Lampu natrium: penguasaan unsur kimia yang terkoyak

Artikel ini membincangkan reka bentuk dan penggunaan lampu natrium tekanan tinggi.

Sukar hari ini bagi para astronom. Tidak kira di mana di langit mereka berorientasikan teleskop, garis-garis natrium dan merkuri akan selalu ada dalam gambar-gambar spektrum bintang. Spektrum semacam itu sama sekali tidak membuktikan bahawa bintang kaya dalam unsur-unsur kimia ini. Alasannya adalah semata-mata duniawi: pencahayaan luaran bandar-bandar dan jalan raya dengan bantuan lampu pelepasan intensiti tinggi mencipta pencahayaan yang kuat terhadap atmosfera yang alat-alat astronomi sensitif menangkap cahaya "buatan" buatan manusia.

Sumbangan terbesar kepada pencahayaan jalanan, dan halangan utama kepada pemerhatian astronomi, adalah hari ini lampu natrium tekanan tinggi. Mengenai mereka dan akan dibincangkan dalam bahan ini.

Pertama sekali, kenapa betul tekanan tinggi? Faktanya ialah lampu tiub pelepasan dengan tekanan merkuri rendah muncul dalam tempoh sebelum perang. Lampu pendarfluor dengan cepat menjadi meluas. Tetapi pelepasan dalam natrium wap untuk masa yang lama tidak dapat diperoleh kerana tekanan separa rendah natrium pada suhu rendah.

Selepas beberapa helah teknologi, perbezaannya adalah untuk menghasilkan lampu natrium beroperasi pada tekanan rendah. Tetapi mereka tidak banyak digunakan kerana reka bentuk kompleks. Nasib yang lebih bernasib baik lampu natrium tekanan tinggi (NLVD). Percubaan awal untuk membuat lampu dalam shell kaca kuarza berakhir dengan kegagalan. Pada suhu tinggi, aktiviti kimia meningkatkan natrium. Pergerakan atomnya (penyebaran) juga semakin meningkat. Oleh itu, dalam pembakar kuarza, natrium dengan cepat menembusi kuarza, memusnahkan kulit pembakar.

Keadaan ini diukur ketika pada awal tahun 60-an, General Electric telah dipatenkan bahan seramik baru yang boleh berfungsi dalam wap natrium pada suhu tinggi. Beliau menerima jenama "Lukalos". Kami mempunyai seramik ini yang dikenali sebagai Polycor. Seramik dibuat oleh sintering suhu tinggi serbuk alumina.

Alumina mempunyai lebih daripada 10 pengubah kisi kristal, bergantung kepada keadaan tindak balas pengoksidaan. Untuk tujuan pencahayaan, hanya satu pengubahsuaian yang sesuai - bentuk alfa oksida, yang mempunyai pembungkusan atom yang paling padat dalam kristal. Proses sintering, atau sebaliknya "berkembang" seramik sangat muram. Sesungguhnya, sebagai tambahan kepada rintangan kimia untuk wap natrium, seramik seharusnya mempunyai ketelusan yang tinggi. Apakah maksud membuat lampu jika kebanyakan cahaya hilang di dinding tiub pembuangan (pembakar)?

Pembakar seramik lampu natrium adalah ciri membezakan utama dari sumber cahaya pelepasan gas lain. Seramik yang beroperasi pada suhu lebih daripada 1000 darjah, boleh mengekalkan natrium untuk puluhan ribu jam. Tetapi ini tidak bermakna bahawa natrium tidak dapat menembus ke luar ke dalam jumlah kelalang luar.

Kekisi kristal padat benar-benar menghalang penyebaran atom melalui seramik. Tetapi blok kristal aluminium oksida "terikat" antara satu sama lain oleh seramik interphase seperti amorf, kaca. Ia terdiri daripada aditif yang membataskan pertumbuhan kristal polikor dan kekotoran yang tidak dapat dielakkan dalam sebarang bahan. Keupayaan sepanjang batas-batas kristal jauh lebih tinggi dari kisi kristal. Oleh itu, kehidupan lampu natrium ditentukan dengan tepat oleh kehilangan natrium melalui bahan intercrystalline.

Untuk lampu natrium digunakan dan kristal tunggal aluminium oksida - "monocor", lebih dikenali sebagai nilam.Tiub pelepasan yang dibuat daripada bahan tersebut mempunyai transmisi yang sangat tinggi, rintangan yang tinggi terhadap penyebaran natrium, tetapi sifat mekanik anisotropik (arah yang berbeza) menjadikannya sukar untuk menutup pembakar dengan simen suhu tinggi. Di samping itu, mereka kelihatan lebih mahal daripada pembakar polikristalin.

Pembakar lampu natrium hanya mempunyai dua elektrod di mana salutan pelepasan digunakan untuk memudahkan pencucuhan awal lampu. Gas inert (biasanya xenon pada tekanan kira-kira 20 mm Hg) dan amalgam (aloi) merkuri dengan natrium dimasukkan ke dalam pembakar, dalam bentuk bola komposisi dan saiz yang ketat.

Kehidupan lampu secara langsung berkaitan dengan kehidupan pembakar. Dan itu, seterusnya, ditentukan oleh stok natrium dan komposisi pelepasan pada elektrod. Dari masa ke masa, natrium meleleh melalui seramik, yang menyebabkan peningkatan voltan pada pembakar, yang menyebabkan lampu mati sebaik sahaja memasuki mod.

Selepas menyejukkan, lampu berkelip lagi untuk keluar lagi. Operasi yang kerap (kitaran on-off pendek) membawa kepada penggunaan pantas pelepasan emisi - pelepasan pada elektrod dan lampu gagal.

Pembakar dipasang di dalam kelalang luaran yang diperbuat daripada kaca refraktori pada traverses (menyokong). Selepas pemindahan dan desoldering, pangkalan itu dilekatkan pada kelalang (biasanya E27 atau E40). Jumlah kelalang luar dipindahkan. Untuk mendapatkan vakum yang lebih tinggi, komposisi getter - getter - disemprotkan di dalamnya.

Penebat vakum pembakar diperlukan untuk melindungi logam refraktori struktur pembakar (niobium, molibdenum) daripada pengoksidaan. Tetapi tugas utamanya adalah untuk menghapuskan kehilangan haba oleh perolakan. Lagipun, seramik yang beroperasi pada suhu melebihi 1000 darjah menjadi sumber haba yang kuat. Dengan penebat haba yang lemah, kecekapan lampu berkurangan, asas lampu dan lampunya terlalu panas.

Pelbagai lampu natrium dari 35 hingga 1000 watt kini boleh didapati. Tiga kumpulan utama lampu natrium boleh dibezakan mengikut bentuk mentol luaran dan ciri-ciri aplikasi: DNaT dengan tiub tiub, DNaS dengan shell frosted elips dan DNaZ dengan cermin reflektif cermin.

Mengenai permohonan lampu natrium tekanan tinggi ia tidak sepatutnya disebutkan secara khusus: ia adalah lampu jalan penempatan, jalan raya sibuk dan menyoroti anugerah seni bina.

Lampu DNaS dibangunkan sebagai pengganti lampu pendarfluor merkuri (DRL). Di samping bentuk elips dari kelalang, mereka mempunyai keanehan untuk mengisi pembakar: bukannya xenon murni, campuran gas mulia (campuran Penning) yang digunakan untuk memudahkan pencucuhan. Lampu sedemikian dikendalikan tanpa peranti pencucuhan yang menghasilkan denyutan voltan tinggi. Lain-lain jenis lampu natrium memerlukan peranti yang sama.

Lamps DNAZ menemui permohonan di rumah hijau perindustrian untuk mempercepatkan fotosintesis tumbuhan. Bahagian lampu ini dalam jumlah sumber menggunakan sinaran sodium agak kecil, dan ia boleh dikaitkan dengan lampu khas.

Dengan kecekapan yang sangat tinggi dan penampilan warna yang baik, lampu natrium kuasa rendah (35 dan 50 W) dapat mencari aplikasi dalam kehidupan seharian. Aditif kepada pembakar logam jarang-bumi memungkinkan untuk mendapatkan spektrum radiasi yang hampir tidak dapat dibezakan dari cahaya matahari.

Tetapi tumit Achilles lampu bukan skema kuasa rumit - elektronik moden dapat dengan mudah menangani masalah yang sama. Masa pecutan dan keluar ke mod operasi adalah halangan yang menafikan semua kelebihan lampu natrium dalam kehidupan seharian. Lampu kuasa rendah masuk ke dalam 4-6 minit, dan parameter sepenuhnya menstabilkan dalam masa 20-25 minit. Untuk datang dengan syarat-syarat kesulitan seperti dalam pencahayaan bilik, jarang ada yang setuju.

Sehingga kini, tidak ada sumber cahaya alternatif yang lain untuk pencahayaan luar.Lampu natrium akan menduduki niche ini untuk jangka masa yang panjang, dengan memperhatikan cubaan moden "upstarts" seperti lampu LED tekan mereka.