Ртутные дуговые лампы

Они известны уже более 70 лет. Эти источники света излучают в широком оптическом диапазоне, включающем УФ, видимое и ИК-излучение. Излучение генерирует светящийся дуговой разряд, возникающий при прохождении тока в газовой среде, заполненной парами ртути или парами ртути в смеси с другими веществами и инертными газами, а также плазмой. Носителями тока в газовом разряде являются электроны и катионы, возникающие при соударении электронов с атомами, движущимися в электрическом поле межэлектродного пространства. В результате таких соударений активация атомов газовой среды, то есть перевод части атомов в возбужденное состояние при котором внешние (валентные) электроны переходят на более энергоемкие электронные орбитали. Время жизни возбужденных атомов очень небольшое, поэтому они очень быстро возвращаются в основное состояние, излучая избыточную энергию в виде квантов света, то есть имеет место люминесценция. При этом происходит превращение электрической энергии в световую.

Так как величина энергии электронных переходов строго детерминирована (квантована) и определяется природой атомов, то и излучение энергии возбужденными атомами происходит в определенном энергетическом диапазоне - спектре. Характер спектра излучения может быть различным: полосатым (линейчатым) или сплошным (непрерывным). Каждой линии в спектре соответствует электронный переход, а при очень большом их количестве все линии сливаются в континуум, образуя непрерывный спектр. Интенсивность полос в спектре зависит от вероятности осуществления тех или иных переходов. Для возбужденных атомов ртути характерным является линейчатый спектр. При этом две линии, соответствующие длинам волн 185 и 253,7 нм, являются наиболее интенсивными. Они называются резонансными линиями излучения и соответствуют переходам из нижних возбужденных состояний в основное невозбужденное состояние. Кроме них в спектре ртутного дугового разряда имеется ряд линий, которые при высоком давлении паров ртути расширяются и могут сливаться в непрерывный спектр.

Для возникновения ртутного разряда к электродам прикладывают электрическое напряжение, величина которого зависит от конструкционных характеристик лампы (материала электродов, расстояния между ними, диаметра лампы), природы и давления газового заполнения и прочих факторов. После подачи напряжения на электроды в лампах высокого давления происходят последовательно следующие процессы:

• пробой газоразрядного промежутка;

• нагрев электродов;

• разгорание дугового разряда и увеличение давления ртутных паров;

• установление стационарного режима работы.

Движение заряженных частиц в электрическом поле имеет направленный характер. Скорость движения частиц различна, зависит от их природы(электроны, ионы, атомы) и может быть охарактеризована соответствующей температурой. Для облегчения зажигания ламп иногда устанавливают специальные зажигающие электроды, которые, впрочем, снижают механическую прочность ламп и удорожают их стоимость. Время, в течение которого лампа полностью разгорается и выходит на стационарный р ежим работы, составляет 5 – 15 минут, что показано на рис. 1.

В зависимости от величины давления паров различают три типа ртутно-дуговых ламп:

• низкого давления (давление паров ртути 0,01 до 1 мм рт. ст. или от 1,33 до 133 Па)

• среднего давления (от 1 до 3атм. или до 3х10⁵ Па)

• высокого давления (до нескольких десятков атм. Или от 3х15⁵ до 10⁷ Па)

Встречается также следующая классификация: лампы низкого давления, высокого и сверхвысокого давления. Каждый тип ртутных ламп имеет характерный спектр излучения: лампы низкого давления излучают линейчатый спектр, большая часть энергии которого излучается в области резонансных полос; лампы среднего и особенно высокого давления наряду с линейчатым содержат непрерывный спектр, который расширяется и смещается с увеличением давления паров ртути в видимую область (см. таблицу).

Распределение энергии в спектрах излучения ртутных дуговых ламп
Длина волны, нм	Наименование диапазона	Относительная энергия излучения (%) для:
		низкого давления		среднего давления		высокого давления
		полосы	диапазона	полосы	диапазона	полосы	диапазона
185	УФ-С	6.71	-	-	-	-
230		-	83.07	0.83	16.42	-	4.35
236		-		0.66		-
238		-		0.52		-
240		-		0.63		-
248		0.05		1.42		4.35
275		0.04		0.57		-
280	УФ-В	0.05	2.80	1.97	21.5	-	26.67
289		0.11		0.86		1.46
297		0.32		2.52		3.90
313		2.07		10.78		10.55
334	УФ-А	0.12	1.78	1.42	19.39	3.08	21.18
365		1.66		17.97		15.50
373		-		-		2.60
405	Видимый свет	2.24	12.36	6.28	42.65	9.96	47.80
408		0.12		0.95		-
436		5.80		11.5		11.38
605		-		-		1.13