 |
 |
 |
 |
Из этого расчета видно, что при сделанных допущениях максимальная светоотдача ламп ЛБ15 может достигать 66 лм/Вт, а ЛБ40 91 лм/Вт, основную роль в возбуждении люминофора и светоотдаче играет линия 254 нм, вклад линии 185 нм в световую отдачу составляет у ламп ЛБ15 14 %, а у ламп ЛБ40 10 %. О повышении г[рез за счет оСогащения ртути изотопом 196 (см. с. 80).
Роль линии 185 нм в возбуждении люминофора и световой отдаче ламп. В противоположность этому широко распространенному мнению В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева на основе ряда экспериментов пришли к выводу, что линия 185 нм играет значительно более существенную роль в возбуждении люминофора в ЛЛ, так как при возбуждении некоторых люминофоров линией 185 нм наблюдается квантовый выход больше единицы, т. е. имеет место «размен» крупного поглощаемого фотона на два-три более «мелких» фотона люминесценции [10.1, 0.9]. Этот вывод имеет большое принципиальное значение. Значительная роль линии 185 нм в механизме ртутного разряда НД была обнаружена В. А. Фабрикантом еще в 1938-1940 гг. (библиографию см. в [10.1]). Позднее эти результаты были подтверждены Ф. А. Бутаевой прямых измерений абсолютного квантового и энергетического выхода для ряда применяемых люминофоров при их возбуждении линиями 185 и 254 нм.
Энергетический КПД ЛЛ можно было бы существенно поднять, если бы удалось создать устойчивый люминофор с квантовым выходом больше единицы при возбуждении линией 185 нм. Энергетические КПД преобразования излучения люминофором при его возбуждении линиями с Х и относятся как Xitjk.b(-i)А2»1к.в(>-2), поэтому уже при [г1к.е(185)/т]к.в(254)]>1,4 энергетически было бы более выгодно возбуждать люминофор линией 185 нм.
Создание таких люминофоров открыло бы новые возможности для разработки эффективных ламп с использованием коротковолнового излучения не только ртути (185 нм), но и инертных газов.
Специальные исследования, проводившиеся во ВНИСИ В. В. Федоровым и в ИФА АН эсер под руководством И. Б. Лущика, показали, что «размен» одного кванта возбуждающего излучения на два и более квантов люминесценции в оптическом диапазоне спектра возможно осуществить в щелочно-галоид-ных люминофорах (библиографию см. [10.9]) В них при достаточной величине энергии возбуждения она может передаваться не активатору, а самой кристаллической решетке люминофора. При этом один фотон возбуждающего н-злучения создает две или более электронно-дырочные пары, которые затем превращаются в два или более фотона рекомбинационного свечения. Однако для реализации этого явления, называемого «фотонным умножением», в ще-лочно-галоидных люминофорах необходима энергия возбуждающих фотонов не менее 15 эВ, так что энергия фотонов ртутной линии 185 нм недостаточна. Кроме того, оказалось, что щелочно-галоидиые люминофоры непригодны для использования в условиях разряда из-за быстрого спада яркости (см., например, [10.9]).
Возможности повышения световой отдачи за счет применения узкополосных люминофоров. Эти люминофоры, как уже указывалось в § 10.3, имеют высокий квантовый выход, приближающийся к единице, и, кроме того, за счет наличия узких полос излучения в трех зонах спектра (450, 540 и 610 йм)
й;ожно при той же Гцв добиться более выгодного преобразования УФ-излучения в видимое, чем с ГФК (см. §§ 11.5 и 11.6).
Использование нертутного разряда НД. Главные и принципиальные потери в ртутных Л Л связаны с низким квантовым отношением R(K) (см. § 8.3). Поэтому давно рассматривались возможности повысить квантовое отношение за счет применения разрядов НД с более длинноволновым резонансным излучением. С этой точки зрения представляет интерес разряд НД в парах кадмия. Структура спектра атомов кадмия такая же, как и у ртути, а длины волн резонансных линий кадмия соответственно равны 326,1 и 228,8 нм. Поэтому квантовые отношения оказываются больше, чем для ртути, в отношении
Rcd/RHg=326/2541,28 и 229/185=1,24 раза.
Во столько же раз в принципе может быть повышена предельная светоотдача. В 1947-1948 гг автор книги исследовал кадмиевый разряд НД, в том числе в целях выяснения возможности создания люминесцентных ламп иа базе кадмиевого разряда НД. Из-за отсутствия подходящих люминофоров создать эффективную лампу иа этом принципе не удалось. Частично данные о выходе резонансного излучения и градиенте потенциала были опубликованы в первом издании этой книги в § 13.4 и [10.4]. В 70-х годах появилось несколько публикаций по этому вопросу в отечественной и иностранной литературе. Однако сведений о выпуске подобных ламп нет.
10.5. УРАВНЕНИЯ, СВЯЗЫВАЮЩИЕ ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ КОЛБЫ С ЕЕ РАЗМЕРАМИ
Тепловой режим ЛЛ является одной из важнейших характеристик, определяющих рабочее давление паров ртути в лампе, а следовательно, все ее электрические и световые характеристики.
Зависимость давления паров ртути от температуры. В ЛЛ
ртуть вводится с избытком, так что при работе лампы всегда имеется некоторое ее количество в жидкой фазе, конденсирующейся на наиболее холодных частях лампы. Поэтому устанавливающееся во время работы давление ртутного пара определяется как давление паров, насыщающих пространство,- по температуре наиболее холодной части лампы. При этом установлено, что холодный участок может занимать лишь небольшую часть общей поверхности лампы.
В табл. 10.3 дана упругость насыщающих паров ртути в зависимости от температуры. Зависимость упругости насыщающих паров ртути для более высоких температур дана в гл. 14. Следует подчеркнуть, что в случае насыщающих паров давление и плотность.являются весьма резкими функциями температуры.
Температура колбы. В лампах обычной конструкции наиболее холодным участком является область столба (см. рис. 7.8). Поэтому устанавливающееся в лампе давление паров ртути, а
Давление | Давление | ||||
t, С | г. к | ртутного пара. Па | t. -С | Г, К | ртутного пара. Па |
3,06-10-S | + 140 | 246,7 | |||
2,67-10-2 | + 160 | ||||
4-20 | 0,169 | + 180 | 1,17-10» | ||
-f40 | 0,845 | +200 | 2,30-10» | ||
-f60 | 3,47 | +250 | 9,92-103 | ||
4 80 | 12,1 | +300 | 3,29-10* | ||
+ 100 | 36,9 | +356,6 | 629,6 | 1,01-105 | |
+ 120 | 100,2 | +400 | 1,52-10« |
следовательно, все ее электрические и световые характеристики определяются температурой трубки в области столба /тр. Специальные конструкции ламп имеют удлиненные ножки. В них наиболее холодным местом лампы, определяющим давление паров ртути, являются заэлектродные участки. Поскольку в ЛЛ перепад температуры в стенке трубки (Urp-тр) намного меньше перепада между внешней поверхностью и окружающей средой (/гтр-/о), расчет следует вести для /гтр и с?гтр, связь между которыми определяется соотношением (см. § 7.5)
ОстР1ст = 92трЯС?2тр, (10.16)
где GcT - доля мощности столба, идущая на нагрев трубки; 92тр - удельные тепловые потери трубки в области столба. При работе в условиях естественной конвекции (см. гл. 7)
<?.тр - АсЩ-р(ДОЧ к°о {Tlv - ТЛ (10.17)
На рис. 10.18 приведены значения 9гтр(/) для трубок разного диаметра (Л=3,8-Ю-).
Толщина стенки трубки 6тр=(с?2тр-с?1тр)/2 выбирается, исходя из конструктивно-технологических соображений (механическая прочность, требования технологии вытяжки, экономия
Рис. 10.18. Удельные потери с поверхности стеклянных трубок различного диаметра в зависимости от их температуры при естественном охлаждении (/о=20°С): - - общие;----потери от теплового излучения
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