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 |
|