Металогалогенні лампи ДРІ

Металогалогенні лампи (МГЛ), що з'явилися на початку 60-х років ХХ ст., відкрили нову сторінку в розвитку газорозрядних ламп. Перспективи їхнього використання визначаються винятково широкими можливостями варіювання спектральним розподілом випромінювання – від практично однорідного до безперервного – при високому ККД і високій питомій потужності.

Умовне позначення лампи розшифровується так:
Д – дугова, Р – ртутна, І – із випромінювальними добавками. Цифри після літер відповідають потужності лампи у ватах, далі через дефіс – номер розробки або модифікації. Колби можуть бути: еліпсоїдні або трубчасті.

Будова та принцип дії МГЛ (рис. 2.9) базуються на тому, що галогеніди багатьох металів випаровуються легше, ніж самі метали, і не руйнують кварцове скло. Тому всередину розрядних колб МГЛ, крім ртуті й аргону, додатково вводяться різні хімічні елементи у вигляді галоїдних сполук (тобто сполук із I, Br, C1). Після запалювання розряду, коли досягається робоча температура колби, галогеніди металів частково переходять у пароподібний стан. Потрапляючи в центральну зону розряду з температурою в кілька тисяч градусів Кельвіна, молекули галогенідів дисоціюють на галоген і метал. Атоми металу збуджуються й випромінюють характерні для них спектри. Дифундуючи за межі розрядного каналу і потрапляючи в зону з більш низькою температурою поблизу стінок колби, вони з'єднуються в галогеніди, які знову випаровуються. Цей замкнутий цикл забезпечує дві принципових переваги:
1) у розряді створюється достатня концентрація атомів металів, що дають необхідний спектр випромінювання, оскільки при робочій температурі кварцової колби 800 – 900 °С тиск парів галогенідів багатьох металів значно вищій, ніж самих металів, таких, як талій, індій, скандій, диспрозій та ін.; 2) з'являється можливість вводити в розряд лужні (натрій, літій, цезій) та інші агресивні метали (наприклад, кадмій, цинк), які в чистому

Рисунок 2.9 – Будова ламп ДРІ:

1 – розрядна кварцова трубка; 2 – робочий електрод;
3 – зовнішня скляна колба

вигляді викликають досить швидке руйнування кварцового скла при температурах вище 300 – 400 °С, а у вигляді галогенідів не викликають такого руйнування. Застосування галогенідів різко збільшило число хімічних елементів, що використовуються для генерації випромінювання, і дозволило створювати МГЛ із досить різними спектрами, особливо у випадку використання суміші галогенідів. Незважаючи на відносно малу концентрацію металів, що додаються, порівняно з концентрацією ртуті значна частина випромінювання розряду створюється висвічуванням атомів добавок, що пояснюється більш низькими потенціалами збудження цих атомів. Ртутні пари відіграють роль буфера, забезпечуючи високу температуру в розряді, високий градієнт потенціалу, малі теплові втрати та ін.

Принцип дії ламп ДРІ – електролюмінесценція. Електричний розряд збуджує атоми ртуті, температура в трубці зростає, а при досягненні ~500⁰С починають збуджуватися атоми галоїдних сполук металів, випускають випромінювання у видимій частині спектра. Спектр випромінювання металів доповнюється спектральним випромінюванням ртуті.

На сьогодні для загального освітлення найбільш значне поширення одержали МГЛ із такими сполуками металогалогенних добавок (крім ртуті й запалювального газу):

1) йодиди натрію, талію та індію;

2) йодиди натрію, скандію та торію.

Лампи мають спектр, що складається з окремих ліній ртуті та ліній добавок, розташованих у різних областях спектра, завдяки чому вдається з'єднувати високу світлову віддачу із прийнятною якістю передачі кольору (у ламп потужністю 400 Вт = 80 лм/Вт, Ra = 65). Лампи із йодидами диспрозію та інших рідкоземельних металів мають спектр, настільки густо заповнений лініями диспрозію, що він здається безперервним по всій видимій області, завдяки чому досягається досить висока якість передачі кольору при високій світловій віддачі (у ламп потужністю 400 Вт = 70 – 80 лм/Вт, Ra>80).

2.3.5. Натрієві лампи високого тиску (НЛВТ)

Натрієві лампи високого тиску є одними з найбільш ефективних джерел світла (рис. 2.10) і вже сьогодні мають світлову віддачу до 160 лм/Вт при потужностях
30 – 1000 Вт; їхній термін служби може перевищувати
25000 годин. Запалювання НЛВТ відбувається за допомогою спеціальних запалювальних пристроїв, які дають імпульс із амплітудою 2-4 кВ. Час розпалювання ламп, як правило, становить 3-5 хв.

Рисунок 2.10 – Будова ламп ДНаТ (дугова натрієва трубчаста):

1 – розрядна трубка правильної циліндричної форми виконана з напівпрозорої кераміки (полікристалічного алюмінію) або із прозорого трубчастого монокристала (лейкосапфіра);
2 – робочий електрод; 3 – зовнішня скляна колба

До переваг сучасних НЛВТ можна віднести невеликий спад світлового потоку впродовж терміну служби, що, наприклад, для ламп потужністю 400 Вт становить 10-20% за 15 тисяч годин при 10-годинному циклі горіння. У ламп, що працюють при більш частих увімкненнях, спад світлового потоку зростає приблизно на 25% при кожному дворазовому скороченні циклу. Таке співвідношення застосовується для розрахунку зниження терміну служби.

Прийнято вважати, що ці лампи застосовуються там, де економічні показники більш важливі, ніж точне відтворення кольорів. Їх теплий жовтий колір підходить для освітлення парків, торгових центрів, доріг, а також, у деяких випадках, для декоративного архітектурного освітлення. Але розвиток цих джерел світла за останнє десятиліття привело до різкого поширення можливостей їхнього використання завдяки виникненню нових видів, а також ламп малої потужності та ламп із поліпшеною передачею кольору.

Однак у стандартних НЛВТ є ряд недоліків, з яких у першу чергу необхідно зазначити явно погіршені властивості передачі кольору, що характеризуються її низьким рівнем (Ra=25 – 28) і невисокою кольоровою температурою
(Т_к = 2000 – 2200 ºК).

Розширені резонансні лінії натрію обумовлюють золотаво-жовтий колір випромінювання. Передача кольору НЛВТ вважається задовільною для зовнішнього освітлення, але недостатньою для внутрішнього.

Поліпшення кольорових характеристик НЛВТ відбувається, головним чином, за рахунок підвищення тиску парів натрію в пальнику при збільшенні температури холодної зони або вмісту натрію в амальгамі, збільшенні діаметра розрядної трубки, введенні випромінювальних добавок, нанесенні на зовнішню колбу люмінофорів та інтерференційних покриттів і живлення ламп імпульсним струмом підвищеної частоти. Зниження світлової віддачі компенсується збільшенням тиску ксенону (тобто зменшенням теплопровідності плазми).

Над проблемою поліпшення спектрального складу випромінювання НЛВТ працюють багато фахівців, і деякими закордонними фірмами випускаються якісні лампи із поліпшеними колірними параметрами.