Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Источники света. Общеизвестна роль инертных газов в светотехнике: почти во всех типах источников света находят применение те или иные представители группы инертных газов. Наполнение лампы инертным газом позволяет повысить рабочую температуру нити без сокращения срока службы, так как уменьшается ее распыление (по сравнению с распылением в вакууме). Чем выше плотность газа-наполнителя, тем меньше скорость распыления нити, а уменьшение теплопроводности газа снижает тепловые потери. Очевидно, лампу следует наполнять тяжелым инертным газом (высокая плотность, низкая теплопроводность) при возможно большем давлении, которое, однако, ограничивается технологическими трудностями и обычно не должно превышать 300—650 мм рт. ст. (абсолютное давление) .
Применение чистого аргона создает опасность образования дуги в лампе, и обычно пользуются смесью аргона с азотом (86% Аг). Еще более эффективно применение тяжелых инертных газов — криптона и ксенона, обладающих меньшей теплопроводностью и более высоким молекулярным весом, чем аргон и азот; в этом случае повышается световая отдача (по сравнению с аргонным наполнением) в зависимости от мощности ламп на 5—15% или срок службы на 40—170%, а также появляется возможность сократить объем колбы на 50%. Лампы накаливания с криптоновым наполнением выпускаются в больших количествах как в. СССР, так и за рубежом. Увеличение масштабов извлечения криптона и ксенона из воздуха, снижение их стоимости позволят еще шире развивать производство этих более экономичных ламп накаливания.
28
Тепловые потери, обусловленные применением газа-наполнителя (теплопроводность газа, конвекция), весьма существенны для ламп малой мощности. Поэтому для ламп мощностью до 40 вт обычно не применяют газ-наполнитель. С повышением мощности доля тепловых потерь уменьшается (до 40 вт тепловые потери составляют 20%, для 100 вт— 11,3%, Для 1000 вт — 6 0%), и выгода от применения газа-наполнителя становится весьма ощутимой [77].
Чрезвычайно высоки требования к чистоте газа: так, Веиц [78] утверждает, что одна капля влаги, распределенная в-500 000 ламп, уже оказывает вредное влияние, обусловленное, по-видимому, образованием водорода на раскаленной нити накала (диссоциация Н20). Ничтожные примеси Н2, 02, СОг сокращают срок службы ламп и уменьшают световую отдачу. Вновь мы убеждаемся, насколько высоки требования многих отраслей техники к чистоте инертных газов. Расход чистых инертных газов (Аг, Кг) для обширного ассортимента ламп накаливания исчисляется миллионами литров.
Лампа накаливания, несмотря на достигнутый прогресс,— неэкономичный осветительный прибор, так как доля энергии, превращаемая источником теплового излучения в световую энергию, исчисляется лишь несколькими процентами и даже для биспиральной лампы с криптоно-ксененовой смесью не превышает 10—12%. Подавляющая часть энергии (72—78%) превращается в невидимое инфракрасное излучение.'
Поиски привели к созданию газоразрядных источников света с использованием излучения электрического разряда в газах или парах металлов [77]. Газовый разряд может обладать более высоким энергетическим к. п. д., чем тепловые излучатели, и сочетание газового разряда с люминофорами позволило создать высокоэкономичные источники света — люминесцентные лампы с непрерывным спектром излучения любой цветности и большим сроком службы. Широкое распространение получили ртутные люминесцентные лампы низкого давления, дающие свет, близкий к белому или дневному. Области применения газоразрядных ламп многообразны и определяются спектральным составом их излучения. Так, красный цвет неоновых ламп применяется для сигнального освещения, ультрафиолетовое излучение ртутно-кварцевых ламп — в медицине и других областях науки и техники. Газоразрядные источники света высокого и сверхвысокого давления обладают яркостями, достигающими 109 нт, а для различных специальных целей все шире применяются импульсные источники света, дающие кратковременные вспышки света необычайно высокой яркости.
В люминесцентных лампах УФ-излучение ртути преобразуется при помощи люминофоров, нанесенных на внутреннюю поверхность колбы, в видимое излучение. Спектр излучения этих ламп состоит из непрерывной полосы свечения люминофо-
0
29
ров, на которую накладывается линейчатый спектр ртутного разряда. Роль газового разряда сводится к генерации УФ-излу-чения, возбуждающего свечение люминофора. В люминесцентных лампах применяется разряд в смеси паров ртути с аргоном (или аргоном и криптоном), которые добавляются для облегчения зажигания и предохранения катодов от разрушения. Аргон (в смеси Аг—Кг) играет важную роль и в механизме резонансного излучения ртутного разряда низкого давления, вызывая значительное увеличение выхода обеих резонансных линий ртути (особенно линии 2537 А) [77].
В предположении полного превращения подводимой электрической мощности в излучение линии 2537 А и квантовом выходе люминесценции, равном единице, энергетический к. п. д. люминофора для преобразования излучения линии 2537 А в видимое с длиной волны около 5500 А был бы равен 2537/5500 = = 0,46. Потери, связанные с двойным превращением энергии, снижают к. п. д.; так, в 40-ваттной белой (цветовая температура 3500° К) люминесцентной лампе превращается в видимое излучение 18—19% подводимой мощности, т. е. энергетический коэффициент подобной лампы в 1,5—2,0 раза больше, чем у лампы накаливания, а световая отдача люминесцентной лампы превышает световую отдачу ламп накаливания в 3—4 раза; последнее обстоятельство объясняется не только высоким энергетическим коэффициентом люминесцентной лампы, но и удачным распределением излучения в видимой части спектра. Следует добавить, что средняя продолжительность горения современных люминесцентных ламп нормального напряжения составляет 3000—7500 ч. Люминесцентные лампы чувствительны к изменениям температуры окружающей среды и условиям охлаждения, влияющим на давление насыщенных паров ртути, которое в значительной мере определяет параметры разряда. В этой связи представляли бы интерес люминесцентные лампы с разрядом в инертных газах (без ртути), но они имеют худшие светотехнические характеристики и поэтому получили ограниченное применение.
