Sorgenti luminose senza elettrodi alimentate a microonde, dall’uv all’infrarosso
Lo scopo di questa ricerca è lo sviluppo di una sorgente UV/Vis a microonde (MW) senza elettrodi, basato sulla tecnologia brevettata CNR.
Solitamente le sorgenti UV/Vis a MW senza elettrodi sono eccitati introducendo un bulbo di vetro in un forno a microonde, in una cavità MW o in una guida d’onda monomodale MW. Nella nostra ricerca l’eccitazione di scariche di plasma nel gas con vapori atomici e quindi la costruzione di una lampada spettrale CW o pulsata con emissione UV-Vis, si ottiene introducendo un’antenna coassiale a dipolo in una rientranza di vetro del bulbo. Si possono anche ottenere impulsi luminosi con 300 ns tempo di salita e 20 kHz di frequenza di ripetizione. Il bulbo di vetro (o quarzo) sigillato viene alimentato a microonde, tipicamente a 2450 MHz, senza ricorrere ad una cavità metallica. E’ possibile applicare potenza a MW fino a 700 W in regime di onda continua o 8 kW (in regime pulsato) a 2,45 GHz, ad una lampadina cilindrica riempita con Ar-Hg, oppure 160 W ad una lampadina sferica riempita con XeBr2.
Il confronto diretto con una lampada commerciale Ar-Hg (con scarica di plasma ad arco) da 6 W mostra i vantaggi del nuovo metodo di eccitazione in termini di efficienza luminosa. Se il bulbo senza elettrodi viene eccitato a livelli elevati di MW, l’antenna coassiale può essere raffreddata ad aria forzata o ad acqua che scorre nel recesso che ospita l’antenna stessa. La modellazione fisica della distribuzione di campo elettromagnetico nella regione di campo vicino dell’antenna e la sua interazione con la scarica gassosa sono in buon accordo con i risultati sperimentali.
Il nuovo metodo di eccitazione è caratterizzato da un’estrema semplicità, basso costo, flessibilità e versatilità in un numero di applicazioni, per l’assenza di contenitori metallici risonanti. Così la tecnologia consente alle applicazioni di facile scale-up, essendo disponibile per la produzione industriale. Un elenco non esaustivo di potenziali applicazioni industriali di questa tecnologia può essere la seguente:
i) microonde + UV metodi avanzati di ossidazione;
ii) riscaldamento a microonde in combinazione con irraggiamento UV;
iii) trattamento UV dei microorganismi contaminanti; disinfezione dell’acqua con UV;
iv) bonifica ambientale con una tecnica di illuminazione integrata MW/UV;
v) l’attivazione a MW di processi fotochimica e fotocatalisi;
vi) preparazione di nanoparticelle per foto-riduzione;
vii) foto-decomposizione UV di specie organiche;
viii) tecnologie di illuminazione innovative.
È possibile definire una serie di vantaggi che potrebbero derivare dall’uso del nuovo metodo di eccitazione a MW senza elettrodi:
– Si tratta di un sistema che può fornire facilmente radiazione UV/Vis in situ, in ogni tipo di contenitore e materiale senza necessità e le restrizioni di avere una cavità definita (risonante).
– La tecnologia permette di applicare un qualunque numero di sorgenti luminose a microonde in reattori batch voluminosi (impianti pilota), così come a sistemi a flusso continuo (scala di produzione).
– Non ci dovrebbero essere più problemi di volume massimo di materiale irraggiabile.
– Nessun altro strumento sul mercato può fornire una così grande versatilità di applicazione, essendo questo adattabile alla maggior parte delle tecnologie di processo già disponibili.
Il nuovo metodo di attivazione è vincente nel settore dell’illuminiotecnica, a partire dalle modalità costruttive. Esso può essere utilizzato in applicazioni industriali, soprattutto quando interessa il trattamento controllato di materiali (anche in vivo) con UV e contemporaneamente con altri agenti fisici (campi elettrici e/o magnetici, raggi X, particelle nucleari, azioni meccaniche, US, etc.), in condizioni specifiche controllate.
Vantaggi rilevanti sono raggiungibili in confronto con la tecnologia degli applicatori risonanti multimodali o monomodali. La lampada CNR è attualmente utilizzata in esperimenti di fotocatalisi, di sintesi di nanoparticelle metalliche (oro, argento e rame) e nelle procedure di laboratorio di chimica analitica avanzata. Attualmente il nostro lavoro di ricerca è dedicata allo sviluppo di una lampadina con emissione spettrale solare a risparmio energetico per applicazioni su larga scala industriale e civile.
Bulbo senza elettrodi ed antenna coassiale inserita nel recesso