Серная лампа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Серная лампа

Се́рная ла́мпа — источник света квазисолнечного спектра.

Высокоэффективная лампа с широким спектром излучения, генерируемого серой, находящейся в состоянии плазмы.

Принцип действия[править | править вики-текст]

Микроволновое излучение в атмосфере инертного газа аргона нагревает серу. Плазма серы излучает мощный свет со спектром, близким к спектру солнечного света, почти без инфракрасной и ультрафиолетовой составляющих. Спектр излучения серной лампы представляет собой сочетание атомарного и молекулярного спектров серы. Пропорция их зависит от интенсивности СВЧ поля накачки. Также в спектре присутствуют в небольшом количестве линии атомарного инертного газа.

Использование безэлектродного разряда, как источника оптического излучения в принципиальном плане предполагает наличие таких обязательных элементов как: собственно лампа с колбой той или иной конфигурации, генератор электромагнитных колебаний и электродинамическая система, транспортирующая эту СВЧ-энергию к лампе и формирующая в зоне локализации лампы определенную стационарную или динамически изменяющуюся топографию СВЧ-электромагнитного поля. К этому «набору» обязательных элементов следует добавить некий формирователь диаграммы направленности полученного оптического излучения.

Менять цветовую температуру в некоторых пределах можно, меняя давление паров серы в колбе. Так, повышение давления с 4.4 до 12.1 Бар повышает длину волны максимума излучения с 470 до 570 нм, что соответствует снижению цветовой температуры с 6100 до 5100 К. Однако, доля видимого излучения при этом снижается более чем полтора раза: с 68% до примерно 41%[1].

История[править | править вики-текст]

В 70-е годы XX столетия в США на фирме Fusion System Corp. (FSC) были созданы и использованы в технологическом процессе УФ-сушки излучатели на основе безэлектродных СВЧ-разрядных ламп, главным образом с аргонно-ртутным наполнением. Излучатели работали с СВЧ-накачкой на частотах 915 и 2450 МГц.

В начале 90-х годов американские инженеры, экспериментируя с составами рабочего вещества-наполнителя лампы, обнаружили, что замена ртути в колбе безэлектродной лампы серой позволяет получить весьма интенсивное квазисолнечное излучение. Это послужило отправным пунктом для создания в 1992 году первых световых СВЧ-приборов на основе серных ламп с СВЧ-накачкой на частоте 2450 МГц [2]. А в октябре 1994 года в Вашингтоне уже были продемонстрированы две мощные осветительные системы с использованием весьма выигрышного сочетания СВЧ-источника света на серной лампе и полого «призматического» световода.

В 2000—2005 годах в России были изготовлены несколько экспериментальных образцов СВЧ-прожекторов, которые практически подтвердили ожидаемые высокие характеристики.

В 2006 году LG Electronics начала производство осветителей на основе серных ламп. Линейка этих светильников получила название плазменные осветительные системы Plasma Lighting System (PLS).

Технические характеристики[править | править вики-текст]

Основные технические характеристики некоторых серных ламп:

SOLAR 1000TM PSF1032A PSF1831A
Мощность, Вт 1375 1000 1850
Световой поток, клм 130 91 186
Световая отдача, лм/Вт 94,5 91 101
Индекс цветопередачи 79 76 79
Цветовая температура 5900 5500
Срок службы > 15 000 часов* 100 000

Срок службы серной без­электродной лампы определяется ресурсом блока питания (преобразователя переменного тока в постоянный) и электромотора охлаждающей системы. Для ламп первой волны он составлял примерно 10–15 тысяч часов. Ресурс же колбы гораздо выше, т.к. сера практически не реагирует с раскаленным кварцем[2]. По некоторым оценкам срок службы колбы может достигать 60 тысяч часов[3], LG заявляет срок службы своих плазменных прожекторов в 100 тыс. часов.

Серная лампа и фотосинтез[править | править вики-текст]

Серная лампа, в силу особенностей своего спектра, оказалась прекрасным источником света для фотосинтеза растений и, соответственно, для использования в оранжерейном освещении. Компания Fusion Lighting по заказу NASA провела исследование, с целью увеличить излучение лампы на длинах волн в районе 625 нм, где квантовая эффективность фотосинтеза близка к единице. Оказалось, что добавление в колбу бромида кальция создает пик излучения вблизи 625 нм. При этом наблюдается лишь небольшое снижение интенсивности излучения в области малых длин волн, доля же инфракрасного излучения остается практически неизменной[4].

Преимущества[править | править вики-текст]

На практике основную экспансию совершают с СВЧ-накачкой порядка 800—1000 Вт, и световым потоком примерно до 130 кЛм. Эти системы относительно просты конструктивно, не требуют принудительного обдува горелки, позволяют использовать обычные серийные магнетроны, применяемые в бытовых СВЧ-печах.

Суммируя известные сегодня данные, можно выделить основные достоинства СВЧ-световых приборов с безэлектродными лампами, к которым относятся

  • Повышенная до 100 лм/Вт световая отдача[5] (световая отдача непосредственно колбы составляет 150 лм/Вт, но около трети мощности теряется в трансформаторе, магнетроне, на работу вентиляторов и т.д.)[6]
  • Сплошной квазисолнечный спектр оптического излучения с резко пониженным уровнем излучений в УФ и ИК[7][8] диапазонах и с максимумом спектра, совпадающим с максимумом кривой видности человеческого глаза. Это естественная цветопередача.[7][5]
  • Отсутствие мерцания источника света.
  • Малогабаритность и равнояркость светящего тела, облегчающая оптимизацию оптических систем.
  • Высокая (десятки тысяч часов) долговечность лампы.
  • Экологическая чистота материалов наполнения лампы: серы и аргона.
  • Возможность регулировки силы света.
  • Возможность модульного ремонта в блочных конструкциях крупных ламп.

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Сложность конструкции[5]
  • Высокая стоимость лампового модуля[5]
  • Высокая температура колбы горелки, отсюда необходимость использования высококачественного кварцевого стекла и защиты от пыли.
  • Большой диаметр светящегося тела (25-30 мм), усложняющий фокусировку и использование в оптических системах.
  • Инертность (лампа достигает 80% номинальной светимости через 20-25 с, а после выключения может быть включена только через 5-15 минут).
  • Высокий уровень акустического шума из-за необходимости интенсивного обдува колбы.
  • Трудности в подавлении просачивающегося в окружающую среду микроволнового излучения.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2195/doc/57278/
  2. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2195/doc/57726/
  3. Эволюция лампы
  4. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2195/doc/57726/
  5. 1 2 3 4 http://www.belsut.gomel.by/ellibrary/1/29.pdf «В установившемся режиме СВЧ-разряд высокого давления в парах серы имеет сплошной спектр оптического излучения, близкий к солнечному. … высокие энергоэффективные свойства (световая отдача до 100 лм/Вт);2) практически естественная цветопередача, обусловленная сплошным квазисолнечным спектром с резко пониженным уровнем излучений в УФ и ИК диапазонах и с максимумом в диапазоне видимого излучения;»
  6. http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2195/doc/57726/
  7. 1 2 http://www.mephi.ru/upload/main/news/Shchukin.pdf «… достоинства СВЧ-источников света на основе серы: повышенная световая отдача (~100 лм/Вт), обеспечивающая возможность энергосбережения; сплошной квазисолнечный спектр, максимум спектральной плотности мощности которого практически совпадает с максимумом кривой чувствительности человеческого глаза, то естьестественная цветопередача; генерация в инфракрасной области низка (<1 %)»
  8. Поскольку излучение не тепловое, а обусловлено взаимодействием молекул серы с электронами аргоновой плазмы.