ל-20,000 שעות, והמערכות הנחותות ייכשלו בתוך חלונות קצרים בהרבה. החדשות הטובות הן שעיצובי מערכות LED ממשיכים להשתפר ולהחזיק מעמד זמן רב יותר עם כל איטרציה של עיצוב.

אוזון
כאשר אורכי גל UVC קצרים יותר משפיעים על מולקולות חמצן (O2), הם גורמים למולקולות חמצן (O2) להתפצל לשני אטומי חמצן (O). לאחר מכן, אטומי החמצן החופשיים (O) מתנגשים במולקולות חמצן אחרות (O2) ויוצרים אוזון (O3). מכיוון שטרי חמצן (O3) פחות יציב בגובה פני הקרקע מאשר דו חמצן (O2), האוזון חוזר בקלות למולקולת חמצן (O2) ואטום חמצן (O) כשהוא נסחף באוויר האטמוספרי. אטומי חמצן חופשיים (O) ואז מתחברים זה עם זה בתוך מערכת הפליטה כדי לייצר מולקולות חמצן (O2).

עבור יישומים תעשייתיים לריפוי UV, אוזון (O3) מיוצר כאשר חמצן אטמוספרי יוצר אינטראקציה עם אורכי גל אולטרה סגול מתחת ל-240 ננומטר. מקורות לריפוי אדי כספית בפס רחב פולטים UVC בין 200 ל-280 ננומטר, החופף לחלק מאזור יצירת האוזון, ומנורות אקסימר פולטות UV ואקום ב-172 ננומטר או UVC ב-222 ננומטר. האוזון שנוצר על ידי אדי כספית ומנורות אשפרה אקסימר אינו יציב ואינו מהווה דאגה סביבתית משמעותית, אך יש צורך להסירו מהסביבה הקרובה לעובדים מכיוון שהוא גורם לגירוי בדרכי הנשימה ורעיל ברמות גבוהות. מכיוון שמערכות ריפוי UV-LED מסחריות פולטות תפוקת UVA בין 365 ל-405 ננומטר, אוזון אינו נוצר.

לאוזון יש ריח הדומה לריח של מתכת, חוט בוער, כלור וניצוץ חשמלי. חושי ריח אנושיים יכולים לזהות אוזון נמוך כמו 0.01 עד 0.03 חלקים למיליון (ppm). למרות שזה משתנה לפי אדם ורמת פעילות, ריכוזים גבוהים מ-0.4 ppm יכולים להוביל להשפעות נשימתיות שליליות ולכאבי ראש. יש להתקין אוורור מתאים בקווי אשפרה UV כדי להגביל את חשיפת העובדים לאוזון.

מערכות ריפוי UV מתוכננות בדרך כלל להכיל את אוויר הפליטה כשהוא עוזב את ראשי המנורה, כך שניתן להרחיק אותו מהמפעילים ומחוץ לבניין, שם הוא מתפרק באופן טבעי בנוכחות חמצן ואור שמש. לחלופין, מנורות נטולות אוזון משלבות תוסף קוורץ החוסם אורכי גל המייצרים אוזון, ומתקנים המעוניינים להימנע מתעלות או חיתוך חורים בגג משתמשים לעתים קרובות במסננים ביציאה של מאווררי פליטה.