Источник излучения с повышенной вирулицидной эффективностью на основе смеси гелия с парами йода

Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Кузнецов В.С.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Кузнецов В.С. Источник излучения с повышенной вирулицидной эффективностью на основе смеси гелия с парами йода // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 9. С. 59–65. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-09-59-65

Lomaev M.I., Tarasenko V.F., Kuznetsov V.S. Radiation source with enhanced virucide effectiveness based on a mixture of helium and iodine vapor [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V.89. № 9. P. 59-65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-09-59-65

Ссылка на англоязычную версию:

M. I. Lomaev, V. F. Tarasenko, and V. S. Kuznetsov, "Radiation source with enhanced virucide effectiveness based on a mixture of helium and iodine vapor," Journal of Optical Technology. 89(9), 544-548 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000544

Аннотация:

Предмет исследования. Источник спонтанного излучения (лампа) ультрафиолетового диапазона спектра, возбуждаемый емкостным разрядом. В качестве рабочей среды лампы использованы пары йода, а также смеси паров йода с инертными газами. Условия повышения удельных выходных параметров излучения лампы, а также определение условий возбуждения, при которых лампа излучает преимущественно на атомной линии йода с длиной волны 206,16 нм. Основной целью работы является исследование спектральных и энергетических характеристик лампы на основе паров йода, перспективной с точки зрения разработки источника излучения с повышенной вирулицидной эффективностью для ультрафиолетовой дезинфекции среды обитания человека, загрязненной патогенными микроорганизмами, включая коронавирус SARS-CoV-2. Метод. При проведении работы осуществлены оптимизация состава и давления рабочей среды, а также режима возбуждения излучения лампы за счет изменения частоты следования импульсов напряжения. Основные результаты. Установлено, что при удельной мощности возбуждения порядка 1,3 мВт/см³ и парциальных давлениях паров йода и гелия около 2,5 и 7 Торр соответственно в выходном спектре лампы доминирует линия атома йода на длине волны 206,16 нм, а удельная мощность излучения составляет порядка 3 мВт/см² на внешней поверхности колбы лампы. Практическая значимость. Излучение данной лампы попадает в спектральный диапазон 200–225 нм, перспективный с точки зрения разработки технологии безопасной ультрафиолетовой инактивации патогенных микроорганизмов, включая коронавирус SARS-CoV-2.

Ключевые слова:

лампа ультрафиолетового диапазона, ультрафиолетовая инактивация, емкостной разряд, пары йода

Благодарность:

работа выполнена в рамках Государственного задания ИСЭ СО РАН, проект № FWRM-2021-0014

Коды OCIS: 230.6080, 260.7190

Список источников:

1. Raeiszadeh M. and Adeli B. A сritical review on ultraviolet disinfection systems against COVID-9 outbreak: Applicability, validation, and safety considerations // ACS Photonics. 2020. V. 7. № 11. P. 2941–2951. DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01245

2. Heßling M., Hönes K., Vatter P., Lingenfelder C. Ultraviolet irradiation doses for coronavirus inactivation — review and analysis of coronavirus photoinactivation studies // GMS Hygiene and Infection Control. 2020. V. 15. P. 1–8. ISSN 2196-5226 https://www.egms.de/en/journals/dgkh/2020-15/dgkh000343.shtml

3. Michelini Z., Mazzei C., Magurano F., Baggieri M., Marchi A., et al. UltraViolet SANitizing system for sterilization of ambulances fleets and for real-time monitoring of their sterilization level // Internat. J. Environmental Research and Public Health. 2022. V. 19. Р. 331. https://doi.org/10.3390/ijerph19010331

4. Соснин Э.А., Скакун В.С., Панарин В.А., Авдеев С.М., Сорокин Д.А. Коротковолновые эксилампы — эффективные источники излучения для инактивации вирусов и бактерий // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 50–58. DOI: 10.17586/1023-5086-2021-88-10-50-58

5. Bhardwaj S.K., Singh H., Deep A., Khatri M., Bhaumik J., Kimd K., Bhardwaj N. UVC-based photoinactivation as an efficient tool to control the transmission of coronaviruses // Sci. Total Environment. 2021. V. 792. Р. 148548. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148548

6. Narita K., Asano K., Naito K., Ohashi H., Sasaki M., Morimoto Y., Igarashi T., and Nakane A. Ultraviolet C light with wavelength of 222-nm UVC inactivates a wide spectrum of microbial pathogens // J. Hospital Infection. 2020. V. 105. Iss. 3. P. 459–467. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.03.030

7. Kitagawa H., Nomura T., Nazmul T., Omori K., Shigemoto N., Sakaguchi T., Ohge H. Effectiveness of 222-nm ultraviolet light on disinfecting SARS-CoV-2 surface contamination // American J. Infection Control. 2021. V. 49. Iss. 3. P. 299–301. https://doi.org/10.1016/j.ajic.2020.08.022

8. Buonanno M., Welch D., Shuryak I., Brenner D.J. Far-UVC light (222 nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses // Scientific Reports. 2020. V. 10. № 1. 10285. DOI: 10.1038/s41598-020-67211-2

9. Kim S.-J., Kim D.-K., Kang D.-H. Using UVC light-emitting diodes at wavelengths of 266 to 279 nanometers to inactivate foodborne pathogens and pasteurize sliced cheese // Appl. Environmental Microbiol. 2016. V. 82. № 1. P. 11–17. DOI: 10.1128/AEM.02092-15

10. Kogelschatz U. Excimer lamps: History, discharge physics, and industrial applications // Proc. SPIE. 2004. V. 5483. P. 272–286. DOI: 10.1117/12.563006

11. Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения. Томск: изд. STT, 2011. 512 с. ISBN 978-5-93629-433-4

12. Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы — эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения // УФН. 2003. Т. 173. № 2. С. 201–217.

13. Sosnin E.A., Zhdanova O.S. Viricidal and bactericidal exciplex barrier-discharge lamps // Quantum Electron. 2020. V. 50. № 10. P. 984–988. https://doi.org/10.1070/QEL17374

14. Buonanno M., Welch D., Brenner D.J. Exposure of human skin models to KrCl excimer lamps: The impact of optical filtering // Photochem. and Photobiol. 2021. V. 97. P. 517–523. DOI: 10.1111/php.13383

15. Hessling M., Haag R., Sieber N., Vatter P. The impact of far-UVC radiation (200–230 nm) on pathogens, cells, skin, and eyes — a collection and analysis of a hundred years of data // GMS Hygiene and Infection Control. 2021. V. 16. P. 1–17. DOI: 10.3205/dgkh000378

16. Buonanno M., Ponnaiya B., Welch D., Stanislauskas M., Randers-Pehrson G., Smilenov L., Lowy F.D., Owens D.M., Brenner D.J. Germicidal efficacy and mammalian skin safety of 222-nm UV light // Radiation Research. 2017. V. 187. № 4. P. 493–501. DOI: 10.1667/RR0010CC.1

17. Narita K., Asano K., Morimoto Y., Igarashi T., Nakane A. Chronic irradiation with 222 nm UVC light induces neither DNA damage nor epidermal lesions in mouse skin, even at high doses // PLoS ONE. 2018. V. 13. Iss. 7: e0201259. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201259

18. Gao N., Chen J., Feng X., Lu S., Lin W., Li J., Chen H., Huang K., and Kang J. Strain engineering of digitally alloyed AlN/GaN nanorods for far-UVC emission as short as 220 nm // Opt. Mater. Exp. 2021. V. 11. № 4. P. 1282–1291. https://doi.org/10.1364/OME.422215

19. Kiess C.C., Corliss C.H. Description and analysis of the first spectrum of iodine // J. Research of the National Bureau of Standards. Section A, Phys. and Chem. 1959. V. 63A. № 1. P. 1–18.

20. Gross U., Ubelis A., Spietz P., Burrows J. Iodine and mercury resonance lamps for kinetics experiments and their spectra in the far ultraviolet // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. P. 1588–1591.

21. Ломаев М.И., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы высокочастотного емкостного разряда // Патент РФ №2154323 C1. 2000. Бюл. № 22.

22. Lomaev M.I., Tarasenko V.F. Xe(He) — I2 Glow and capacitive discharge excilamps // Proc. SPIE. 2002. V. 4747. P. 390–398. https://doi.org/10.1117/12.460150

23. Шуаибов А.К., Миня А.Й., Гомоки З.Т., Ласлов Г.Е. Эмиссионные характеристики импульсного емкостного разряда на смеси гелия и неона с молекулами йода // ЖТФ. 2009. Т. 79. Вып. 1. С. 147–151.

24. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. Кикоина И.К. М.: Атомиздат, 1976, 1008 с. 25. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Издательский Дом "Интеллект", 2009. 736 с. ISBN 978-5-91559-019-8