Принцип дії та галогени, які використовують для очистки колби від вольфраму

Принцип дії даного типу ламп ґрунтується, в цілому, на використанні йодно-вольфрамового циклу. Електричний струм, проходячи крізь тіло розжарення розігріває його до високої температури, внаслідок чого воно починає світитись. Але внаслідок високої робочої температури (2700 К) атоми вольфраму постійно випаровуються з поверхні тіла розжарення та осаджуються (конденсуються) на менш гарячих ділянках колби (тим самим зменшуючи час життя лампи). Проте коли в працюючій лампі знаходяться пари йоду і температура колби Т_к задовольняє рівності 250 °С < Т_к < 1200 °С, то ці пари йоду вступаючи в хімічне взаємодію з вольфрамом, який осідає на колбі та поблизу неї, утворюють йодистий вольфрам WJ₂ (що також перешкоджає осадженню вольфраму на стінках колби), який випаровується та, потрапляючи в область тіла розжарення, розкладається на йод та вольфрам, якщо температура в цій області вище 1400 °С. Атоми вольфраму вивільняються таким чином або на самій спіралі, або поблизу неї, внаслідок чого вольфрам повертається на тіло розжарення, що дозволяє підвищити робочу температуру лампи (для отримання більш яскравішого світла) та продовжити строк придатності лампи. Пари йоду повертаються до колби лампи, знову утворюючи WJ₂ та знову починається новий цикли переносу вольфраму з колби лампи.

Умови, які необхідні для виконання йодно-вольфрамового циклу

Для тривалого часу протікання йодно-вольфрамового циклу, необхідно щоб в лампі зберігались наступні умови:

1. температура внутрішньої поверхні колби лампи 500-600 °С є найбільш прийнятною для випаровування йодистого вольфраму. Температура довільної ділянки цієї поверхні Т_к повинна задовольняти нерівність 250 °С < Т_к < 1200 °С. На ділянка Т_к < 250 °С буде осідати йодистий вольфрам, а на ділянках Т_к > 1200 °С – чистий вольфрам.

2. температура тіла розжарення Т_т.р. ≥ 1600 °С забезпечує повну дисоціацію WJ₂;

3. кількість йоду не повинна зменшуватись на протязі всього терміну придатності лампи. В лампі не повинно бути деталей виготовлених з нікелю, молібдену та гетрів, які поглинають йод. Збільшення кількості йоду для його компенсації призводить до зростання поглинання випромінювання ділянками спектру 500-520 нм та зниженню світловіддачі лампи. Вольфрам випаровується тим швидше, чим вища температура ділянки тіла розжарення; оскільки температура дефектних ділянок вища, то випаровування з цих ділянок відбувається інтенсивніше, ніж з бездефектних.

Повертаючись на тіло розжарення, вольфрам осідає на більш холодних його ділянках, утворюючи нарости. Таким чином, йодно-вольфрамовий цикл не компенсує підсилене випаровування вольфраму з дефектних ділянок і не збільшує цим строк придатності лампи.

Окрім йоду для очистки колби від вольфраму, що на ній осідає використовують інші галогени – бром, хлор, фтор. Для циклів з цими галогенами температура колби лампи не повинна бути нижча за 180 °С – у випадку брому, 120 °С –хлору та 80 °С – фтору.

Варто відзначити, що чисті галогени хімічно активні і різко скорочують строки служби технічного обладнання, важко дозуються, і в цілому їх використання є небажаним. Тому постійно ведуться пошуки менш активних з’єднань галогенів. Відомо, що для галогенно-вольфрамового циклу використовують бромистий метилен CH₃Br бромистий метил CH₂Br₂, чиї пари менш хімічно активні, ніж пари чистого йоду та брому. При 1500 °С з цих з’єднань вивільняється чистий бром, в зв’язку з чим цей чистий бром майже не стикається з більш холодними частками тіла розжарення. Проте є свої

недоліки у використанні цих з’єднань. Вони розкладаються в лампі розжарення (яка працює) на вуглець, галогеноводень та вільний водень. Оскільки в лампі завжди присутній кисень, тому активність галогенного циклу підвищується. При правильному дозуванні кисню можна зменшити кількість галогену в лампі, зменшуючи тим самим його шкідливу дію. Проте, неправильне дозування галогенвуглеводню та кисню може призвести до появи в лампі молекул води, які викликають швидке руйнування тіла розжарення (водний цикл).