Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 42

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 42)

Принцип Франка — Кондона об электронных переходах молекул устанавливает: поскольку электронное возбуждение илн переходы, связанные с излучением, происходят в течение столь короткого времени по сравнению с периодом колебания ятома в молекуле, что они могут рассматриваться как происходящие мгновенно, изменения энергии в процессе перехода соответствуют мгновенному значению межатомного расстояния в той фазе колебания молекулы, при которой происходит переход. На рис. 8-!2 ясно видно, что разность энергий между Т' и Т при экстремальном значении межатомного расстояния значительно больше, чем при других значениях его, вслсдствие весьма крутого наклона кривой зависимости энергии от расстояния в состоянии Т.

Для всей совокупности излучающих молекул будут иметь место все межатомные расстояния между г'1 и г'м и потому здесь будет иметься широкий диапазон энергии фотонов при излучении, сопровождающемся процессом диссоциации, Таким образом, в выходящем излучении будут присутствовать в некоторых пределах все частоты и, следовательно, все длины волн. В случае водорода это непрерывное излучение простирается от значения меньше 150 нм до почти 500 нм.

Насколько извсстно автору, до сего времени еще убедительно пе доказано, что радиационная диссоциация 1п1, Сга1 и Т!1 обусловливает непрерывный спектр излучения в этой системе. Однако атомы индия, галлия, таллия и иода имеют непарные электронные спины и подчиняются законам перехода синглета в триплст при образовании молекул 1п1, Ся! и Т11, поэтому автору кажется, что в настоящее время это вполне обоснованное допущение. В любом случае, как показывает рис.

8-3, непрерывный спектр индия и таллия в значительной мере улучшает световую отдачу и цветопередачу ламп с иодидами индия, таллия и натрия. Лампы, содержащие галогениды олова БпС!я, БпВгл Яп1я или их смеси, также обнаруживают интенсивные непрерывныс спектры !Л, 8-13, 8-!4]. В случае применения сочетания ЯпС!я — 5п1м Спрингер и Колдуэлл приписывают наличие непрерывного спектра расширенной в дуге за счет давления молекулярной полосе излучения молекул ВпС! !'Л. 8-!41. Так как непрерывный спектр достаточно широк и простирается от ближнего ультрафиолета до дальнего красного, то цветопередача таких ламп хороша, однако их световая отдача составляет всего около 60 л м ! Вт. г) Функции ртути в металлогалогенных лампах Во всех метяллогалогенных лампах, рассмотренных в гл. 8, содержалась ртуть. Так как эта последняя не обязательна для осуществления иодного цикла за исключением того, что оня служит для поддержания избытка иода в прозрачном виде, то следует задать вопрос, зачем она присутствует в лампе.

Ртуть в смеси выполняет ряд дополнительных функций, которые исключительно полезны, так что сочетание всех их дает основание считать, что большинство практически выпускаемых осветительных ламп вероятно будут содержать ртуть в большом избытке. Во-первых, эффективная работа металлогалогснных ламп со сравнительно высоким давлением паров металла требует высокого общего давления наполнения во избежание .быстрой диффузии диссоциированного металла н атомов иода из центрального участка дуги к стснкам колбы.

Бели бы диссоциация происходила преимущественно в центральной части столба дуги н рекомбинация — у стенок, то потери энергии, вызванные процессом диссоцяапни, были бы очень высокими, в результате чего лампа оказалась бы неэффективной. Наполнение ртутью является подходящим способом для получения высокого рабочего давления при сохрапспнн низкого давления прп зажигании, что позволяет получить приемлемые напряжения зажигания. Во-вторых, если пары свободного 1, присутствуют в лампе при ее зажигании, то напряжения зажигания очень высоки, тяк как высокое сродство 1, к электронам нарушает образование лавины Таусенда и так как упругость паров 1з прн комнатной температуре сравнительно высока (50 Пя или 0,4 мм рт.

ст.). Избыток ртути обеспечивает прн этом наличие в режнмс зажигания только 15 — бэ 225 Нд12, 'хотя Нй!2 также является газом, обладающим высоким сродством к электронам, но упругость его паров значительно ниже (О,!3 Па при комнатной температуре) и поэтому вызывает только умеренное повышение напряжения зажигания ". Рис. 8-!3. Распределение температуры по горелке лампы мощностью 400 Вт, работающей а горизонтальном полонении, !-- прасгранстнс, занятое канкснсагои; 2— тенноотражаюгаее покрытие. 882 880 8м 825 ( 870 820 2 8.8. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ГОРЕЛКИ Основное внимание при расчете формы металлогалогенной лампы должно быть обращено на обеспечение достаточно высокой температуры для испарения добавки иодида металла.

Обычно для этого минимальные температуры в рабочем режиме должны быть приблизительно 725 — 750'С. Основной задачей является не допустить, чтобы концы горелки были чрезмерно холодными, особенно это относится к лампам, работающим в вертикальном положении. Это обеспечивается тщательным контролем конфигурации конца горелки н конструкции вводов !Л. 8-15] совместно с применением теплоизолирующего покрытия, уменьшающего инфракрасное излучение концов горелки. Обычным покрытием, которое может быть использовано для этой цели, является порошок ЕгОр.

Окись циркония имеет сравнительно хорошую отражательную способность н инфракрасной области и отражает инфракрасное излучение от электродов обратно в горелку, чем предотвращается его выход наружу и, как следствие, обеспечивается повышение температуры коннов. Неожиданной особенностью поведения иодидов металлов в такой дуговой лампе является то, что лампы всех фирм работают с кондснсатом избыточного иодида. Сравнительно легко показать, что при 725'С, например, упругость паров Ка1 составляет 60 Па (0,46 мм рт, ст.) и при этом в объеме стандартной лампы мощностью 400 Вт (виутренний диаметр горелки 20 мм и длина дуги 45 мм) могут находиться в парообразном состоянии всего 60 мкг Ка1.

Несмотря на это, эмпирически было установлено, что содержание Ка1 в паре, а слеловательно, натрия в дуге возрастет с увеличением массы иолида натрия в горелке в тысячу и более раз по сравнению с указанным выше. Большая часть добавки Ка1 присутствует в виде конденсата на стенках и прелставляется, что чем больше яоверхность пленки конденсата, тем больше количество Ка! в луге. В настоящее время неясно, обусловлено лк 226 это неизотермнческим характером колбы или же большой поверхностью конленсата, с которой 745 752 взаимодействуют горячие газы, циркулирующие в лампе вследствие конвекционных потоков.

Первая предпосылка повлекла бы за собой повышение упругости Ка1, если бы Ка1 «смачивал» поверхность кварца с образованием пленки, которая распространялась бы за точку минимальной температуры к более высоким температурам; степень этого распространения нозрастала бы с увеличением лобавкн иодида натрия. В соответствии с этой интерпретацией чем больше добавка иодида натрия, тем выше максимальная температура внутренней стенки, которой достигает конденсат, и поэтому тем выше упругость паров Ка!. Второе объяснение рассматривает упругость паров Ка1 в луге, зависящей скорее от динамических процессов, чем от процессов уравновешивания: конвекционные потоки несут газы, температура которых значительно выше, чем температура стенки за поверхностью пленки конденсата, испарившийся избыток Ка1 проходит через дугу прежде, чем он где-либо сконденсируется.

В любом случае желательно иметь, насколько это возможно, более обширную поверхность пленки конденсата для получения максимальной упругости паров Ка1 при заданном количестве добавки Ка!. В частности, желательно, чтобы конденсат располагался вдоль боковой стенки горелки, насколько это возможно, в виде тонкой пленки, занимающей максимально возможную поверхность, и не конденсировался на концах трубки, где могут быть трещины или «карманы», в которых на участках с малой поверхностью собирались бы сравнительно большие количества конденсата.

В соответствии с этим горелка должна быть рассчитана так, чтобы температуры на ее концах были несколько выше, чем в ее середине. На рис. 8-13 показаны значения температуры типичных ламп мощностью 400 Вт и места расположения конденсата. 18' 227 Излишне говорить, что температуры горелки могут быть повышены при заданной нагрузке на стенку путем понижения давления газа во внешней колбе и снижения таким образом конвекционного охлаждения горелки. Фирмы «Дженерал Электрик» и «Вестингауз» применяют вакуумные внешние колбы в своих лампах «Мультивэпор» и «БОК». Фирма «Спльвания» предпочитает для ламп «Металларк» использовать несколько меньшую горелку в наполненной газом внешней колбе для предотвращения возникновения разряда во внешней колбе в процессе срока службы лампы.

Существенным обстоятельством, которое должно учитываться прн разработке горелки, является тенденция иодидов в паровой фазе к расслоению в случае работы лампы в вертикальном положении. Два процесса могут вызывать расслоение. Первый закл1очается в простой конденсации менее летучих иодидов в нижней половине горелки, находящейся прн более низкой температуре, что может повлечь за собой обеднение верхнего конца длинной вертикальной горелки нодидами, имеющими меньшую летучесть. Вторым процессом является термодиффузия, при которой более легкие добавки стремятся собраться у более горячего верхнего конца вертикальной горелки.

В случае иодида тория оба эти фактора действуют совместно, так как торий тяжелее ртути и в результате термодиффузии стремится опуститься вниз. Иодид торна имеет умеренную упругость паров и стремится конденсироваться у нижнего конца. В случае иодпдов скандия и натрия оба процесса отчасти взаимно компеясируются; хотя конденсат и находится у нижнего конца вертикальной горелки, однако так как атомы скандия и натрия легче атомов ртути, термодиффузия будет вызывать их концентрацию у верхнего более горячего конца. Только ноднд таллня почти не подвержен эффекту расслоения. Атомная масса таллия почти равна атомной массе ртути, и упругость паров таллия высока, так что вся добавка нодида таллия стремится быть в паровой фазе.

Практический вывод из этих явлений заклю1астся в том, что у горелок отношение длины к диаметру ис должно превышать (4«5):!. В этих условиях лампа может работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях без осложнений, вызванных расслоением добавок. Эти геометрические ограничения соблюда- 28 ются в лампах с внс1ппей колбой, выпускаемых всеми фирмами. Фирма «Сильвания» изготовляет также серию трубчатых металлогалогениых ламп без внешней колбы !Л. 8-16, 8-171, у которых отношение длины к диаметру достигает значения 20:! н более с добавками, да1ощими близкое ультрафиолетовое и синее излучения.

Характеристики

Список файлов книги