 |
 |
 |
 |
ряд ВД может излучать до 30 % и более подводимой мощности в области длин волн, соответствующих переходам с резонансных уровней, в то время как в ртутном разряде при давлении около 0,5-10 Па на долю резонансных линий приходится не более 3 % подводимой мощности.
Высокий выход резонансного излучения разрядов ВД в парах щелочных металлов позволяет создавать на их основе весьма эффективные источники излучения в соответствующих областях спектра, обладающие при этом компактностью и другими достоинствами источников ВД.
Для создания эффективных источников видимого излучения представляет интерес разряд в парах натрия ВД, поскольку его резонансное излучение лежит вблизи максимума чувствительности человеческого глаза, что позволяет получать наиболее высокие световые отдачи. Максимально достигнутые в экспериментах световые отдачи составляли в натриевых разрядах ВД 166 лм/Вт.
Резонансное излучение остальных щелочных металлов лежит в глубокой красной или близкой ИК частях спектра (см. гл. 2); их наиболее интенсивные нерезонансные линии также расположены преимущественно в ИК (и только частично в видимой) области спектра. Поэтому лампы ВД с разрядом в парах других щелочных металлов используются как эффективные источники ближнего ИК-излучения. Их световые отдачи невелики: у калия 10 лм/Вт, рубидия 21 лм/Вт и цезия 35 лм/Вт [18.3].
Влияние зажигающего газа на характеристики натриевого разряда ВД. Назначение газа то же, что и в других лампах ВД (см. гл. 5). с точки зрения КПД излучения столба разряда наилучшим является тяжелый инертный газ - ксенон, поскольку он обеспечивает минимальные тепловые потери в разряде и наибольшую световую отдачу (табл. 18.1), но в ксеноне существенно выше напряжение зажигания Us. С точки зрения минимального f/з наилучшей является смесь Пеннинга, но в ней значительно ниже световая отдача. Разработчики предпочли более высокую отдачу и остановили свой выбор на Хе.
Уже на ранней стадии исследования и разработки НЛВД К. Шмидт [18.3] установил, что световая отдача ламп возрас-
Таблица 18.1
Род газа | Световая | Род газа | Световая |
отдача, лм/Вт | отдача, лм/Вт | ||
Ne--0,5%Ar (смесь | |||
Пешига) | |||
тает с ростом давления ксенона приолизительно со lib лм/Ьт при «холодном» давлении Хе около 1,3-10 Па (10 мм рт. ст.) до максимальной величины 145 лм/Вт при давлении Хе 2,8Х ХЮ" Па (210 мм рт. ст.), в то же время давление паров натрия, соответствующее максимальной световой отдаче, снижается примерно с 20 до 10 кПа (со 150 до 70 мм рт. ст.). Повы-щение световой отдачи с ростом давления Хе происходит за счет уменьшения теплопроводности смеси Хе - Na и уменьшения тепловых потерь. Поскольку потенциалы возбуждения и ионизации ксенона значительно выше, чем у натрия, он практически не возбуждается и не ионизуется. В данных условиях он играет роль буфера (см. § 15.2).
При выборе оптимального давления ксенона следует принимать во внимание еще ряд факторов: при самых высоких световых отдачах, соответствующих высоким давлениям ксенона, требуется относительно низкое давление паров натрия и цветопередача становится хуже; более высокое давление ксенона требует более высокого напряжения зажигания, что усложняет схему включения, и, наконец, при более высоком давлении ксенона световая отдача более чувствительна к изменениям давления паров натрия. Исходя из этих соображений, в большинстве промышленных типов ламп применяют давление ксенона около 2,6-103 Па (20 мм рт. ст.), а в качестве буфера используют пары ртути.
Влияние ртути. Все современные натриевые лампы ВД помимо натрия и инертного газа содержат ртуть, которая оказывает весьма существенное влияние на характеристики ламп. Пары ртути играют в основном роль буфера, уменьшающего подвижность электронов и теплопроводность смеси паров натрия и ртути. Вследствие существенно более высоких потенциалов возбуждения и ионизации по сравнению с атомами натрия атомы ртути практически не излучают и не ионизуются. Достоинства ртути в качестве буфера описаны в § 15.2.
Введение ртути существенно повышает градиент потенциала, благодаря чему лампа заданной мощности может работать при меньшей силе тока, что делает ее более компактной и более эффективной за счет уменьшения анодно-катодных потерь мощности и позволяет экономить на балласте, повышает световую отдачу, уменьшает время разгорания и вызывает некоторые изменения в спектре излучения, рассмотренные в § 18.7.
Весьма важно, что введение ртути позволяет регулировать рабочие давления паров как натрия, так и ртути. Дело в том, что натрий образует со ртутью амальгаму натрия, над которой парциальные давления паров и натрия, и ртути уменьшаются по сравнению с их давлением над чистыми металлами при той же температуре их жидкой фазы. Поэтому для получения тех же давлений паров требуются более высокие температуры
амальгамы. Кроме того, наличие жидкой амальгамы натрия при работе ламп приводит к тому, что парциальные давления паров натрия и ртути определяются не только температурой амальгамы, но также и ее составом (см. § 18.5).
Качество цветопередачи НЛВД и пути его улучшения. Стандартные натриевые лампы ВД, выпускаемые промышленностью, работают вблизи второго максимума световой отдачи и дают излучение золотисто-желтого цвета с непривычно низкой Гцв «420502100 К и невысоким качеством цветопередачи {Ка= =20--25), но вполне приемлемым для наружного освещения и некоторых других целей.
Повышение Гцв НЛВД до уровня ЛН (2400-3000 К) и Ra до 60-70 при сохранении достаточно высокой световой отдачи значительно расширило бы возможные области их применения, в основном для внутреннего освещения. Поэтому предпринимались неоднократные попытки решения этой проблемы. Среди них следует отметить введение в разряд других элементов, излучающих в сине-зеленой области спектра, и подбор условий в самом разряде. Что касается введения других элементов, то этот путь, к «сожалению, не дал приемлемых результатов, так как не нашлось элементов, которые одновременно удовлетворяли бы всем необходимым требованиям: наличием спектральных линий в сине-зеленой части спектра с потенциалами возбуждения, близкими к потенциалу возбуждения D-линий натрия, высокой упругостью паров и др. По данным Ханемана, а также нашим расчетам и экспериментам для получения заметного эффекта от добавления Т1 или Cd температура холодной зоны должна быть повышена до 750-1000 °С.
Более реальным представляется путь подбора условий разряда, в первую очередь повышение парциального давления паров натрия и увеличение диаметра трубки.
Рассмотрение спектра НЛВД показывает (см. рис. 18.4), что с ростом давления происходит постепенное улучшение цвета излучения, главным образом, за счет чрезвычайного большого уширения и самообращения резонансных линий, роста излучения красного крыла и частично за счет увеличения излучения нерезонансных линий в зелено-голубой (568 и 498 нм) и красной (616 нм) областях спектра.
На рис. 18.5 показана зависимость световой отдачи r]i/, цветовой температуры Гцв и общего индекса цветопередачи Ra от /ам (давления паров натрия и ртути). При повышении давления паров натрия до 50 кПа (около 400 мм рт. ст.) цвет излучения выглядит золотисто-белым, Гцв повышается до 2200 К и /?о -до 50-60, но световая отдача падает до 90-92% максимальной. При еще более высоком давлении [порядка 75-80 кПа (500- 600 мм рт. ст.)] цвет излучения выглядит практически белым, Гцв поднимается до 2400-2600 К, Ra - до 80-85, но световая
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 [ 204 ] 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239