 |
 |
 |
 |
мм/бт S00 200 100 О
- 75
- 50
- 25
-" | ||||
Рис. 13.1. Зависимости световой отдачи и потока излучения от температуры
трубки (давление паров натрия) и плотности тока /: а -/=100 мА, di=18,5 мм, давление инертного газа 133 Па при 0 °С; б -поток излучения линий 589,0 и 589,6 им, 0 25 мм (/); световая отдача, 0 19 мм (2) и световая отдача, 0 25 мм (3); температура трубки 230 °С
Выход излучения в зависимости от давления паров натрия. При температуре око;ю 270-290 "С, что соответствует давлению паров натрия 0,5- 1,2 Па [(4-9)10-2 мм рт ст.], световая отдача достигает максимума (рис. 13.1,а). Аналогичный характер имеет зависимость световой отдачи от давления и при больших силах тока, при этом положение максимума сравнительно мало меняется при изменении тока. Максимальные значения световой отдачи столба при токе 100 мА и искусственном подогреве достигают 420 лм/Вт, что соответствует энергетическому выходу 80-82 %. Теория хорошо согласуется с экспериментом (см. гл. 3).
Излучение нерезонансных ИК-линий при токе 0,2 А составляет около 13 % общей мощности излучения и практически не изменяется при изменении температуры трубки в пределах от 273 до 287 "С.
Влияние силы тока на выход излучения. Ход кривых полностью согласуется с теорией (см. гл. 3 и § 10.2). С ростом тока от 0,2 до 3 А (рис. 13.1,6) возрастает доля ИК-излучения в общем излучении разряда примерно с 12 до 32% при давлении аргона 133 Па (1 мм рт. ст.).
Влияние наполняющего газа на излучение. При зажигании холодной лампы первоначально давление паров натрия ничтожно мало, и разряд происходит в наполняющем инертном газе (обычно в неоне). После того как лампа разогреется до температуры выше 200 "С и плотность паров натрия повысится, желтое свечение натрия начинает постепенно вытеснять излучение наполняющего газа, поскольку потенциалы возбуждения и ионизации у атомов значительно ниже, чем у инертных газов.
В отличие от ртутного разряда, где инертйый газ принимает непосредственное участие в механизме генерации излучения (см. гл. 3 и § 10.2), в натриевом разряде инертный газ оказывает только косвенное влияние на излучение, вызывая изменение электрокинетических характеристик разряда.
Присутствие инертных газов при давлениях от 0,1 до 1 кПа сравнтельио
£,В/см Б
о-о. |
200 250 J(7Dfp°C а)
Рис. 13.2. Зависимость градиента потенциала натриевого разряда НД от температуры трубки и от силы тока:
s -d[ = I8.5 мм, р,,=133 Па при О °С: 7=100 мА: б - чисто натриевый разряд, d=
= 18 мм. 7j;j,=287°C
мало влияет на световую отдачу натриевого разряда. Это объясняется тем, «10 вызываемое ими увеличение доли тепловых потерь в объеме за счет увеличения числа упругих соударений с электронами приблизительно компенсируется уменьшением потерь на стенках за счет затруднения диффузии зарядов к стенкам. Увеличение давления инертного газа свыше 1 кПа вызывает снижение выхода излучения.
Световая отдача несколько уменьшается при уменьшении атомной массы наполняющего газа (рис. 13.1,о:). Это объясняется ростом упругих потерь Е объеме и увеличением подвижности положительных ионов натрия при уменьшении атомной массы наполняющего газа (см. гл. 3.6).
Электрические характеристики. На рис. 13.2,а дан градиент потенциала в натриевом разряде в зависимости от температуры (давления паров натрия) при наполнении различными инертными газами. Участки кривых до 230 °С соответствуют градиенту потенциала при разряде в инертном газе, поскольку давление паров натрия еще очень мало. При повышении температуры и давления паров натрия и переходе разряда в натриевый градиент потенциала немного падает, проходит через минимум около 270 °С и затем слабо возрастает.
Градиент потенциала при разряде, в чистых парах натрия ниже, чем в присутствии инертного газа При добавлении неона или аргона повышение градиента потенциала наблюдается только до давления около 130 Па. При увеличении давления от 100 до 1000 Па градиент практически не изменяется, а затем начинает возрастать. На рис. 13.2,6 представлена зависимость градиента потенциала в чисто натриевом разряде от силы тока.
Радиальная откачка атомов натрия. В натриевых лампах НД происходит откачка натрия к стенкам трубки. Это объясняется тем, что поток ионов натрия к стенкам определяется скоростью биполярной диффузии, в то время как обратный поток атомов натрия, образовавшихся на стенке из ионов в результате рекомбинации, определяется скоростью обычной диффузии атомов.
Б стационарном состоянии оба потока противоположного направления должны быть равны:
D6»u{dni /dr)r~r. = - D{dnjdr), „ . (13.1)
Поскольку коэффициент биполярной диффузии Вбип пропорционален Тг, а коэффициент диффузии атомов Ол-Т, концентрация атомов натрия у стенки при работе лампы должна быть больше концентрации ионов приблизительно в отношении
{dn,/dr)r./{dni/dr)r
Вследствие этого наибольшая плотность тока и излучения смещаются от оси трубки в сторону стеиок, что приводит к увеличению выхода излучения, особенно Б трубках с некругльш сечением (см. [0.10]).
Режим работы и конструктивные элементы натриевых ламп НД. Натрий вводится в лампу в избытке, и лампы работают в насыщающих парах, давление которых определяется по температуре «холодной зоны». В экспериментальных лампах, температура которых поддерживалась на оптимальном уровне путем искусственного подогрева, при /=ь0,02--0,04 А/см удавалось по- • лучить световые отдачи, достигающие 360-420 лм/Вт [0.6]. В реальных образцах ламп световая отдача значительно ниже, что объясняется невозможностью обеспечить поддержание температуры горелки на требуемом уровне из-за малой величины тепловых потерь в разряде при малых плотностях тока. Уменьшение плотности тока неприемлемо и с практической точки зрения потому, что это приводит к уменьшению удельной мощности и удельного светового потока лампы и делает невозможным создание ламп достаточной мощности из-за непомерного увеличения их размеров. При решении этой проблемы можно идти по пути максимально возможного уменьшения тепловых потерь горелки с тем, чтобы поддерживать необходимую температуру при возможно меньшей плотности тока, и по пути поисков условий разряда, обеспечивающих высокую световую отдачу при достаточно больших плотностях тока и удельных мощностях лампы.
Тепловая изоляция. В современных НЛНД в целях уменьшения тепловых потерь горелке придают U-образную форму и помещают ее в вакуумиро-Еанную внешнюю колбу. Но это50 оказывается недостаточно, и поэтому в целях дальнейшего уменьшения тепловых потерь внутреннюю поверхность внешней колбы покрывают тонкой пленкой оксида олова ЗпОг или, еще лучше, оксида индия ТпгОз, прозрачной для видимого излучения и хорошо отражающей ИК-излучение натриевого разряда и нагретой разрядной трубки обратно на разрядную трубку. На рис. 13.3 показано влияние разных условий тепловой изоляции на эффективность ламп [0.10].
Выбор условий разряда, обеспечивающих получение высокой световой отдачи при повышенной удельной мощности, достаточной для нагрева трубки до оптимальной температуры, следует проводить, исходя из принципов, развитых при создании ЛЛ повышенной интенсивности (см. § 10.7). Одним из возможных методов решения этой задачи является увеличение отношения поверхности трубки к объему путем уменьшения диаметра трубки или путем
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