Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Кварцевая горелка с двумя основными электродами и поджигающим электродом помещена в колбу из тугоплавкого стекла, имеющую размеру и внешний вид, подобные ртутной лампе той же мощности. Сама кварцевая горелка содержит инертный газ для зажигания, некоторое количество ртути и один или более галоидных соединений металлов (обычно иодиды). В процессе работы вся ртуть испаряется и образуется стабилизированная стенками колбы дуга, горящая в газовой среде высокого давления, состоящей в основном из паров ртути при давлении в несколько атмосфер.
При достаточной температуре стенок иодиды также испаряются с последних и молекулы иодндов днффундируют в зону высокотемпературного дугового разряда, где они разлагаются. Атомы металла ионизируются, возбуждаются и создают присущие им спектральные линии излучения. Диффундируя за пределы разряда обратно к стенкам, атомы металлов соударяются с ато. мами иода в более холодном газе около стенок и вновь воссоединяются, образуя молекулы иодида. Парциальное давление паров металла на осн разряда сравнимо с парциальным давлением иодида металла у стенок колбы, которое имеет тот же порядок, что и давление паров иодида при температуре стенок, н составляет обычно 1О' — 10' Па (10--100 мм рт. ст.).
Так как среднее значение потенциала возбуждения обычно применяемых металлов составляет около 4 В, а для паров ртути оно составляет 7,8 В, то полная мощность, излучаемая в спектре с добавкой металла, может значительно превышать мощность спектра ртути, хотя давление ртути в сотни раз превышает давление металла. 201 Это мо)ино показать путем сравнения излучений, по- Лученных вычнслением'-": — е$ ня)аг 3 Р ~) асс1ип й 1)Г (8-1) ) м)к рпк ! )"' е"=2,2.10* Рм, ) где Г =4 В; Т=4400 К. Следовательно, выходящий спектр типичной металло- галогенной ртутнои лампы состоит, в основном, из спект- ра металла добавки с наложенным на него спектром ртути, в то время как спектр ртутных ламп, очевидно, состоит только из спектральных линий ртути. Как показано на рис.
8-1, 8-2, спектр ртути в видимой области не содержит линий излучения с длиной волны, превышающей 579 нм, т, е. в нем отсутствует излучение в красной области. Этот недостаток в первую очередь проявляется в скверном внешнем виде людей и в несколько причудливом изменении цвета 1например, от каштанового в )поколадный) автомобилей, освещаемых ртутными лампами. Люминофоры, наносимые на наружную колбу ртутных ламп, в первую очсредь предназначены для устранения этого недостатка 1лампы ДРЛ).
Наоборот, спектр большинства металлов, которые могут быть использованы в лампах с иодидами металлов, содержит значительную часть энергии в красной части мО Рас. 8-2. Фотография спектров ламп, содержащих ртуть с добавкой иодида торна и ртуть с добавкой полипов скандия и натрия. В лампе с иодадом тория наблюдается примесь натрия, в то время как в обеих лампах видны следы литая. Эти примеси обусловлены их присутствием в кварпе.
Во всех спектрах видны линни ртути 404,7; 435,8; 545,1; 577,0; 579,0 нм Рис. 8-1. Фотография спектров (сверху вниз) ламп, содержащих ртуть и добавку иодида индия, иодида таллия, аоднда натрия и иодида лития. В камсдом спектре нижняя полоска экспоиарована вдвое дольше, пем вышележащая, поэтому высота каждой линии является мерой ее интенсивности.
202 спектра, а некоторые из них дают излу)епис во всей видимой части спектра. В соответствии с этим лампы с иодпым циклом могут иметь значительно лучшую цветопередачу, чем ртутные лампы. Вторым неожиданным их достовнством является значительно более высокая световая отдача. Напомним, что в гл. 6 указывалось, что только около 23о)о всего излучения ртутной дуги приходится на видимую часть спектра; в то же время больше 50о)о полной энергии излучения некоторых добавок иодидоп может лежать в видимой части спектра. Следовательно, в металлогалогепных лампах сравнительно малоэффективный спектр ртути может быть с успехом заменсн другим более эффективным спектром металла.
Действительно, если световая отдача ртутной лампы составляет 55 лм)Вт, то световая отдача такой же металлогалогенной лампы доходит до 100 лм7Вт и более. 203 МХа М+ лХ, (8-2) р р",(р„=-К„(Т), упругость пара прп 1ООО к Металл 1О* Па ма р1. ст. Стронций Теллур Магний Цинк К ихний Цезий 1,3 5,2 !3,0 130, 0 400 1300 1,0 1О 100 300 1000 б) Необходимые условия для услешного применения добавок галогенида Первым условием, которое должно быть удовлетворено любой добавкой, вводимой в ртутную дуговую лампу высокого давления, является упругость паров.
В табл. 8-1 приведен перечень металлов, давление паров которых выше 130 Па (1 мм рт. ст.) при !000 К, приемлемой рабочей температуре холодной зоны кварцевой дуговой лампы с накальными катодами. Таблица 3-1 Упругости паров ври 1000К Из этих металлов стронций, магний и цезий должны быть исключены, так как они активно взаимодейсгвуют с кварцем при температуре, необходимой для их испарения. Таким образом, остаются только цинк, кадмий и теллур, которые могут быть использованы в виде чистых металлов.
Кадмий применялся в качестве добавки к ртутным лампам для усиления красного излучения, однако, это значительно снижало световую отдачу, так как линии видимого спектра кадмия располагаются в основном в синей части спектра, к которой глаз не очеяь чувствителен. Галогенные соединения имеют два существенных свойства: они почти все имеют упругость паров выше 1,3 10' Па (1 мм рт.
ст.) при 1000 К и, за исключением фторидов, почти ни одно из пих активно не взаимодействует с кварцем. Следовательно, применение в качестве добавок галогенпых соединений металлов позволяет использовать почти любой из металлов периодической системы в качестве добавки к ртутной дуге, вместо трех илн четырех допустимых чистых металлов. Кроме требований, предъявляемых в отношении упругости паров и неактивности к кварцу при рабочих тем- 204 пературах, соединение добавки должно удовлетворять еще двум требованиям: оно не должно разлагаться при температуре колбы и должно разлагаться при температуре, соответствуюгцей излучающей свет части дугового столба. Для исследования обоих этих положений можно использовать понятие локального термического равновссия.
Исходя из реакции можно написать химический закон действия масс постоянная равновесия Кр(Т) равна Крехр( — Ага!ЙТ), где ЛРΠ†' изменение свободной энергии реакции и КО в постоянная, которая зависит от нормальных состояний веществ, участвующих в реакции. Если дуга находится при достаточно высоком давлении, так что диффузия химических веществ невелика по сравнению со скоростью реакции, то (8-2) представляет собой зависимость между давлениями молекул металла, галогена и галогенного соединения в любом локальном элементе объема при температуре Т.
Постоянная равновесия Кр(Т) представляет собой резко возрастающую функцию температуры. Условие устойчивости соединения у стенок колбы (где упругость паров соединения добавки рмх меньше или равна упругости паров р„, добавки при температуре стенки) заключается в том, что упругость паров металла рм, заданная (8-2), должна быть нигке упругости паров металла" при температуре стенок. При этом любой металл не может конденсироваться на стенках колбы из газовой фазы, Математически это может быть представлено: (Т))л Р (Т) (8-3) Р"х Так как упругость паров некоторых металлов при температуре колбы может быть очень низкой, порядка 10-" Па (1О-ОО атм), то ясно, что необходимы очень низкие значения Кр(Т,): Более того, очевидно, что удовлетворению уравнения (8-3) способствует повышение упругости реагента Х, которым обычно является галогенид.
205 207 К т ому жс, однако, желательно чтобы при температурах выше 2500 К постоянная Кг(Т) имела большое значенис с тем, чтобы в излучающем свет дуговом столба рм было велико. Вообще, иодиды разных металлов наилучшим образом удовлетворяют этим двум критериям стабильности. Хотя хлориды и бромпды устойчивы при температуре колбы, они чрезмерно устойчивы и при более высоких температурах. Для большинства подидов условие устойчивости у стенок колбы может быть обсспечено путем регулирования избыточной упругости иода. В случае применения галогенида в качестве добавки должно быть удовлетворено еще одно условие. Уп г па ов галогсн не. пругость р нного соединения при комнатной температуре должна быт ур .
быть низкой. Все галогенпые соединения электроотрицательны и захватывают свободные электроны с образованием отрицательных ионов. Их присутствие в газе в момент зажигания (когда лампа холодна) может сушествснно препятствовать образованию лавины Таунсенда (необходимой для быстрого повышсния о и иониц ) путом захвата свободных элсктронов по мере их образования при соударениях электронов с атомам .
Т . и. ак быть око сны р дательные ионы значительно тяжеле желее и не могут ~ть ускорены до энергий, достаточных для ионизации лампы, то каж ый при напряженностях поля, характерных для зажигания ы, то каждый захваченный таким образом электро оказывается потерянным с точки зрения повышения стетрон пени ионизации. П ис рисутствие небольших количеств гало- значит гснидов в парообразной фазе во время зажнг ганна лампы тельно повышает напряжение зажигания. Во избежание этих затруднений используются только соединения с низкой упругостью паров при комнатной темпсратурс.
З-2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫХ ЛАМП а) Разнообразие добавок К сч астью, ограничения, наложенные на различных со единений в качестве добавок, могут б е на применение с успехом ов о, могут ыть всех мета . уд влетворены использованием иодпдов в почти ння» изг ллов периодической систсмы.
Фирм С, отовила экспериментальпыс лампы 59 . а е ильвас различ- ными металлами, которые излучали сп добавки; б ~ ли спектры металлов ; были исключены только бериллий, селен всле дствис высокой токсичности их па ов. Б лий, мышьяк и изготовлены лампы, б их паров. ыли 2бб с добавками платино-палладиевь х б групп и исследованы спектры их элементов, однакб нсстабильность их галогениых соединений обусловливала образование очень неустойчивых спектров и значительных осаждений металла на стоиках колбы. Мель, серебро и золото неудовлетворительно работают с иодидами вследствие неустойчивости этих соединений при необходимой температуре колбы, Кальций, стронций и барий также неэффективны вследствие низкой упругости паров всех галогенидов, что характсрно также н для некоторых редкоземельных металлов"'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
