Что такое ртутные лампы, виды, где применяются

Дуговые или ртутные лампы - какие бывают, где и как применяются? 

Лампы на парах ртути - это лампы на парах металлов, основанные на излучении света от атомов ртути (Hg).

Ртуть (Hg) - единственный элементарный металл, который имеет значительное давление пара при комнатной температуре. Следовательно, кожух лампы может содержать только ртуть, но часто также присутствует немного стартового газа, такого как аргон или ксенон. 

Лампа может запускаться при относительно низком давлении пара, которое впоследствии (в течение нескольких минут) увеличивается из-за нагрева во время работы, поскольку больше жидкой ртути испаряется.

Вместо жидкой ртути ртутная лампа может содержать амальгаму. Когда такая лампа выключена, ртуть в значительной степени связана в амальгаме, что означает снижение токсического риска, связанного с поломкой лампы: можно собрать кусочки амальгамы до того, как большая часть ртути испарится.

Как и большинство других типов ламп на парах металлов, ртутные лампы должны работать с подходящим электрическим балластом для стабилизации электрического тока.

Ртутные лампы низкого давления

В лампах низкого давления повышение температуры умеренное, что приводит к значительному, но не резкому увеличению давления ртути во время работы. Плотность мощности и яркость излучаемого света относительно низкие.

Излучение ртутных ламп низкого давления демонстрирует характерный оптический спектр с ярко выраженными спектральными линиями в основном в видимой и ультрофиолетовой областях спектра, но частично также и в инфракрасной. 

Существует значительное количество стандартных спектральных линий ртути, которые можно получить с помощью спектральных ламп на основе ртути. Типичные дины волн, нм: 184,5, 253,7, 365,4, 404,7, 435,8, 546,1, 578,2 и 1014 нм.

Ртутные лампы низкого давления также используются в качестве относительно эффективных источников ультрофиолетового света для таких применений, как УФ-отверждение, литография, УФ-спектроскопия, солярий, генерация озона, стерилизация воды и другое бактерицидное облучение. 

Для такого использования не требуется особенно сильного сияния. Для эффективной генерации УФ-излучения, конечно, требуется стекло лампы с высоким коэффициентом пропускания в этой спектральной области.

Для мест, в которых используется только световой поток лампы (например, освещение), часто требуется поглощающий УФ-фильтр для удаления ультрафиолетового света, который в противном случае мог бы, например, повредить глаза и кожу. Кроме того, в сочетании с люминофором на внутренней поверхности стеклянной трубки можно генерировать белый свет для освещения.

Ртутные лампы высокого давления (лампы ДРЛ)

Дуговые лампы высокого давления на парах ртути работают при давлении порядка одной атмосферы и значительно увеличенной плотности мощности, так что больше ртути испаряется. Высокая плотность пара позволяет излучать свет с гораздо большей яркостью. В таких лампах также наблюдается более сильное спектральное уширение. Световое излучение содержит не только уширенные линии, но и значительный континиум.

Ртутные лампы высокого давления могут использоваться в качестве источников белого света, например, для освещения, но их цветовой тон имеет тенденцию к сине-зеленому (довольно высокая цветовая температура) с дефицитом спектра в красной области.

Светоотдача обычно составляет около от 35 до 65 лм / Вт, что значительно лучше , чем для ламп накаливания, но с другой стороны , существенно хуже , чем то , что может быть достигнуто с металлогалогенными лампами. Срок службы устройства может составлять тысячи часов (намного больше, чем у четырех ламп накаливания), но он существенно зависит от типа лампы.

Ртутные лампы высокого давления в основном используются для мощных осветительных приборов и проекционных дисплеев. В частности, для освещения они все чаще заменяются другими типами ламп, которые достигают более высокой световой отдачи и / или работают с меньшим содержанием ртути или вообще без ртути. 

Например, теперь можно производить металлогалогенные лампы, которые намного превосходят традиционные ртутные лампы с точки зрения энергоэффективности и цветопередачи, в то время как срок службы ламп все еще может быть очень высоким. Некоторые из этих ламп не содержат ртути.

Металлогалогеные лампы (лампы ДРИ)

Металлогалогенные лампы - это дуговые лампы высокого давления (газоразрядные лампы непрерывного действия), в которых используются некоторые галогениды металлов в дополнение к газовой начинке, обычно содержащей аргон или ксенон. Можно смешивать широкий спектр металлов, и используемые галогены представляют собой бром или йод. Их можно рассматривать как усовершенствованные типы ртутных ламп.

Принцип работы металлогалогенных ламп ДРИ

Основным принципом работы металлогалогенной лампы является принцип работы газоразрядной лампы. За счет электрического разряда образуется плазма, которая излучает свет в форме спонтанного излучения после возбуждения атомов или ионов, например, при бомбардировке электронами. Также может быть значительное количество теплового излучения.

Плазма также содержит пары металла, которые образуются в результате испарения и диссоциации добавленных галогенидов металлов из-за высокой температуры дуги. Атомы или ионы металлов вносят определенный вклад в получаемый оптический спектр, а также могут существенно увеличить световую отдачу и, таким образом, энергоэффективность лампы. 

Кроме того, используемые металлы влияют на импеданс лампы; щелочные металлы, такие как натрий или калий, обычно используются для поддержания достаточно низкого импеданса.

Атомы галогена вносят небольшой вклад в световое излучение. Их функция, по сути, состоит в том, чтобы обеспечить полное испарение металлов и поддерживать чистоту оболочки лампы (что-то вроде галогенной лампы). 

Если добавить только металлы, они осядут на колбе лампы и больше не смогут испаряться, потому что температура стекла не может быть достаточно высокой для этого. Галогены могут химически реагировать с металлом при более низких температурах, которые выдерживает стекло, и, таким образом, возвращать их к работе в разряде.

Давление плазмы обычно составляет не менее нескольких атмосфер, а иногда даже несколько десятков атмосфер. Это приводит к высокой плотности мощности и означает, что дуга может быть относительно короткой.

Подходящую смесь металлов можно использовать для получения желаемой формы оптического спектра излучаемого света. Во многих случаях желательно иметь широкополосное излучение белого света с определенной цветовой температурой и высоким индексом цветопередачи. 

В других случаях цель - излучение цветного света, например красного, оранжевого, зеленого или синего света. Например, литий, калий и рубидий вносят красный свет, оранжевый свет натрия, зеленый свет таллия и синий свет индия.

Благородный газ - обычно аргон или ксенон - особенно важен на этапе запуска, когда галогениды металлов еще не вносят существенного вклада в давление плазмы.

Преимущества

• Высокий световой поток. Например, лампа мощностью 100 Вт может давать световой поток порядка 10 000 люмен.
• Светоотдача белого света ламп может быть сравнительно высокой - обычно около 80 до 100 лм / Вт, иногда больше. В то же время индекс цветопередачи может быть очень высоким, что делает эти лампы подходящими для приложений, где этот аспект критичен (например, для создания видео).
• Свет генерируется в небольшом объеме, что вместе с высоким потоком излучения приводит к высокой яркости (например, по сравнению с лампой с длинной дугой). Следовательно, его можно достаточно хорошо направить в определенном направлении (например, в прожектор) или сфокусировать, хотя далеко не так хорошо, как для лазерного источника.

Недостатки

• УФ-излучение. Значительная часть излучаемого света находится в ультрафиолетовой области. Это может быть вредным не только для людей, но также может привести к разложению, например, близлежащих пластиковых материалов. Там, где УФ-излучение нежелательно, его можно отфильтровать, например, используя колбу лампы из легированного УФ-поглощающего стекла или с дополнительным защитным стеклом.
• Содержание ртути. Металлогалогенные лампы часто также содержат значительное количество ртути, которая представляет опасность для здоровья и окружающей среды. В идеале лампу следует утилизировать надлежащим образом после окончания срока ее службы. Ее оболочка будет повреждена в помещении, где содержится выходящая ртуть. Однако некоторые из этих ламп ломаются или взрываются во время работы, часто выделяя пары ртути рядом с людьми, и даже если оболочка лампы остается неповрежденной, надлежащая утилизация, к сожалению, не всегда гарантируется.
• Поведение при запуске. После включения металлогалогенной лампы требуется некоторое время для прогрева (обычно несколько минут) до достижения полного светового потока и конечной цветовой температуры. Сразу после запуска газового разряда большая часть галогенидов металлов еще не находится в газовой (или плазменной) фазе; они должны испаряться и связаны с высокой температурой дуги, которая первоначально возникает в основном в благородном газе (аргоне или ксеноне). 

Ртуть, имеющая относительно низкую температуру кипения, испаряется первой, а затем - другими составляющими. Давление плазмы значительно повышается во время прогрева. Из-за меняющегося давления лампы и химического состава цветовой тон может существенно измениться на этапе запуска.