4. Газоразрядные источники света

4.1. Общие свойства газоразрядных источников света

Газоразрядные источники света – приборы, в которых оптическое излучение обеспечивается электрическим разрядом в газе, парах либо их смесях.

Достоинства

1. Высокая светоотдача (чаще всего 60 … 90 лм/Вт, отдельные варианты ламп – до 100 лм/Вт и более). Для сравнения у ламп накаливания   10…15 лм/Вт.

2. Большой срок службы (до 10 000 ... 15 000 ч). Для сравнения у ламп накаливания   1000 … 1500 ч. Лампы безэлектродного питания – до 60 000 час.

3. Большой диапазон спектральных характеристик, включающих область ультрафиолетового излучения.

4. Малая инерционность излучения.

Недостатки

1. Высокая стоимость ввиду сложной технологии изготовления и высокой стоимости используемых материалов, включающих высокоактивные и высокотоксичные (Hg, Na, Tl и т.д.). С этим связаны и сложные проблемы утилизации отработанных изделий.

2. Сложные схемы коммутации. Приходится разрабатывать специальную пускорегулировочную аппаратуру (ПРА).

3. Большое время разгорания для многих типов газосветных ламп.

4. Пульсация излучения при питании от источника переменного тока (возможен стробоскопический эффект).

5. Радиопомехи при работе газоразрядных источников света, генераторов ВЧ и СВЧ питания ламп.

6. Зависимость характеристик горения и напряжения зажигания от температуры окружающей среды.

Несмотря на наличие недостатков, отмечается неуклонный процесс все более широкого применения газоразрядных источников света и вытеснения ими ламп накаливания из многих областей применения.

Регулярно в Ганновере проводится выставка последних достижений в области световых приборов. Традиционно в этой выставке участвует порядка 450 фирм, специализирующихся по тематике производства и разработок световых приборов и установок с их использованием. Отмечается как преимущественное направление по производству, совершенствованию эксплуатационных устройств и разработке новых типов газоразрядных источников света. О тенденции неуклонного возрастания числа газоразрядных световых приборов свидетельствуют и результаты статистических исследований производства и использования светотехнических изделий. Наблюдается широкое внедрение компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Эти приборы по габаритам аналогичны ЛН, но имеют повышенную светоотдачу (50…65 лм/Вт – с учетом ПРА), большой срок службы (8000 … 10 000 ч), выдерживают большое число включений (до 500 000).

В журнале «Светотехника» в 1991 году по данным западно-европейских источников была представлена количественная оценка экономической эффективности таких ламп. Анализ, выполненный в пересчете на 1000 штук, при среднесуточной работе по 1,5 часа при эксплуатации в течение 1 года дал следующие результаты:

КЛЛ с ПРА ЛН

Потребляемая мощность, Вт 23 100

Световой поток, лм 1500 1300

Срок службы, ч 8000 1000

Цена, марки 43 2,2

Тариф эл. энергии, марки/кВт 0,28

Расход эл. энергии, кВт·ч 12592,5 54750

Стоимость эл. энергии, марки 3525,9 15330

Замена ламп, марки 2942,8 1204,5

Услуги по замене, марки 383 3066

Итого, марки* 6851,7 19602,5

Примечание. В период, когда создавалась данная таблица, курс немецкой марки составлял 1,8 DM за 1 $.

Области применения газоразрядных источников света

1. Освещение жилых и производственных помещений.

2. Освещение площадей, улиц, автомагистралей, железнодорожных вокзалов, товарных станций, аэропортов и т.д.

3. Сигнальные огни взлетно-посадочных полос, проблесковые огни летательных аппаратов, судов и т.д.

4. Освещение в теле- и киностудиях, кинопроекционная аппаратура.

5. Фотовспышки.

6. Световая реклама.

7. Световые индикаторы.

8. Оптическая накачка твердотельных лазеров.

9. Источники эталонного излучения.

10. Стробоскопические устройства.

11. Биологические и медицинские установки лечения, профилактики, обеззараживания и диагностики.

12. Светокопировальные установки (ксероксы, сканеры и т.д.).

13. Установки фотолитографии в микроэлектронике.

14. Технологические операции по полимеризации, фотохимические операции.

При оценке областей применения обычно имеют в виду видимую часть оптического диапазона (λ = 380…780 нм). Однако заметная доля излучения ряда газоразрядных источников приходится на ультрафиолетовую и инфракрасную области. В первую очередь, имеется в виду ближний ультрафиолет.

По видам биологического воздействия область ближнего ультрафиолета дополнительно разделяется на 3 части.

Область А (λ = 315…380 нм) – загар, тонизирующее действие.

Область В (λ = 280…315 нм) – эритемное воздействие (покраснение кожи, обеззараживание ран).

Область С (λ = 200…280 нм) – бактерицидное действие.

При большой интенсивности ультрафиолетового излучения образуется озон, присутствие которого в воздухе оказывает губительное воздействие на живые организмы.

Как уже отмечалось, при λ < 200 нм атмосферный воздух заметно поглощает излучение. Из-за этого беспрепятственное распространение излучения с λ < 200 нм возможно лишь в вакууме (область вакуумного ультрафиолета). В некоторых случаях за область вакуумного ультрафиолета принимают излучение с длиной волны менее 100 нм. Световые потоки вакуумного ультрафиолета могут применяться для обеззараживания водопроводных потоков (вместо хлорирования), для обеззараживания сточных вод и т.д.