Nátriumlámpák: a megszelídített kémiai elem dominanciája

A cikk a nagynyomású nátriumlámpák kialakítását és alkalmazását tárgyalja.

Ma nehéz a csillagászok. Nem számít, hol az égbolton a távcsövek irányulnak, a nátrium- és a higanyvonalak mindig jelen vannak a csillagok spektrumának fényképein. Az ilyen spektrumok egyáltalán nem bizonyítják, hogy a csillagok gazdagok ezekben a kémiai elemekben. Ennek oka tisztán földi: a városok és autópályák külső megvilágítása nagy intenzitású kisülőlámpák segítségével olyan erős légkör megvilágítást hoz létre, hogy az érzékeny csillagászati ​​műszerek megragadják az ember alkotta „csillagok” fényét.

Manapság a legnagyobb hozzájárulás az utcai világításhoz és a csillagászati ​​megfigyelések fő akadálya nagynyomású nátriumlámpák. Róluk, és tárgyalni fogjuk ebben az anyagban.

Először is, miért pontosan a magas nyomás? A tény az, hogy az alacsony higanynyomású kisülőlámpa lámpák a háború előtti időszakban jelentkeztek. A fénycsövek gyorsan elterjedtek. De a nátrium alacsony parciális nyomása miatt alacsony hőmérsékleten hosszú ideig nem sikerült a nátriumgőz kisülése.

Számos technológiai trükk után megkülönböztetik az alacsony nyomáson működő nátriumlámpákat. De a komplex kialakítás miatt nem használták őket széles körben. Szerencsésebb sors nagynyomású nátriumlámpák (NLVD). A kvarcüveg héjában lámpák létrehozására irányuló kezdeti kísérletek kudarcba fulladtak. Magas hőmérsékleten a nátrium kémiai aktivitása növekszik. Az atomok mobilitása (diffúzió) szintén növekszik. Ezért a kvarcégőben a nátrium gyorsan behatolt a kvarcon, megsemmisítve az égőhéjat.

A helyzetet akkor mérik meg, amikor a 60-as évek elején a General Electric szabadalmaztatott egy új kerámia anyagot, amely magas hőmérsékleten képes nátriumgőzben működni. „Lukalos” márkanévvel kapott. Ez a kerámia néven ismert "Polycor". A kerámiákat alumínium-oxid por magas hőmérsékleten történő szinterelésével készítik.

Az alumínium-oxid több mint 10 módosítással rendelkezik a kristályrácsban, az oxidációs reakció körülményeitől függően. Világítási célokra csak egy módosítás alkalmas - az oxid alfa-formája, amelynek atomjai a kristályban a legsűrűbbek. A szinterezési folyamat, vagy inkább a kerámiák „növekedése” nagyon hangulatos. Valójában a nátriumgőzökkel szembeni kémiai ellenálláson túl a kerámiának is nagy átlátszósággal kell rendelkeznie. Mi értelme van egy lámpa elkészítésének, ha a fény nagy része elveszik a kisülési cső (égő) falában?

A nátriumlámpák kerámia égője a fő megkülönböztető tulajdonság a többi gázkisüléses fényforrástól. Az 1000 foknál magasabb hőmérsékleten működő kerámia több tízezer órán át képes nátriumot visszatartani. Ez azonban nem azt jelenti, hogy a nátrium egyáltalán nem képes behatolni a külső lombik térfogatába.

A sűrű kristályrács ténylegesen akadályozza az atomok diffúzióját a kerámián keresztül. Az alumínium-oxid kristályos tömbjeit azonban amorf, üvegszerű interfázisú kerámiák „kötik” egymással. Olyan adalékanyagokból áll, amelyek korlátozzák a polikorristályok növekedését, és olyan szennyeződésekből, amelyek elkerülhetetlenek minden anyagban.A kristályok határain keresztüli permeabilitás sokkal nagyobb, mint egy kristályrácson keresztül. Ezért a nátriumlámpák élettartamát pontosan az határozza meg, hogy a kristályok anyagából a nátrium veszteség következik be.

A nátriumlámpákhoz és alumínium-oxid monokristályokhoz - „monocor”, más néven zafírként - kerül sor.Az ilyen anyagból készült kisülési csövek nagyon magas áteresztőképességgel, nagy ellenálló képességgel bírnak a nátrium diffúzióval szemben, de az anizotropikus (különböző irányú) mechanikai tulajdonságok megnehezítik az égők magas hőmérsékleten történő lezárását. Ezen felül észrevehetően drágábbak, mint a polikristályos égők.

A nátriumlámpa-égőnek csak két elektródja van, amelyeken emissziós bevonatot alkalmaznak, hogy megkönnyítsék a lámpa kezdeti gyulladását. Inert gázt (általában kb. 20 mm Hg nyomáson xenont) és higany amalgámot (ötvözet) nátriummal adagolunk az égőbe szigorúan rögzített összetételű és méretű golyó formájában.

A lámpa élettartama közvetlenül kapcsolódik az égő élettartamához. Ezt viszont a nátriumkészlet és az elektródok emissziós összetétele határozza meg. Az idő múlásával a nátrium kiszivárog a kerámián, ami az égő feszültségének növekedéséhez vezet, melynek következtében a lámpa azonnal kialszik, mihelyt az üzemmódba lép.

Hűtés után a lámpa újra villog, hogy ismét kialudjon. A gyakori működés (rövid be- és kikapcsolási ciklus) az emitter gyorsított fogyasztásához vezet - kibocsátási összetétel az elektródokon és a lámpa meghibásodik.

Az égőt egy külső tűzálló üvegből készült lombikba kell felszerelni a kereszteződésen (támaszokon). Az evakuálás és a szétbontás után az alapot a lombikhoz rögzítik (általában E27 vagy E40). A külső lombik térfogatát kiürítik. Nagyobb vákuum elérése érdekében ezenkívül egy getter kompozíciót - gettert - permeteznek bele.

Az égők vákuumszigetelésére van szükség az égő szerkezetének tűzálló fémeinek (niobium, molibdén) az oxidációtól való megóvásához. A fő feladat azonban a hőveszteség konvekcióval történő kiküszöbölése. Végül is az 1000 fok feletti hőmérsékleten működő kerámia erőteljes hőenergia-forrássá válik. Rossz hőszigetelés esetén a lámpa hatékonysága csökken, az izzó és a lámpák túlmelegednek.

A nátriumlámpák széles skálája kapható 35 - 1000 watt között. A nátriumlámpák három fő csoportját lehet megkülönböztetni a külső izzó alakjától és alkalmazási jellemzőitől függően: DNaT cső alakú izzóval, DNaS elliptikus matt héjjal és DNaZ tükörvisszaverő bevonattal.

Az alkalmazásról nagynyomású nátriumlámpák nem érdemes külön megemlíteni: ez a települések utcai megvilágítása, forgalmas autópályák és az építészeti együttesek kiemelése.

DNaS lámpák az ívhigany fénycsövek (DRL) helyettesítésére fejlesztették ki. A lombik elliptikus alakja mellett az égők kitöltésének sajátosságai is vannak: tiszta xenon helyett nemesgázok keverékét (Penning keverék) adagolják a gyulladás megkönnyítésére. Az ilyen lámpákat nagyfeszültségű impulzusokat generáló gyújtóberendezés nélkül működtetik. Más típusú nátriumlámpákhoz hasonló eszköz szükséges.

Lámpák DNAZ alkalmazást találtak ipari üvegházakban a növények fotoszintézisének felgyorsítására. Ezeknek a lámpáknak a nátrium-sugárzást igénylő összes forrásból való részesedése viszonylag kicsi, és ezek a speciális lámpáknak tulajdoníthatók.

Nagyon nagy hatékonyságú és jó színvisszaadással az alacsony teljesítményű (35 és 50 W) nátriumlámpák jól alkalmazhatók a mindennapi életben. A ritkaföldfémek égőjének adalékanyagai lehetővé teszik olyan sugárzási spektrum elérését, amely szinte nem különbözik a napfénytől.

A lámpák Achille-sarka azonban nem bonyolult tápegység - a modern elektronika könnyen megbirkózhat egy hasonló problémával. A gyorsulás és az üzemmódba lépés ideje olyan akadály, amely megsemmisíti a nátriumlámpák minden előnyeit a mindennapi életben. Az alacsony fogyasztású lámpák 4-6 perc alatt működnek, és a paraméterek 20-25 percen belül teljesen stabilizálódnak. A szobavilágítás ilyen kellemetlenségeivel szemben ritkán fog egyetérteni.

A kültéri világításhoz eddig gyakorlatilag nincs más alternatív fényforrás.A nátriumlámpák hosszú ideig elfoglalják ezt a rést, enyhítően tekintve a kísérleteket modern „felindul”, például LED-es lámpák nyomja ki őket.