4.11. Металлогалогенные лампы

Принцип действия основан на том, что галогениды многих металлов (соединения с J, Br, F) испаряются легче, чем сами металлы. Газовый состав рабочего объема лампы содержит, помимо ртути и аргона, галогениды различных металлов. После зажигания и тепловой стабилизации разряда галогениды металлов переходят в газообразное состояние. Попадая в центральную область разрядного промежутка, где температура газового столба составляет несколько тысяч градусов кельвина, молекулы галогенидов диссоциируют на металлы и галогены. Атомы металла возбуждаются и высвечивают излучение на длинах волн, соответствующих энергетическим переходам в данном металле. В результате формируется спектр излучения, определяемый линиями излучения ртути и металла.

Атомы металла диффундируют за пределы газового разряда, вновь соединяются с галогенами. Образующиеся галогениды металла ненадолго оседают на стенках колбы и вновь испаряются в объем лампы. Таким образом обеспечивается непрерывный цикл движения атомов металла.

Благодаря использованию галогенов вместо чистых металлов появляется возможность ввести в разряд атомы металлов с высокой температурой испарения: таллий, индий, селен, диспрозий, олово и т.д. Кроме того, могут использоваться металлы щелочной группы: натрий, литий, цезий и высокоактивные металлы: кадмий, цинк и т.д. В чистом виде многие из этих металлов энергично разрушают поверхность кварцевого стекла.

Н есмотря на малую долю этих металлов по сравнению с ртутью, вклад их излучения в спектр газоразрядной лампы может быть определяющим, что обусловлено низким потенциалом возбуждения.

Ртуть в газообразном состоянии играет роль буфера, обеспечивая высокую электронную температуру, высокий градиент потенциала и малые тепловые потери.

К наиболее распространенным металлам, используемым в галогенных лампах, относятся: натрий (линии излучения 589 и 589,6 нм), таллий (535 нм), индий (435 и 410 нм). Галогениды олова и ряда других металлов дают почти сплошной спектр.

При использовании натрия следует учитывать его большую скорость диффузии сквозь кварцевое стекло. Поэтому галогенид натрия следует вводить в объем лампы с некоторым запасом.

Наиболее распространенным вариантом конструкции металлогалогенных ламп является вариант, внешне напоминающий ДРЛ (рис. 4.38.). Как и в случае ДРЛ, в металлогалогенной лампе рабочий газ находится в кварцевой горелке трубчатой формы. Горелка помещается в защитную оболочку из высокопрочного стекла без люминофора, заполненную азотом. Горелка выполняется обычно с четырьмя выводами, но возможны варианты горелки с одним поджигающим электродом и варианты конструкции без поджигающего электрода.

Типичное обозначение металлогалогенной лампы: ДРИ 400-2 (дуговая ртутная лампа с излучающими добавками, потребляемая мощность 400 Вт, 2 – номер разработки).

Встречаются и другие варианты обозначения таких ламп, например ДМ3-3000 (дуговая металлогалогенная, с трехфазным питанием, мощностью 3000 Вт). Схема питания ДМ3-3000 показана на рис. 4.39. Благодаря применению трехфазного питания коэффициент пульсации составляет 10 %.

Разработаны также металлогалогенные лампы шаровой конструкции без защитной оболочки (рис. 4.40). Типичное обозначение таких ламп: ДРИШ 4000.

М еталлогалогенные лампы обладают высокой светоотдачей – примерно 80 лм/Вт (теоретически - до 100…120 лм/Вт) и высоким качеством цветопередачи. Цветовая температура таких ламп находится в пределах 5000…6000 К, координаты цветности: x ≈ y ≈ 0,32 ± 0,01. Срок службы небольшой – сотни часов. Коэффициент пульсаций 100 %.

Металлогалогенные лампы используются как высокоинтенсивные источники излучения с высокой цветопередачей в кино- и телевизионных студиях, а также для освещения выставок. Интенсивные линии излучения в области ближнего ультрафиолета позволяют использовать эти лампы в теплицах для обеспечения фотосинтеза растений:

CO₂ + H₂O + hν → (CH₂O) + O₂.