2.3.4. Металогалогенні лампи ДРІ

 

            Металогалогенні лампи (МГЛ), що з'явилися на початку 60-х років ХХ ст., відкрили нову сторінку в розвитку газорозрядних ламп. Перспективи їхнього використання визначаються винятково широкими можливостями варіювання спектральним розподілом випромінювання – від практично однорідного до безперервного – при високому ККД і високій питомій потужності.

            Умовне позначення лампи розшифровується так: Д – дугова, Р – ртутна, І – із випромінювальними добавками. Цифри після літер відповідають потужності лампи у ватах, далі через дефіс – номер розробки або модифікації. Колби можуть бути: еліпсоїдні або трубчасті.

            Будова та принцип дії МГЛ (рис. 2.9) базуються на тому, що галогеніди багатьох металів випаровуються легше, ніж самі метали, і не руйнують кварцове скло. Тому всередину розрядних колб МГЛ, крім ртуті й аргону, додатково вводяться різні хімічні елементи у вигляді галоїдних сполук (тобто сполук із I, Br, C1). Після запалювання розряду, коли досягається робоча температура колби, галогеніди металів частково переходять у пароподібний стан. Потрапляючи в центральну зону розряду з температурою в кілька тисяч градусів Кельвіна, молекули галогенідів дисоціюють на галоген і метал. Атоми металу збуджуються й випромінюють характерні для них спектри. Дифундуючи за межі розрядного каналу і потрапляючи в зону з більш низькою температурою поблизу стінок колби, вони з'єднуються в галогеніди, які знову випаровуються. Цей замкнутий цикл забезпечує дві принципових переваги: 1) у розряді створюється достатня концентрація атомів металів, що дають необхідний спектр випромінювання, оскільки при робочій температурі кварцової колби 800 – 900 °С тиск парів галогенідів багатьох металів значно вищій, ніж самих металів, таких, як талій, індій, скандій, диспрозій та ін.; 2) з'являється можливість вводити в розряд лужні (натрій, літій, цезій) та інші агресивні метали (наприклад, кадмій, цинк), які в чистому вигляді викликають досить швидке руйнування кварцового скла при температурах вище 300 – 400 °С, а у вигляді галогенідів не викликають такого руйнування. Застосування галогенідів різко збільшило число хімічних елементів, що використовуються для генерації випромінювання, і дозволило створювати МГЛ із досить різними спектрами, особливо у випадку використання суміші галогенідів. Незважаючи на відносно малу концентрацію металів, що додаються, порівняно з концентрацією ртуті значна частина випромінювання розряду створюється висвічуванням атомів добавок, що пояснюється більш низькими потенціалами збудження цих атомів. Ртутні пари відіграють роль буфера, забезпечуючи високу температуру в розряді, високий градієнт потенціалу, малі теплові втрати та ін.

            Принцип дії ламп ДРІ – електролюмінесценція. Електричний розряд збуджує атоми ртуті, температура в трубці зростає, а при досягненні ~5000С починають збуджуватися атоми галоїдних сполук металів, випускають випромінювання у видимій частині спектра. Спектр випромінювання металів доповнюється спектральним випромінюванням ртуті.

            На сьогодні для загального освітлення найбільш значне поширення одержали МГЛ із такими сполуками металогалогенних добавок (крім ртуті й запалювального газу):

            1) йодиди натрію, талію та індію;

            2) йодиди натрію, скандію та торію.

            Лампи мають спектр, що складається з окремих ліній ртуті та ліній добавок, розташованих у різних областях спектра, завдяки чому вдається з'єднувати високу світлову віддачу із прийнятною якістю передачі кольору (у ламп потужністю 400 Вт = 80 лм/Вт, Ra = 65). Лампи із йодидами диспрозію та інших рідкоземельних металів мають спектр, настільки густо заповнений лініями диспрозію, що він здається безперервним по всій видимій області, завдяки чому досягається досить висока якість передачі кольору при високій світловій віддачі (у ламп потужністю 400 Вт = 70 – 80 лм/Вт, Ra>80).