 |
 |
 |
 |
< | |
«D | |
«g О | |
0 0,10,51,0 5 10 15 Z0Z5Z0 Удельная моиностькЪт/ш a)
1 5 10 ZO Удельная мощность, кВт/см
Рис. 19.2. Зависимости светового выхода (а) и яркости (б) ксенонового разряда ВД и СВД от удельной мощности:
1- ксеноновая дуга ВД; -О--прикатодные части ксенонового разряда СВД;
----и 2 - черное тело при температуре, соответствующей температуре разряда
ростом оптической толщины слоя (xd) И в пределе стремится к единице. Поэтому при повышении температуры разряда, его давления и толщины излучающего слоя излучение приближается к излучению черного тела соответствующей температуры. Исходя из этого, могут быть сделаны оценки повышения яркости и световой отдачи в ксеноновом разряде.
Световая отдача и ее предельное значение. Световая отдача разряда возрастает с ростом удельной мощности и диаметра трубки. При прочих равных условиях световые отдачи увеличиваются при переходе от аргона к криптону и от криптона к ксенону. В одинаковых условиях световые отдачи криптонового разряда примерно в 1,5 раза ниже световых отдач ксенонового разряда, а световые отдачи ксенонового разряда в 1,5 раза ниже световых отдач ртутного разряда.
Представляет интерес оценка, предельных значений световой отдачи ксеноновых ламп. На рис. 19.2,а дан световой выход, пропорциональный световой отдаче ксенонового разряда высокой интенсивности, в зависимости от удельной мощности столба по данным К. Ларше (см. [0.9]). Быстрый подъем и постепенное приближение светового выхода к максимуму объясняются уменьшением доли тепловых потерь с увеличением удельной мощности и вполне совпадают с теорией (см. гл. 4). Постепенное падение световой отдачи ксенонового разряда при больщих удельных мощностях связано с тем, что световой КПД серого излучателя при увеличении температуры выше 6500 К начина-
ет убывать вследствие того, что максимум излучения сдвигается из области максимальной чувствительности глаза в сторону более коротких длин волн. Световой КПД исследованного ксенонового разряда меньше, чем у абсолютно черного тела той же температуры, из-за различного рода потерь и вследствие того,
что а<1 (кривая / на рис. 19.2,с).
По мере повышения удельной мощности и, следовательно, температуры уменьшается относительная роль потерь и растет
коэффициент поглощения а. Поэтому максимум кривой светового КПД смещается в сторону более высоких температур по сравнению с максимумом для абсолютно черного тела. По оценкам К. Ларше эта температура равна 8800 К- Световой выход черного тела при этой температуре составляет около 6,6 кд/Вт, что соответствует 60-65 лм/Вт, в то время как световой выход ксенонового разряда в максимуме составляет около 5 кд/Вт. Отсюда по его оценкам максимальная световая отдача столба ксенонового разряда.
. тз„,, (Хе) -5 45 - 49 лм/Вт.
Она приходится на удельные мощности порядка 6-9 кВт/см.
Предельная световая отдача излучения ксенонового разряда могла бы быть повышена, если бы удалось создать условия разряда, при которых канал разряда становился непрозрачным (с(=%1), при температурах около 6500 К, которые соответствуют максимуму светового КПД черного тела.
Яркость ксенонового разряда Ьу{Т) является функцией
температуры Т и эффективного коэффициента поглощения а. Принимая ксеноновый разряд за серый излучатель, можем записать
Ly{T)a{T)Uy{T), (19.3)
где Lsv(J) - яркость черного тела, кд/см, при той же температуре Т.
В пределах от З-Ю до 1-10* К она равна:
Ig Lsv(Г) «7,181-1,112 {WIT). {19.4)
При малых удельных мощностях и сравнительно невысоких температурах яркость ксенонового разряда значительно ниже яркости черного тела при той же температуре из-за малой величины коэффициента поглощения а{Т). Однако с ростом температуры наблюдается значительно более крутой рост яркости ксенонового разряда, чем у черного тела, связанный с существенным ростом показателя поглощения и и а. После того как температура ксенонового разряда достигнет таких величин, при которых arJl, дальнейший рост яркости прекратится, так как
Таблица 19.1
Газ или пар | Давление, р-\0= Па | градиент потеици ала в дуге. В/см | Сумма анодно-катодного падения напряжения, в | Примечание |
Аргон Криптон Ксенон Ртуть Ксенон | 35 35 35 Около 1 | 26 30 28 130 Около 9 | 16 12 И 10-12 Около 11 | Лампы В шаровых колбах, сила тока 7,5 А Лампа трубчатой формы, сила тока 80 А |
разряд станет непрозрачным. Излучение сможет выходить только из слоев с температурами ниже некоторой предельной.
К. Ларше и Г. Ширмер (библиографию см. [0.9]) измерили яркость в нескольких точках ксенонового разряда в зависимости от удельной мощности и рассчитали для них значения а и Т. Результаты измерения нанесены в виде сплошной кривой на рис. 19.2,6. Предельное значение температур, при которых поглощение ксенонового разряда приближается к своему пределу, равному единице, составляет около 11 ООО К. Этому соответствует предельное значение яркости порядка 2-10* Мкд/м. Получение столь высоких температур в ксеноновом разряде оказывается пока возможным только в условиях кратковременных импульсных разрядов. Возможность получения таких температур в стационарных условиях требует дальнейших исследований.
Градиент! потенциала и анодно-катодное падение. Интересной и практически важной особенностью этих разрядов является возрастающая вольт-амперная характеристика при высоких плотностях тока, благодаря чему удается стабилизировать разряд в газоразрядных лампах при помощи небольших балластных сопротивлений или даже без балласта (см. § 4.3). В табл. 19.1 приведены величины градиентов потенциала Е в Аг, Кг и Хе и значения f/а.к, определенные при ,р=35-10 Па и 1=7,5 А.
Градиенты потенциала в инертных газах в 3-5 раз ниже, чем в ртути, при тех же условиях разряда из-за малой величины эффективного сечения атомов инертного газа (см. § 2.4). Поэтому при одинаковых размерах, мощностях и условиях разряда сила тока газоразрядных ламп ВД должна быть в 3- 5 раз выше, чем в ртутных разрядах, что затрудняет конструирование электродов и вводов.
Разряд в ксеноне имеет наибольший градиент потенциала и наименьшее анодно-катодное падение потенциала и поэтому наиболее выгоден с точки зрения получения более высоких
КПД.
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