एक्साइमर लैंप: Difference between revisions
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'''[[एक्साइमर]] लैम्प''' या '''एक्सिलैम्प''' एक्साइमर अणुओं के स्वत: उत्सर्जन पर आधारित [[पराबैंगनी प्रकाश]] का एक स्रोत है।<ref name=dxcfvszc /><ref name=trest /><ref name=gydh /> | '''[[एक्साइमर]] लैम्प''' या '''एक्सिलैम्प''' एक्साइमर अणुओं के स्वत: उत्सर्जन पर आधारित [[पराबैंगनी प्रकाश]] का एक स्रोत है।<ref name=dxcfvszc /><ref name=trest /><ref name=gydh /> | ||
== परिचय == | == परिचय == | ||
एक्साइमर लैम्प [[मोनोक्रोमैटिक प्रकाश|अर्ध एकवर्णी प्रकाश]] प्रकाश स्रोत हैं जो [[पराबैंगनी|पराबैंगनी विकिरण]] ( | एक्साइमर (उत्तेजद्वयी) लैम्प [[मोनोक्रोमैटिक प्रकाश|अर्ध एकवर्णी प्रकाश]] प्रकाश स्रोत हैं जो [[पराबैंगनी|पराबैंगनी विकिरण]] (पराबैंगनी विकिरण) और निर्वात पराबैंगनी विकिरण (निर्वात पराबैंगनी विकिरण) वर्णक्रमीय क्षेत्रों में तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला पर कार्य करते हैं एक्साइमर लैंप का संचालन उत्तेजित एक्साइमर के निर्माण पर आधारित होता है जो स्वचालित रूप से उत्तेजित अवस्था से मूल अवस्था में स्थानांतरित हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप पराबैंगनी विकिरण फोटॉन का उत्सर्जन होता है एक्साइमर लैम्प विकिरण का वर्णक्रमीय अधिकतम कार्यशील एक्साइमर अणु द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है जिसके लिए नीचे दी गई तालिका को देखें। | ||
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एक्साइमर [[डायटोमिक अणु|द्विपरमाण्विक अणु]] या बहुपरमाण्विक अणु होते हैं जिनमें स्थिर उत्तेजित | एक्साइमर [[डायटोमिक अणु|द्विपरमाण्विक अणु]] या बहुपरमाण्विक अणु होते हैं जिनमें स्थिर उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थाएँ होती हैं और अस्थिर या दुर्बल रूप से बाध्य (ऊष्मीय अस्थिर) मूल अवस्था होती है प्रारंभ में एक स्थिर उत्तेजित अवस्था वाले केवल [[समनाभिकीय]] द्विपरमाण्विक अणु एक प्रतिकारक मूल अवस्था को एक्साइमर कहा जाता था "एक्सीमर" शब्द को बाद में किसी भी बहुपरमाणुक अणु को प्रतिकारक या दुर्बल रूप से बाध्य मूल स्थिति के साथ संदर्भित करने के लिए विस्तारित किया गया था एक शब्द "एक्सिप्लेक्स" भी आ सकता है जिसका अर्थ है एक उत्तेजित अवस्था मे एक्साइमर अणु भी है लेकिन एक समानाभिकीय अणु नहीं है उदाहरण के लिए, Xe<sub>2</sub>*, Kr<sub>2</sub>*, Ar<sub>2</sub>* एक्साइमर अणु हैं जबकि XeCl*, KrCl*, XeBr*, ArCl*, Xe<sub>2</sub>Cl* एक्सिप्लेक्स अणु हैं दुर्लभ गैसों के एक्साइमर और दुर्लभ गैस-हैलोजन एक्साइमर सबसे अधिक विस्तृत और अध्ययन किए गए उत्तेजक होते हैं दुर्लभ गैस-हैलाइड ट्राइमेराइट, धातु उत्तेजक, धातु गैस उत्तेजक, धातु-हैलाइड उत्तेजक और दुर्लभ गैस-ऑक्साइड उत्तेजक भी ज्ञात हैं<ref name=jhdf /> लेकिन वे लगभग कभी-कभी ही उपयोग किए जाते हैं। | ||
उत्तेजक अणु एक सीमित समय के लिए उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में सम्मिलित हो सकता है एक नियम के रूप में कुछ नैनोसेकंड से कुछ समय बाद एक्साइमर अणु फोटॉन के रूप में आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजक की ऊर्जा को मुक्त करते हुए मूल इलेक्ट्रॉनिक स्थिति में स्थानांतरित हो जाता है एक्साइमर अणु की एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक संरचना के कारण सबसे कम बाध्य उत्साहित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था और मूल अवस्था के बीच ऊर्जा का अंतर 3.5 से 10 [[इलेक्ट्रॉनवोल्ट]] तक होता है जो एक प्रकार के एक्साइमर अणु पर निर्भर करता है पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण क्षेत्र वर्णक्रमीय प्रकाश उत्सर्जन प्रदान करता है एक्साइमर लैंप विकिरण की एक विशिष्ट वर्णक्रमीय विशेषता में मुख्य रूप से तीव्र संकीर्ण उत्सर्जन बैंड होता है<ref name=mtfj /> एक्साइमर लैम्प की संपूर्ण विकिरण ऊर्जा का लगभग 70-80% भाग इस उत्सर्जन बैंड में केंद्रित होता है उत्सर्जन बैंड के अधिकतम भाग पर पूर्ण-चौड़ाई प्रकार के एक्साइमर अणु और अधिक उत्तेजना की स्थिति पर निर्भर होते है जिनकी उत्तेजना 2 से 15 एनएम के भीतर होती है वास्तव में एक्साइमर लैंप [[मोनोक्रोमैटिक प्रकाश|अर्ध एकवर्णी प्रकाश]] के स्रोत हैं इसलिए ऐसे स्रोत वर्णक्रमीय-चयनात्मक विकिरण के लिए उपयुक्त होते हैं और कुछ स्थितियों में लेसरों को भी प्रतिस्थापित कर सकते हैं।<ref name=yewfyh /><ref name=fsdqr /><ref name=uyjgf /> | |||
== पराबैंगनी विकिरण उत्पादन == | == पराबैंगनी विकिरण उत्पादन == | ||
एक्साइमर | एक्साइमर अणुओ मे उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था से मूल अवस्था में स्वतः परागमन के कारण विकिरण उत्पन्न होता है एक्सीमर और एक्सिप्लेक्स अणु लंबे समय तक जीवित रहने वाली संरचनाएं नहीं हैं वे तीव्रता से कुछ नैनोसेकंड के भीतर विघटित हो जाती हैं पराबैंगनी विकिरण फोटॉन के रूप में अपनी उत्तेजन ऊर्जा को प्रारम्भ करती हैं: | ||
एक्साइमर अणु का उत्सर्जन: | एक्साइमर अणु का उत्सर्जन: | ||
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एक्सिप्लेक्स अणु का उत्सर्जन: | एक्सिप्लेक्स अणु का उत्सर्जन: | ||
:<math>{RgX^*\ \xrightarrow[]{\tau}\ Rg + X + h\nu (UV photon)},</math> | :<math>{RgX^*\ \xrightarrow[]{\tau}\ Rg + X + h\nu (UV photon)},</math> | ||
जहाँ ''Rg<sub>2</sub>*'' एक एक्साइमर अणु है एक्सिप्लेक्स अणु RgX* है तथा Rg दुर्लभ गैस का परमाणु है और X हैलोजन का रमाणु है। | |||
== एक्साइमर अणु निर्माण == | == एक्साइमर अणु निर्माण == | ||
[[प्लाज्मा (भौतिकी)]] में एक्साइमर अणु उत्पन्न करना सुविधाजनक | [[प्लाज्मा (भौतिकी)]] में एक्साइमर अणु उत्पन्न करना सुविधाजनक होता है प्लाज्मा में विशेष रूप से एक्साइमर अणुओं के निर्माण में इलेक्ट्रॉन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं कुशलतापूर्वक एक्साइमर अणुओं को उत्पन्न करने में सक्षम होने के लिए कार्यशील माध्यम (प्लाज्मा) में ऊर्जा के साथ इलेक्ट्रॉनों की पर्याप्त सांद्रता होनी चाहिए जो कि एक्साइमर अणुओं के पूर्व उत्पादन करने के लिए पर्याप्त सांद्रता मे हों और जो मुख्य रूप से उत्तेजित और आयनित दुर्लभ गैस परमाणु हैं गैसीय मिश्रण में ऊर्जा उत्तेजक और आयनित दुर्लभ गैस परमाणु निम्नानुसार बनते हैं: | ||
[[इलेक्ट्रॉन उत्तेजना]] | [[इलेक्ट्रॉन उत्तेजना]] | ||
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: Rg* + e<sup>−</sup> → Rg<sup>+</sup> + 2e<sup>−</sup> | : Rg* + e<sup>−</sup> → Rg<sup>+</sup> + 2e<sup>−</sup> | ||
जहां Rg* उत्तेजित | जहां Rg* उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में दुर्लभ गैस परमाणु है, Rg<sup>+</sup> दुर्लभ गैस आयन है और e<sup>−</sup> इलेक्ट्रॉन है जब प्लाज्मा में पर्याप्त मात्रा में उत्तेजित दुर्लभ गैस परमाणु एकत्र होते हैं तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया से एक्साइमर अणु बनते हैं: | ||
जब प्लाज्मा में पर्याप्त मात्रा में उत्तेजित दुर्लभ गैस परमाणु | |||
: Rg* + Rg + M → Rg<sub>2</sub>* + M | : Rg* + Rg + M → Rg<sub>2</sub>* + M | ||
जहाँ Rg<sub>2</sub>* | जहाँ Rg<sub>2</sub>* एक्साइमर अणु है और M एक तीसरा कण है जो एक्साइमर अणु को स्थिर करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा को दूर ले जाता है एक नियम के रूप में यह कार्यशील माध्यम का दुर्लभ गैस परमाणु है। | ||
इस तीन-निकाय प्रतिक्रिया का विश्लेषण करते हुए, कोई यह देख सकता है कि एक्साइमर अणुओं के उत्पादन की दक्षता उत्साहित दुर्लभ गैस परमाणुओं की एकाग्रता और | इस तीन-निकाय प्रतिक्रिया का विश्लेषण करते हुए, कोई यह देख सकता है कि एक्साइमर अणुओं के उत्पादन की दक्षता उत्साहित दुर्लभ गैस परमाणुओं की एकाग्रता और मूल अवस्था में दुर्लभ गैस परमाणुओं की एकाग्रता के वर्ग के समानुपाती होती है इस दृष्टि से कार्यशील माध्यम में दुर्लभ गैस की सांद्रता यथासंभव अधिक होनी चाहिए और गैस के दाब को बढ़ाकर दुर्लभ गैस की उच्च सांद्रता प्राप्त की जाती है हालाँकि दुर्लभ गैस की सांद्रता में वृद्धि भी एक्साइमर अणुओं के टकराव को तीव्र करती है जिसके परिणामस्वरूप उनका विकिरण क्षय होता है: | ||
: Rg<sub>2</sub>* + Rg → Rg* + 2Rg. | : Rg<sub>2</sub>* + Rg → Rg* + 2Rg. | ||
एक्साइमर अणुओं का टकराव | एक्साइमर अणुओं का टकराव क्षीणन नगण्य होता है जबकि टकराव के बीच का औसत समय उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में एक्साइमर अणु के जीवनकाल की तुलना में बहुत अधिक होता है। सामान्यतः एक कार्यशील माध्यम का इष्टतम दाब प्रयोगात्मक रूप से पाया जाता है और इसकी मात्रा लगभग वातावरण के बराबर होती है। | ||
एक्सिप्लेक्स अणुओं (दुर्लभ गैस | एक्सिप्लेक्स अणुओं (दुर्लभ गैस हैलाईड) के निर्माण में अंतर्निहित तंत्र, एक्सीमर अणु के निर्माण की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक जटिल होता है एक्सिप्लेक्स अणुओं का निर्माण दो मुख्य प्रकारों से होता है पहला आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया के कारण होता है अर्थात एक धनात्मक दुर्लभ गैस आयन और एक ऋणात्मक हलोजन आयन के पुनर्संयोजन से होता है: | ||
: Rg<sup>+</sup> + X<sup>−</sup> + M → RgX* + M | : Rg<sup>+</sup> + X<sup>−</sup> + M → RgX* + M | ||
जहाँ RgX* एक एक्सिप्लेक्स अणु है | जहाँ RgX* एक एक्सिप्लेक्स अणु है और M एक संघट्टात्मक तीसरा कण है जो सामान्यतः गैसीय मिश्रण या बफर गैस का एक परमाणु या अणु होता है तीसरा कण अतिरिक्त ऊर्जा लेता है और एक्सिप्लेक्स अणु को स्थिर करता है विघटनकारी इलेक्ट्रॉन की एक तथाकथित प्रक्रिया में हलोजन अणु के साथ कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की पारस्परिक अभिक्रिया से एक ऋणात्मक हलोजन आयन का निर्माण होता है: | ||
विघटनकारी इलेक्ट्रॉन | |||
:X<sub>2</sub> + e<sup>−</sup> → X + X<sup>−</sup> | :X<sub>2</sub> + e<sup>−</sup> → X + X<sup>−</sup> | ||
जहाँ X एक हैलोजन परमाणु है। | जहाँ X एक हैलोजन परमाणु है। | ||
आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया के कारण एक्सिप्लेक्स अणुओं के कुशल उत्पादन के लिए गैसीय मिश्रण का | आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया के कारण एक्सिप्लेक्स अणुओं के कुशल उत्पादन के लिए गैसीय मिश्रण का दाब बहुत महत्वपूर्ण है तथ्य यह है कि आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया तीन-पिंडों की टकराव की प्रक्रिया है और दाब के साथ तीन-पिंडों मे टकराव की संभावना बढ़ जाती है एक गैसीय मिश्रण के कम दाबों (वायुमंडलीय दाब) पर आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया कम दक्षता वाली होती है जबकि यह 100 वायुमंडलीय से ऊपर के दाबों पर अपेक्षाकृत अधिक उत्पादक होती है। | ||
एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण का दूसरा तरीका एक [[हापून प्रतिक्रिया]] | एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण का दूसरा तरीका एक [[हापून प्रतिक्रिया]] है इस स्थिति में एक हलोजन अणु या हलोजन युक्त यौगिक एक उत्तेजित दुर्लभ गैस परमाणु के दुर्बल बाध्य इलेक्ट्रॉन को अधिकृत कर लेता है और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में एक एक्सिप्लेक्स अणु बनता है: | ||
: Rg* + X<sub>2</sub> → RgX* + X. | : Rg* + X<sub>2</sub> → RgX* + X. | ||
चूंकि हर्पून प्रतिक्रिया दो- | चूंकि हर्पून प्रतिक्रिया दो-रासायनिक अभिक्रिया की टकराव की प्रक्रिया है इसलिए यह प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक दाब से अपेक्षाकृत कम दाब पर उत्पादक रूप से आगे बढ़ सकती है इस प्रकार, हापून प्रतिक्रिया गैसीय मिश्रण के कम दाबों पर एक्साइमर लैंप के कुशल संचालन को संभव बनाती है आयन-आयन पुनर्संयोजन की उत्पादक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक दाबों की तुलना में गैसीय मिश्रण के कम दाबों पर एक्सिप्लेक्स अणुओं की टकराव शमन बहुत कम होता है इसके कारण एक कम दाब वाला एक्साइमर लैंप पम्पिंग ऊर्जा को पराबैंगनी विकिरण में परिवर्तित करने में अधिकतम दक्षता सुनिश्चित करता है। | ||
यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि आयन-आयन पुनर्संयोजन की हापून प्रतिक्रिया और प्रतिक्रिया दोनों एक साथ आगे बढ़ती हैं। पहली या दूसरी प्रतिक्रिया का प्रभुत्व मुख्य रूप से गैसीय मिश्रण के | यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि आयन-आयन पुनर्संयोजन की हापून प्रतिक्रिया और प्रतिक्रिया दोनों एक साथ आगे बढ़ती हैं। पहली या दूसरी प्रतिक्रिया का प्रभुत्व मुख्य रूप से गैसीय मिश्रण के दाब से निर्धारित होता है। हापून प्रतिक्रिया कम दाब (50 वायुमंडलीय दाब से नीचे) पर प्रबल होती है जबकि आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया उच्च दाब (100 वायुमंडलीय दाब से ऊपर) पर प्रबल होती है। | ||
प्लाज्मा में होने वाली प्रतिक्रियाओं की | प्लाज्मा में होने वाली प्रतिक्रियाओं की गतिकी विविध है और उपरोक्त प्रक्रियाओं तक सीमित नहीं है एक्सिप्लेक्स अणुओं के उत्पादन की दक्षता गैसीय मिश्रण की संरचना और इसके उत्तेजन की स्थितियों पर निर्भर करती है एक हलोजन दाता का प्रकार एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है सबसे प्रभावी और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले हैलोजन-वाहक समानाभिकीय द्विपरमाण्विक हैलोजन अणु हैं लेकिन कुछ स्थिति तक अधिक जटिल हैलोजन यौगिक जैसे हाइड्रोजन हैलाईड, [[धातु हलाइड्स|धातु हैलाईड]] और [[इंटरहैलोजन|अंतराहैलोजन]] का उपयोग हलोजन-वाहक के रूप में भी किया जाता है। | ||
एक उल्लेखनीय हलोजन-वाहक क्षार | एक उल्लेखनीय हलोजन-वाहक क्षार हैलाईड है क्षार हैलाईड की एक विशेषता उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में एक्सिप्लेक्स अणुओं के साथ उनके [[रासायनिक बंध|रासायनिक बंधन]] की समानता है उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थाओं में एक्सिप्लेक्स अणु आयनिक बंधन के साथ-साथ मूल अवस्था में क्षार के हैलाईड की विशेषता रखते हैं। यह एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण के लिए वैकल्पिक तंत्र है, अर्थात् [[प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया|प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाए]] है: | ||
: Rg* + AX → RgX* + A | : Rg* + AX → RgX* + A | ||
: Rg<sup>+</sup> + AX → RgX* + A<sup>+</sup> | : Rg<sup>+</sup> + AX → RgX* + A<sup>+</sup> | ||
जहाँ AX एक क्षार | जहाँ AX एक क्षार हैलाईड अणु है, A क्षार धातु परमाणु है और A<sup>+</sup> क्षार धातु आयन है। | ||
एक्सिप्लेक्स अणुओं के | एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण के ये तंत्र आयन-आयन पुनर्संयोजन और हापून प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया से मौलिक रूप से भिन्न हैं<ref name=uytegbyp /> क्षार धातु के एक परमाणु या आयन को क्षार धातु के एक परमाणु या आयन को एक दुर्लभ गैस के उत्तेजित परमाणु या आयन द्वारा प्रतिस्थापित करके एक एक्सिप्लेक्स अणु बनाया जाता है। | ||
क्षार | क्षार हैलाईड का उपयोग करने का एक लाभ यह है कि दोनों प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं तुलनात्मक उत्पादकता के साथ कम दाबों पर एक साथ आगे बढ़ सकती हैं<ref name=qasdftyhf /> इसके अतिरिक्त अन्य हैलोजन-वाहकों का उपयोग करते हुए एक्सीमर लैंप के विपरीत एक्सिप्लेक्स अणुओं के उत्पादन में दुर्लभ गैस के उत्तेजित परमाणुओं और आयनों दोनों का प्रभावी रूप से उपयोग किया जाता है यह महत्वपूर्ण है क्योंकि दुर्लभ गैस के आयनीकरण और उत्तेजन से प्रारम्भ की गई अधिकांश ऊर्जा व्यय होती है चूंकि गैसीय मिश्रण के दाब के आधार पर आयन-आयन पुनर्संयोजन और हापून प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया प्रबल होती है दुर्लभ गैस आयनों की पीढ़ी कम दाबों पर लाभहीन होती है जबकि उच्च दाबों पर दुर्लभ गैस का उत्तेजना अनुचित होता है एक गैसीय मिश्रण में क्षार हैलाईड अणुओं की आवश्यक एकाग्रता प्रदान करने के लिए आवश्यक उच्च तापमान क्षार हैलाईड का उपयोग करने का एक दोष है इसके अतिरिक्त हलोजन-वाहक के रूप में क्षार हैलाईड का उपयोग विशेष रूप से निम्न दाबों पर कार्य करने वाले [[एक्सिप्लेक्स लेजर|एक्सिप्लेक्स लेसर]] के विकास में उत्तरदायी है।<ref name="qasdftyhf" /> | ||
== उत्तेजना के | == उत्तेजना के प्रकार == | ||
एक्साइमर अणुओं के उत्सर्जन को उत्तेजित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले | एक्साइमर अणुओं के उत्सर्जन को उत्तेजित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में से एक विद्युत निर्वहन है एक्साइमर लैंप को पंप करने के लिए कई प्रकार के निर्वहन का उपयोग किया जाता है कुछ उदाहरण मे दीप्ति विसर्जन, स्पंदित [[ चमक निर्वहन |निर्वहन]], धारिता निर्वहन, अनुदैर्घ्य और अनुप्रस्थ निर्वहन, आयतन निर्वहन, स्पार्क निर्वहन और माइक्रोहोल निर्वहन सम्मिलित है 2013 तक [[ढांकता हुआ बाधा निर्वहन|डाइ इलैक्ट्रिक रोधक निर्वहन]] (डीबीडी) एक प्रकार का धारिता निर्वहन, वाणिज्यिक लैंप में उपयोग किया जाने वाला सबसे सामान्य प्रकार है<ref name=jtuyf /><ref name=jytr /> डीबीडी एक्साइमर लैंप का एक लाभ यह है कि इलेक्ट्रोड सक्रिय माध्यम (प्लाज्मा) के प्रत्यक्ष संपर्क में नहीं होते हैं इलेक्ट्रोड और निर्वहन के बीच परस्परिक क्रिया की अनुपस्थिति इलेक्ट्रोड की स्थिति को समाप्त करती है और साथ ही स्पटरेड इलेक्ट्रोड पदार्थ द्वारा सक्रिय माध्यम के संदूषण को समाप्त करती है जो दूसरों की तुलना में डीबीडी एक्साइमर लैंप के जीवनकाल को अपेक्षाकृत बढ़ा देती है इसके अतिरिक्त डीबीडी निर्वहन कुछ अवस्था मे से एक से अधिक वातावरण में कार्य के दाब की विस्तृत श्रृंखला में गैस मिश्रण के प्रभावी उत्तेजना को सुनिश्चित करता है जो विशिष्ट कार्य की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए विकीर्ण सतह के किसी भी वांछित आकार में एक्साइमर लैंप के लिए बनाए जा सकते हैं। | ||
== एक्साइमर लैंप के लाभ == | == एक्साइमर लैंप के लाभ == | ||
पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण के अन्य स्रोतों की तुलना में एक्साइमर लैंप के मुख्य लाभ इस प्रकार हैं: | |||
* | * पराबैंगनी विकिरण की उच्च औसत विशिष्ट ऊर्जा सक्रिय माध्यम के 1 वाट प्रति घन सेंटीमीटर तक होती है। | ||
* उत्सर्जित फोटॉन की उच्च ऊर्जा (3.5 से 11.5 eV तक) | * उत्सर्जित फोटॉन की उच्च ऊर्जा (3.5 से 11.5 eV तक) होती है। | ||
* | * वर्णक्रमीय पूर्ण-चौड़ाई के साथ अधिकतम प्रकाश 2 से 15 एनएम तक अर्ध-एकवर्णी प्रकाश विकिरण है। | ||
* | * पराबैंगनी विकिरण की उच्च ऊर्जा वर्णक्रमीय घनत्व है। | ||
* विशिष्ट उद्देश्यों के लिए | * विशिष्ट उद्देश्यों के लिए पराबैंगनी विकिरण के वर्णक्रमीय तरंग दैर्ध्य की तालिका देखें। | ||
* कई प्रकार के कार्य करने वाले एक्साइमर अणुओं के एक साथ उत्तेजना के कारण | * बहुतरंग पराबैंगनी विकिरण की उपलब्धता कई प्रकार के कार्य करने वाले एक्साइमर अणुओं के एक साथ उत्तेजना के कारण होती है। | ||
* दृश्यमान और आईआर विकिरण की | * दृश्यमान और आईआर विकिरण की अनुपस्थिति। | ||
* | * संक्रियण विधि की उपलब्धि। | ||
* विकिरण सतह का कम | * विकिरण सतह का कम ताप। | ||
* | * पारा की अनुपस्थिति। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
[[File:IOT Excirad172.JPG|thumb|छपाई उद्योग के लिए व्यावसायिक रूप से प्रयुक्त 172 एनएम एक्सीमर लैंप]] | [[File:IOT Excirad172.JPG|thumb|छपाई उद्योग के लिए व्यावसायिक रूप से प्रयुक्त 172 एनएम एक्सीमर लैंप]]पराबैंगनी विकिरण वर्णक्रमीय क्षेत्र में उत्सर्जित प्रकाश स्रोतों का व्यापक रूप से प्रकाश रासायनिक प्रक्रियाओं से डसंबद्ध तकनीकों में उपयोग किया जाता है उदाहरण के लिए, स्याही, आसंजकता, प्रच्छन्नता और लेपन, [[फोटोलिथोग्राफी]], डाइइलेक्ट्रिक्स के पराबैंगनी विकिरण प्रेरित विकास <ref name=dwfwadaf /> पराबैंगनी विकिरण प्रेरित सतह संशोधन और सफाई या पदार्थ मे एकत्र पराबैंगनी विकिरण के असंगत स्रोतों के लेजर स्रोतों पर कुछ लाभ हैं क्योंकि उनकी अपेक्षाकृत कम लागत, विकिरण का एक बड़ा क्षेत्र और उपयोग में आसानी होती है जब बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रियाओं की परिकल्पना की जाती है। | ||
मर्करी लैंप (λ = 253.7 एनएम) व्यापक रूप से पराबैंगनी विकिरण का स्रोत हैं लेकिन उनका उत्पादन और पुराने लैंप का उपयोग मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण प्रदूषण के लिए जोखिम उत्पन्न करता है सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले मर्करी लैंप की तुलना में एक्साइमर लैंप के कई लाभ हैं एक्साइमर अणु की एक विशिष्ट विशेषता मूल इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में जटिल बंधन की अनुपस्थिति है इसके लिए महत्वपूर्ण स्व-अवशोषण के अतिरिक्त प्लाज्मा से उच्च-तीव्रता वाले पराबैंगनी विकिरण को निकाला जा सकता है यह सक्रिय माध्यम में एकत्र ऊर्जा को प्रभावी रूप से पराबैंगनी विकिरण में परिवर्तित करना संभव बनाता है। | |||
दुर्लभ गैस और दुर्लभ गैस- | एक्साइमर लैंप को पराबैंगनी विकिरण के ठंडे स्रोतों के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि पारा जैसे पारंपरिक पराबैंगनी विकिरण लैंप के विपरीत एक्साइमर लैंप की विकिरण सतह अपेक्षाकृत कम तापमान पर रहती है क्योंकि माध्यम को गर्म करने की आवश्यकता नहीं होती है और एक्साइमर लैंप सक्रिय होने के लगभग शीघ्र बाद अपने उत्पादन तक अभिगम्य हो जाते हैं दुर्लभ गैस और दुर्लभ गैस-हैलाईड एक्साइमर लैंप सामान्यतः पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण वर्णक्रमीय क्षेत्रों (तालिका देखें) में विकीर्ण होते हैं उनकी अद्वितीय संकीर्ण-बैंड उत्सर्जन विशेषताओं, उच्च क्वांटम दक्षताओ और उच्च-ऊर्जा फोटॉन उन्हें अवशोषण स्पेक्ट्रम विज्ञान, पराबैंगनी विकिरण, [[यूवी इलाज|पराबैंगनी विकिरण संरक्षण]], [[यूवी कोटिंग|पराबैंगनी विकिरण लेपन]], [[पराबैंगनी कीटाणुनाशक विकिरण]], ओजोन पीढ़ी, गैसीय जैविक अपशिष्ट के विनाश और प्रकाश रासायनिक प्रक्रिया जैसे और अधिक अन्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं।<ref name="eryuklj" /> | ||
3.5–10 eV की ऊर्जा सीमा में फोटॉन उत्सर्जित करने वाले प्रकाश स्रोत उच्च-ऊर्जा फोटॉनों की अधिकांश रासायनिक बंधों को विभाजित करने और [[न्यूक्लिक एसिड]] को नष्ट करने वाले और उनके [[डीएनए]] को बाधित करने वाले रोगाणुओं को | 3.5–10 eV की ऊर्जा सीमा में फोटॉन उत्सर्जित करने वाले प्रकाश स्रोत उच्च-ऊर्जा फोटॉनों की अधिकांश रासायनिक बंधों को विभाजित करने और [[न्यूक्लिक एसिड|न्यूक्लिक अम्ल]] को नष्ट करने वाले और उनके [[डीएनए]] को बाधित करने वाले रोगाणुओं को नष्ट करने की क्षमता के कारण कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग पाते हैं एक्साइमर लैंप अनुप्रयोगों के उदाहरणों में पीने के पानी, पूल के पानी, वायु, शुद्धिकरण, औद्योगिक अपशिष्ट के परिशोधन, प्रकाश रासायनिक संश्लेषण और फ्लू गैसों और पानी में कार्बनिक यौगिकों के क्षरण, कार्बनिक लेपन, रासायनिक वाष्प एकत्रीकरण और प्रकाश बहुलकीकरण और प्रकाश-संवर्धित का शुद्धिकरण और कीटाणुशोधन सम्मिलित हैं।<ref name="pzrhd" /><ref name="pojico" /> सभी स्थितियों में पराबैंगनी विकिरण फोटोन प्रजातियों को उत्तेजित करते हैं या रासायनिक बंधों को विभाजित करते हैं जिसके परिणामस्वरूप मूलक या अन्य रासायनिक अभिकर्मक बनते हैं जो एक आवश्यक प्रतिक्रिया प्रारम्भ करते हैं। | ||
एक्साइमर लैंप में चयनात्मक क्रिया होती है जो किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के पराबैंगनी विकिरण की निर्धारित प्रजातियों को उत्तेजित कर सकते हैं या आवश्यक विकिरण उत्पन्न कर सकते हैं इस प्रकार के लैंप प्रकाश भौतिकी और प्रकाश रासायनिक प्रसंस्करण के लिए उपयोगी हो सकते हैं जैसे पेंट, प्रच्छन्नता और चिपकने वाले पराबैंगनी विकिरण सतह के गुणों को एकत्र करना, संशोधित करना, प्रलाक्ष और पेंट का बहुलकीकरण और विभिन्न प्रकार के प्रदूषकों का विकिरण विभिन्न तरंग दैर्ध्य का उपयोग करके बहुलक की रासायनिक प्रक्रिया संभव है क्सीनन एक्सीमर द्वारा 172 एनएम, क्रिप्टन क्लोराइड द्वारा 222 एनएम और क्सीनन क्लोराइड द्वारा 308 एनएम एक्साइमर पराबैंगनी विकिरण स्रोतों का उपयोग बड़े क्षेत्र की बहुलक सतहों की सूक्ष्म संरचना के लिए किया जा सकता है XeCl-एक्सीमर लैम्प (308 nm) प्राप्त करने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। | |||
प्रतिदीप्ति | प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम विज्ञान मे जैविक अणुओं का पता लगाने के लिए सबसे सामान्य तरीकों में से एक है जैविक अणुओं को फ्लोरोप्रोब के साथ वर्गीकृत किया जा सकता है जो तब पराबैंगनी विकिरण प्रकाश की एक छोटी नाड़ी से उत्तेजित होता है जिससे दृश्यमान वर्णक्रमीय क्षेत्र में फिर से उत्सर्जन होता है इस पुन: उत्सर्जित प्रकाश का पता लगाने से वर्गीकृत किए गए अणुओं के घनत्व को पृथक किया जा सकता है [[लैंथेनाइड जांच]] सामान्यतः फ्लोरोप्रोब के रूप में उपयोग की जाती है यह अपने लंबे जीवनकाल के कारण फोस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (फोरस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण) विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। | ||
वर्तमान में | वर्तमान में पर्यावरण विज्ञान, प्रकाश रासायन, प्रकाश जैविकी, चिकित्सा, अपराधवादी, पेट्रो रसायन, भौतिकी, सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिकी, विभिन्न इंजीनियरिंग कार्यों, व्यापक तकनीकों, विज्ञान, खाद्य उद्योग सहित अन्य उद्योग की विभिन्न शाखाओं और कई अन्य में एक्साइमर लैंप का उपयोग किया जा रहा है। | ||
== पर्यावरण प्रदूषण == | == पर्यावरण प्रदूषण == | ||
मर्करी लैंप अपनी उच्च दक्षता के कारण पराबैंगनी विकिरण का सबसे सामान्य स्रोत हैं हालाँकि इन लैंप में मर्करी या पारे के उपयोग से पर्यावरणीय समस्याएँ होती हैं इसके विपरीत, दुर्लभ गैसों पर आधारित एक्साइमर लैंप गैर-जोखिम वाले लैंप होते हैं और हैलोजन युक्त एक्साइमर लैंप पारा वाले लैंप की तुलना में अधिक पर्यावरण के अनुकूल होते हैं।{{Citation needed|date=March 2014}} | |||
== संदर्भ == | == संदर्भ == | ||
Revision as of 15:13, 19 April 2023
एक्साइमर लैम्प या एक्सिलैम्प एक्साइमर अणुओं के स्वत: उत्सर्जन पर आधारित पराबैंगनी प्रकाश का एक स्रोत है।[1][2][3]
परिचय
एक्साइमर (उत्तेजद्वयी) लैम्प अर्ध एकवर्णी प्रकाश प्रकाश स्रोत हैं जो पराबैंगनी विकिरण (पराबैंगनी विकिरण) और निर्वात पराबैंगनी विकिरण (निर्वात पराबैंगनी विकिरण) वर्णक्रमीय क्षेत्रों में तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला पर कार्य करते हैं एक्साइमर लैंप का संचालन उत्तेजित एक्साइमर के निर्माण पर आधारित होता है जो स्वचालित रूप से उत्तेजित अवस्था से मूल अवस्था में स्थानांतरित हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप पराबैंगनी विकिरण फोटॉन का उत्सर्जन होता है एक्साइमर लैम्प विकिरण का वर्णक्रमीय अधिकतम कार्यशील एक्साइमर अणु द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है जिसके लिए नीचे दी गई तालिका को देखें।
| कार्यरत एक्साइमर अणु | तरंग दैर्ध्य (एनएम) | फोटॉन ऊर्जा (ईवी) |
|---|---|---|
| NeF* | 108 | 11.48 |
| Ar2* | 126 | 9.84 |
| Kr2* | 146 | 8.49 |
| F2* | 158 | 7.85 |
| ArBr* | 165 | 7.52 |
| Xe2* | 172 | 7.21 |
| ArCl* | 175 | 7.08 |
| KrI* | 190 | 6.49 |
| ArF* | 193 | 6.42 |
| KrBr* | 207 | 5.99 |
| KrCl* | 222 | 5.58 |
| KrF* | 248 | 5.01 |
| XeI* | 253 | 4.91 |
| Cl2* | 259 | 4.79 |
| XeBr* | 282 | 4.41 |
| Br2* | 289 | 4.29 |
| XeCl* | 308 | 4.03 |
| I2* | 342 | 3.63 |
| XeF* | 351 | 3.53 |
एक्साइमर द्विपरमाण्विक अणु या बहुपरमाण्विक अणु होते हैं जिनमें स्थिर उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थाएँ होती हैं और अस्थिर या दुर्बल रूप से बाध्य (ऊष्मीय अस्थिर) मूल अवस्था होती है प्रारंभ में एक स्थिर उत्तेजित अवस्था वाले केवल समनाभिकीय द्विपरमाण्विक अणु एक प्रतिकारक मूल अवस्था को एक्साइमर कहा जाता था "एक्सीमर" शब्द को बाद में किसी भी बहुपरमाणुक अणु को प्रतिकारक या दुर्बल रूप से बाध्य मूल स्थिति के साथ संदर्भित करने के लिए विस्तारित किया गया था एक शब्द "एक्सिप्लेक्स" भी आ सकता है जिसका अर्थ है एक उत्तेजित अवस्था मे एक्साइमर अणु भी है लेकिन एक समानाभिकीय अणु नहीं है उदाहरण के लिए, Xe2*, Kr2*, Ar2* एक्साइमर अणु हैं जबकि XeCl*, KrCl*, XeBr*, ArCl*, Xe2Cl* एक्सिप्लेक्स अणु हैं दुर्लभ गैसों के एक्साइमर और दुर्लभ गैस-हैलोजन एक्साइमर सबसे अधिक विस्तृत और अध्ययन किए गए उत्तेजक होते हैं दुर्लभ गैस-हैलाइड ट्राइमेराइट, धातु उत्तेजक, धातु गैस उत्तेजक, धातु-हैलाइड उत्तेजक और दुर्लभ गैस-ऑक्साइड उत्तेजक भी ज्ञात हैं[4] लेकिन वे लगभग कभी-कभी ही उपयोग किए जाते हैं।
उत्तेजक अणु एक सीमित समय के लिए उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में सम्मिलित हो सकता है एक नियम के रूप में कुछ नैनोसेकंड से कुछ समय बाद एक्साइमर अणु फोटॉन के रूप में आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजक की ऊर्जा को मुक्त करते हुए मूल इलेक्ट्रॉनिक स्थिति में स्थानांतरित हो जाता है एक्साइमर अणु की एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक संरचना के कारण सबसे कम बाध्य उत्साहित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था और मूल अवस्था के बीच ऊर्जा का अंतर 3.5 से 10 इलेक्ट्रॉनवोल्ट तक होता है जो एक प्रकार के एक्साइमर अणु पर निर्भर करता है पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण क्षेत्र वर्णक्रमीय प्रकाश उत्सर्जन प्रदान करता है एक्साइमर लैंप विकिरण की एक विशिष्ट वर्णक्रमीय विशेषता में मुख्य रूप से तीव्र संकीर्ण उत्सर्जन बैंड होता है[5] एक्साइमर लैम्प की संपूर्ण विकिरण ऊर्जा का लगभग 70-80% भाग इस उत्सर्जन बैंड में केंद्रित होता है उत्सर्जन बैंड के अधिकतम भाग पर पूर्ण-चौड़ाई प्रकार के एक्साइमर अणु और अधिक उत्तेजना की स्थिति पर निर्भर होते है जिनकी उत्तेजना 2 से 15 एनएम के भीतर होती है वास्तव में एक्साइमर लैंप अर्ध एकवर्णी प्रकाश के स्रोत हैं इसलिए ऐसे स्रोत वर्णक्रमीय-चयनात्मक विकिरण के लिए उपयुक्त होते हैं और कुछ स्थितियों में लेसरों को भी प्रतिस्थापित कर सकते हैं।[6][7][8]
पराबैंगनी विकिरण उत्पादन
एक्साइमर अणुओ मे उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था से मूल अवस्था में स्वतः परागमन के कारण विकिरण उत्पन्न होता है एक्सीमर और एक्सिप्लेक्स अणु लंबे समय तक जीवित रहने वाली संरचनाएं नहीं हैं वे तीव्रता से कुछ नैनोसेकंड के भीतर विघटित हो जाती हैं पराबैंगनी विकिरण फोटॉन के रूप में अपनी उत्तेजन ऊर्जा को प्रारम्भ करती हैं:
एक्साइमर अणु का उत्सर्जन:
एक्सिप्लेक्स अणु का उत्सर्जन:
जहाँ Rg2* एक एक्साइमर अणु है एक्सिप्लेक्स अणु RgX* है तथा Rg दुर्लभ गैस का परमाणु है और X हैलोजन का रमाणु है।
एक्साइमर अणु निर्माण
प्लाज्मा (भौतिकी) में एक्साइमर अणु उत्पन्न करना सुविधाजनक होता है प्लाज्मा में विशेष रूप से एक्साइमर अणुओं के निर्माण में इलेक्ट्रॉन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं कुशलतापूर्वक एक्साइमर अणुओं को उत्पन्न करने में सक्षम होने के लिए कार्यशील माध्यम (प्लाज्मा) में ऊर्जा के साथ इलेक्ट्रॉनों की पर्याप्त सांद्रता होनी चाहिए जो कि एक्साइमर अणुओं के पूर्व उत्पादन करने के लिए पर्याप्त सांद्रता मे हों और जो मुख्य रूप से उत्तेजित और आयनित दुर्लभ गैस परमाणु हैं गैसीय मिश्रण में ऊर्जा उत्तेजक और आयनित दुर्लभ गैस परमाणु निम्नानुसार बनते हैं:
- Rg + e− → Rg* + e−
प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन आयनीकरण
- Rg + e− → Rg+ + 2e−
चरणबद्ध आयनीकरण
- Rg* + e− → Rg+ + 2e−
जहां Rg* उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में दुर्लभ गैस परमाणु है, Rg+ दुर्लभ गैस आयन है और e− इलेक्ट्रॉन है जब प्लाज्मा में पर्याप्त मात्रा में उत्तेजित दुर्लभ गैस परमाणु एकत्र होते हैं तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया से एक्साइमर अणु बनते हैं:
- Rg* + Rg + M → Rg2* + M
जहाँ Rg2* एक्साइमर अणु है और M एक तीसरा कण है जो एक्साइमर अणु को स्थिर करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा को दूर ले जाता है एक नियम के रूप में यह कार्यशील माध्यम का दुर्लभ गैस परमाणु है।
इस तीन-निकाय प्रतिक्रिया का विश्लेषण करते हुए, कोई यह देख सकता है कि एक्साइमर अणुओं के उत्पादन की दक्षता उत्साहित दुर्लभ गैस परमाणुओं की एकाग्रता और मूल अवस्था में दुर्लभ गैस परमाणुओं की एकाग्रता के वर्ग के समानुपाती होती है इस दृष्टि से कार्यशील माध्यम में दुर्लभ गैस की सांद्रता यथासंभव अधिक होनी चाहिए और गैस के दाब को बढ़ाकर दुर्लभ गैस की उच्च सांद्रता प्राप्त की जाती है हालाँकि दुर्लभ गैस की सांद्रता में वृद्धि भी एक्साइमर अणुओं के टकराव को तीव्र करती है जिसके परिणामस्वरूप उनका विकिरण क्षय होता है:
- Rg2* + Rg → Rg* + 2Rg.
एक्साइमर अणुओं का टकराव क्षीणन नगण्य होता है जबकि टकराव के बीच का औसत समय उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में एक्साइमर अणु के जीवनकाल की तुलना में बहुत अधिक होता है। सामान्यतः एक कार्यशील माध्यम का इष्टतम दाब प्रयोगात्मक रूप से पाया जाता है और इसकी मात्रा लगभग वातावरण के बराबर होती है।
एक्सिप्लेक्स अणुओं (दुर्लभ गैस हैलाईड) के निर्माण में अंतर्निहित तंत्र, एक्सीमर अणु के निर्माण की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक जटिल होता है एक्सिप्लेक्स अणुओं का निर्माण दो मुख्य प्रकारों से होता है पहला आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया के कारण होता है अर्थात एक धनात्मक दुर्लभ गैस आयन और एक ऋणात्मक हलोजन आयन के पुनर्संयोजन से होता है:
- Rg+ + X− + M → RgX* + M
जहाँ RgX* एक एक्सिप्लेक्स अणु है और M एक संघट्टात्मक तीसरा कण है जो सामान्यतः गैसीय मिश्रण या बफर गैस का एक परमाणु या अणु होता है तीसरा कण अतिरिक्त ऊर्जा लेता है और एक्सिप्लेक्स अणु को स्थिर करता है विघटनकारी इलेक्ट्रॉन की एक तथाकथित प्रक्रिया में हलोजन अणु के साथ कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की पारस्परिक अभिक्रिया से एक ऋणात्मक हलोजन आयन का निर्माण होता है:
- X2 + e− → X + X−
जहाँ X एक हैलोजन परमाणु है।
आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया के कारण एक्सिप्लेक्स अणुओं के कुशल उत्पादन के लिए गैसीय मिश्रण का दाब बहुत महत्वपूर्ण है तथ्य यह है कि आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया तीन-पिंडों की टकराव की प्रक्रिया है और दाब के साथ तीन-पिंडों मे टकराव की संभावना बढ़ जाती है एक गैसीय मिश्रण के कम दाबों (वायुमंडलीय दाब) पर आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया कम दक्षता वाली होती है जबकि यह 100 वायुमंडलीय से ऊपर के दाबों पर अपेक्षाकृत अधिक उत्पादक होती है।
एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण का दूसरा तरीका एक हापून प्रतिक्रिया है इस स्थिति में एक हलोजन अणु या हलोजन युक्त यौगिक एक उत्तेजित दुर्लभ गैस परमाणु के दुर्बल बाध्य इलेक्ट्रॉन को अधिकृत कर लेता है और उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में एक एक्सिप्लेक्स अणु बनता है:
- Rg* + X2 → RgX* + X.
चूंकि हर्पून प्रतिक्रिया दो-रासायनिक अभिक्रिया की टकराव की प्रक्रिया है इसलिए यह प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक दाब से अपेक्षाकृत कम दाब पर उत्पादक रूप से आगे बढ़ सकती है इस प्रकार, हापून प्रतिक्रिया गैसीय मिश्रण के कम दाबों पर एक्साइमर लैंप के कुशल संचालन को संभव बनाती है आयन-आयन पुनर्संयोजन की उत्पादक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक दाबों की तुलना में गैसीय मिश्रण के कम दाबों पर एक्सिप्लेक्स अणुओं की टकराव शमन बहुत कम होता है इसके कारण एक कम दाब वाला एक्साइमर लैंप पम्पिंग ऊर्जा को पराबैंगनी विकिरण में परिवर्तित करने में अधिकतम दक्षता सुनिश्चित करता है।
यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि आयन-आयन पुनर्संयोजन की हापून प्रतिक्रिया और प्रतिक्रिया दोनों एक साथ आगे बढ़ती हैं। पहली या दूसरी प्रतिक्रिया का प्रभुत्व मुख्य रूप से गैसीय मिश्रण के दाब से निर्धारित होता है। हापून प्रतिक्रिया कम दाब (50 वायुमंडलीय दाब से नीचे) पर प्रबल होती है जबकि आयन-आयन पुनर्संयोजन की प्रतिक्रिया उच्च दाब (100 वायुमंडलीय दाब से ऊपर) पर प्रबल होती है।
प्लाज्मा में होने वाली प्रतिक्रियाओं की गतिकी विविध है और उपरोक्त प्रक्रियाओं तक सीमित नहीं है एक्सिप्लेक्स अणुओं के उत्पादन की दक्षता गैसीय मिश्रण की संरचना और इसके उत्तेजन की स्थितियों पर निर्भर करती है एक हलोजन दाता का प्रकार एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है सबसे प्रभावी और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले हैलोजन-वाहक समानाभिकीय द्विपरमाण्विक हैलोजन अणु हैं लेकिन कुछ स्थिति तक अधिक जटिल हैलोजन यौगिक जैसे हाइड्रोजन हैलाईड, धातु हैलाईड और अंतराहैलोजन का उपयोग हलोजन-वाहक के रूप में भी किया जाता है।
एक उल्लेखनीय हलोजन-वाहक क्षार हैलाईड है क्षार हैलाईड की एक विशेषता उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में एक्सिप्लेक्स अणुओं के साथ उनके रासायनिक बंधन की समानता है उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थाओं में एक्सिप्लेक्स अणु आयनिक बंधन के साथ-साथ मूल अवस्था में क्षार के हैलाईड की विशेषता रखते हैं। यह एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण के लिए वैकल्पिक तंत्र है, अर्थात् प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाए है:
- Rg* + AX → RgX* + A
- Rg+ + AX → RgX* + A+
जहाँ AX एक क्षार हैलाईड अणु है, A क्षार धातु परमाणु है और A+ क्षार धातु आयन है।
एक्सिप्लेक्स अणुओं के निर्माण के ये तंत्र आयन-आयन पुनर्संयोजन और हापून प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया से मौलिक रूप से भिन्न हैं[9] क्षार धातु के एक परमाणु या आयन को क्षार धातु के एक परमाणु या आयन को एक दुर्लभ गैस के उत्तेजित परमाणु या आयन द्वारा प्रतिस्थापित करके एक एक्सिप्लेक्स अणु बनाया जाता है।
क्षार हैलाईड का उपयोग करने का एक लाभ यह है कि दोनों प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं तुलनात्मक उत्पादकता के साथ कम दाबों पर एक साथ आगे बढ़ सकती हैं[10] इसके अतिरिक्त अन्य हैलोजन-वाहकों का उपयोग करते हुए एक्सीमर लैंप के विपरीत एक्सिप्लेक्स अणुओं के उत्पादन में दुर्लभ गैस के उत्तेजित परमाणुओं और आयनों दोनों का प्रभावी रूप से उपयोग किया जाता है यह महत्वपूर्ण है क्योंकि दुर्लभ गैस के आयनीकरण और उत्तेजन से प्रारम्भ की गई अधिकांश ऊर्जा व्यय होती है चूंकि गैसीय मिश्रण के दाब के आधार पर आयन-आयन पुनर्संयोजन और हापून प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया प्रबल होती है दुर्लभ गैस आयनों की पीढ़ी कम दाबों पर लाभहीन होती है जबकि उच्च दाबों पर दुर्लभ गैस का उत्तेजना अनुचित होता है एक गैसीय मिश्रण में क्षार हैलाईड अणुओं की आवश्यक एकाग्रता प्रदान करने के लिए आवश्यक उच्च तापमान क्षार हैलाईड का उपयोग करने का एक दोष है इसके अतिरिक्त हलोजन-वाहक के रूप में क्षार हैलाईड का उपयोग विशेष रूप से निम्न दाबों पर कार्य करने वाले एक्सिप्लेक्स लेसर के विकास में उत्तरदायी है।[10]
उत्तेजना के प्रकार
एक्साइमर अणुओं के उत्सर्जन को उत्तेजित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकारों में से एक विद्युत निर्वहन है एक्साइमर लैंप को पंप करने के लिए कई प्रकार के निर्वहन का उपयोग किया जाता है कुछ उदाहरण मे दीप्ति विसर्जन, स्पंदित निर्वहन, धारिता निर्वहन, अनुदैर्घ्य और अनुप्रस्थ निर्वहन, आयतन निर्वहन, स्पार्क निर्वहन और माइक्रोहोल निर्वहन सम्मिलित है 2013 तक डाइ इलैक्ट्रिक रोधक निर्वहन (डीबीडी) एक प्रकार का धारिता निर्वहन, वाणिज्यिक लैंप में उपयोग किया जाने वाला सबसे सामान्य प्रकार है[11][12] डीबीडी एक्साइमर लैंप का एक लाभ यह है कि इलेक्ट्रोड सक्रिय माध्यम (प्लाज्मा) के प्रत्यक्ष संपर्क में नहीं होते हैं इलेक्ट्रोड और निर्वहन के बीच परस्परिक क्रिया की अनुपस्थिति इलेक्ट्रोड की स्थिति को समाप्त करती है और साथ ही स्पटरेड इलेक्ट्रोड पदार्थ द्वारा सक्रिय माध्यम के संदूषण को समाप्त करती है जो दूसरों की तुलना में डीबीडी एक्साइमर लैंप के जीवनकाल को अपेक्षाकृत बढ़ा देती है इसके अतिरिक्त डीबीडी निर्वहन कुछ अवस्था मे से एक से अधिक वातावरण में कार्य के दाब की विस्तृत श्रृंखला में गैस मिश्रण के प्रभावी उत्तेजना को सुनिश्चित करता है जो विशिष्ट कार्य की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए विकीर्ण सतह के किसी भी वांछित आकार में एक्साइमर लैंप के लिए बनाए जा सकते हैं।
एक्साइमर लैंप के लाभ
पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण के अन्य स्रोतों की तुलना में एक्साइमर लैंप के मुख्य लाभ इस प्रकार हैं:
- पराबैंगनी विकिरण की उच्च औसत विशिष्ट ऊर्जा सक्रिय माध्यम के 1 वाट प्रति घन सेंटीमीटर तक होती है।
- उत्सर्जित फोटॉन की उच्च ऊर्जा (3.5 से 11.5 eV तक) होती है।
- वर्णक्रमीय पूर्ण-चौड़ाई के साथ अधिकतम प्रकाश 2 से 15 एनएम तक अर्ध-एकवर्णी प्रकाश विकिरण है।
- पराबैंगनी विकिरण की उच्च ऊर्जा वर्णक्रमीय घनत्व है।
- विशिष्ट उद्देश्यों के लिए पराबैंगनी विकिरण के वर्णक्रमीय तरंग दैर्ध्य की तालिका देखें।
- बहुतरंग पराबैंगनी विकिरण की उपलब्धता कई प्रकार के कार्य करने वाले एक्साइमर अणुओं के एक साथ उत्तेजना के कारण होती है।
- दृश्यमान और आईआर विकिरण की अनुपस्थिति।
- संक्रियण विधि की उपलब्धि।
- विकिरण सतह का कम ताप।
- पारा की अनुपस्थिति।
अनुप्रयोग
पराबैंगनी विकिरण वर्णक्रमीय क्षेत्र में उत्सर्जित प्रकाश स्रोतों का व्यापक रूप से प्रकाश रासायनिक प्रक्रियाओं से डसंबद्ध तकनीकों में उपयोग किया जाता है उदाहरण के लिए, स्याही, आसंजकता, प्रच्छन्नता और लेपन, फोटोलिथोग्राफी, डाइइलेक्ट्रिक्स के पराबैंगनी विकिरण प्रेरित विकास [13] पराबैंगनी विकिरण प्रेरित सतह संशोधन और सफाई या पदार्थ मे एकत्र पराबैंगनी विकिरण के असंगत स्रोतों के लेजर स्रोतों पर कुछ लाभ हैं क्योंकि उनकी अपेक्षाकृत कम लागत, विकिरण का एक बड़ा क्षेत्र और उपयोग में आसानी होती है जब बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रियाओं की परिकल्पना की जाती है।
मर्करी लैंप (λ = 253.7 एनएम) व्यापक रूप से पराबैंगनी विकिरण का स्रोत हैं लेकिन उनका उत्पादन और पुराने लैंप का उपयोग मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण प्रदूषण के लिए जोखिम उत्पन्न करता है सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले मर्करी लैंप की तुलना में एक्साइमर लैंप के कई लाभ हैं एक्साइमर अणु की एक विशिष्ट विशेषता मूल इलेक्ट्रॉनीय अवस्था में जटिल बंधन की अनुपस्थिति है इसके लिए महत्वपूर्ण स्व-अवशोषण के अतिरिक्त प्लाज्मा से उच्च-तीव्रता वाले पराबैंगनी विकिरण को निकाला जा सकता है यह सक्रिय माध्यम में एकत्र ऊर्जा को प्रभावी रूप से पराबैंगनी विकिरण में परिवर्तित करना संभव बनाता है।
एक्साइमर लैंप को पराबैंगनी विकिरण के ठंडे स्रोतों के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि पारा जैसे पारंपरिक पराबैंगनी विकिरण लैंप के विपरीत एक्साइमर लैंप की विकिरण सतह अपेक्षाकृत कम तापमान पर रहती है क्योंकि माध्यम को गर्म करने की आवश्यकता नहीं होती है और एक्साइमर लैंप सक्रिय होने के लगभग शीघ्र बाद अपने उत्पादन तक अभिगम्य हो जाते हैं दुर्लभ गैस और दुर्लभ गैस-हैलाईड एक्साइमर लैंप सामान्यतः पराबैंगनी विकिरण और निर्वात पराबैंगनी विकिरण वर्णक्रमीय क्षेत्रों (तालिका देखें) में विकीर्ण होते हैं उनकी अद्वितीय संकीर्ण-बैंड उत्सर्जन विशेषताओं, उच्च क्वांटम दक्षताओ और उच्च-ऊर्जा फोटॉन उन्हें अवशोषण स्पेक्ट्रम विज्ञान, पराबैंगनी विकिरण, पराबैंगनी विकिरण संरक्षण, पराबैंगनी विकिरण लेपन, पराबैंगनी कीटाणुनाशक विकिरण, ओजोन पीढ़ी, गैसीय जैविक अपशिष्ट के विनाश और प्रकाश रासायनिक प्रक्रिया जैसे और अधिक अन्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं।[14]
3.5–10 eV की ऊर्जा सीमा में फोटॉन उत्सर्जित करने वाले प्रकाश स्रोत उच्च-ऊर्जा फोटॉनों की अधिकांश रासायनिक बंधों को विभाजित करने और न्यूक्लिक अम्ल को नष्ट करने वाले और उनके डीएनए को बाधित करने वाले रोगाणुओं को नष्ट करने की क्षमता के कारण कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग पाते हैं एक्साइमर लैंप अनुप्रयोगों के उदाहरणों में पीने के पानी, पूल के पानी, वायु, शुद्धिकरण, औद्योगिक अपशिष्ट के परिशोधन, प्रकाश रासायनिक संश्लेषण और फ्लू गैसों और पानी में कार्बनिक यौगिकों के क्षरण, कार्बनिक लेपन, रासायनिक वाष्प एकत्रीकरण और प्रकाश बहुलकीकरण और प्रकाश-संवर्धित का शुद्धिकरण और कीटाणुशोधन सम्मिलित हैं।[15][16] सभी स्थितियों में पराबैंगनी विकिरण फोटोन प्रजातियों को उत्तेजित करते हैं या रासायनिक बंधों को विभाजित करते हैं जिसके परिणामस्वरूप मूलक या अन्य रासायनिक अभिकर्मक बनते हैं जो एक आवश्यक प्रतिक्रिया प्रारम्भ करते हैं।
एक्साइमर लैंप में चयनात्मक क्रिया होती है जो किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के पराबैंगनी विकिरण की निर्धारित प्रजातियों को उत्तेजित कर सकते हैं या आवश्यक विकिरण उत्पन्न कर सकते हैं इस प्रकार के लैंप प्रकाश भौतिकी और प्रकाश रासायनिक प्रसंस्करण के लिए उपयोगी हो सकते हैं जैसे पेंट, प्रच्छन्नता और चिपकने वाले पराबैंगनी विकिरण सतह के गुणों को एकत्र करना, संशोधित करना, प्रलाक्ष और पेंट का बहुलकीकरण और विभिन्न प्रकार के प्रदूषकों का विकिरण विभिन्न तरंग दैर्ध्य का उपयोग करके बहुलक की रासायनिक प्रक्रिया संभव है क्सीनन एक्सीमर द्वारा 172 एनएम, क्रिप्टन क्लोराइड द्वारा 222 एनएम और क्सीनन क्लोराइड द्वारा 308 एनएम एक्साइमर पराबैंगनी विकिरण स्रोतों का उपयोग बड़े क्षेत्र की बहुलक सतहों की सूक्ष्म संरचना के लिए किया जा सकता है XeCl-एक्सीमर लैम्प (308 nm) प्राप्त करने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं।
प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम विज्ञान मे जैविक अणुओं का पता लगाने के लिए सबसे सामान्य तरीकों में से एक है जैविक अणुओं को फ्लोरोप्रोब के साथ वर्गीकृत किया जा सकता है जो तब पराबैंगनी विकिरण प्रकाश की एक छोटी नाड़ी से उत्तेजित होता है जिससे दृश्यमान वर्णक्रमीय क्षेत्र में फिर से उत्सर्जन होता है इस पुन: उत्सर्जित प्रकाश का पता लगाने से वर्गीकृत किए गए अणुओं के घनत्व को पृथक किया जा सकता है लैंथेनाइड जांच सामान्यतः फ्लोरोप्रोब के रूप में उपयोग की जाती है यह अपने लंबे जीवनकाल के कारण फोस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (फोरस्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण) विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
वर्तमान में पर्यावरण विज्ञान, प्रकाश रासायन, प्रकाश जैविकी, चिकित्सा, अपराधवादी, पेट्रो रसायन, भौतिकी, सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिकी, विभिन्न इंजीनियरिंग कार्यों, व्यापक तकनीकों, विज्ञान, खाद्य उद्योग सहित अन्य उद्योग की विभिन्न शाखाओं और कई अन्य में एक्साइमर लैंप का उपयोग किया जा रहा है।
पर्यावरण प्रदूषण
मर्करी लैंप अपनी उच्च दक्षता के कारण पराबैंगनी विकिरण का सबसे सामान्य स्रोत हैं हालाँकि इन लैंप में मर्करी या पारे के उपयोग से पर्यावरणीय समस्याएँ होती हैं इसके विपरीत, दुर्लभ गैसों पर आधारित एक्साइमर लैंप गैर-जोखिम वाले लैंप होते हैं और हैलोजन युक्त एक्साइमर लैंप पारा वाले लैंप की तुलना में अधिक पर्यावरण के अनुकूल होते हैं।[citation needed]
संदर्भ
- ↑ "What is an Excimer Lamp?". Resonance Ltd.
- ↑ M.I. Lomaev; V.S. Skakun; E.A. Sosnin; V.F. Tarasenko; D.V. Shitts & M.V. Erofeev (2003). "Excilamps: efficient sources of spontaneous UV and VUV radiation". Phys.-Usp. 46 (2): 193–209. Bibcode:2003PhyU...46..193L. doi:10.1070/PU2003v046n02ABEH001308. S2CID 250892848.
- ↑ Ulrich Kogelschatz (2004). Tarasenko, Victor F (ed.). "Excimer lamps: history, discharge physics, and industrial applications". Proceedings of the SPIE. SPIE Proceedings. 5483: 272–286. Bibcode:2004SPIE.5483..272K. doi:10.1117/12.563006. S2CID 137339141.
- ↑ Rhodes, Ch.K., ed. (1984). Excimer Lasers. Berlin: Springer. p. 271.
- ↑ B. Gellert; U. Kogelschatz (1991). "Generation of Excimer Emission in Dielectric Barrier Discharges". Applied Physics B. 52 (1): 14–21. Bibcode:1991ApPhB..52...14G. doi:10.1007/BF00405680. S2CID 86862974.
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बाहरी संबंध
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