Натријумске лампе: доминација припитомљеног хемијског елемента

У чланку се говори о дизајну и примени натријумских лампи високог притиска.

Данас је астрономима тешко. Без обзира где су на небу оријентисани телескопима, линије натријума и живе ће увек бити присутне на фотографијама спектра звезда. Такви спектри уопште не доказују да су звезде богате тим хемијским елементима. Разлог је чисто земаљски: спољно осветљење градова и аутопута уз помоћ лампи са високим интензитетом ствара тако снажно осветљење атмосфере да осетљиви астрономски инструменти хватају светлост човечанских „звезда“.

Највећи допринос уличној расвети и главна препрека астрономским осматрањима су данас натријумске лампе високог притиска. О њима ће бити речи у овом материјалу.

Пре свега, зашто баш висок притисак? Чињеница је да су се лампе са празним цевима са ниским живим притиском појавиле у предратном периоду. Флуоресцентне сијалице брзо су распрострањене. Али пражњење паре натријума дуже време није могло да се добије због ниског парцијалног притиска натријума на ниским температурама.

Након низа технолошких трикова, разлика је у стварању натријум-сијалица које раде под ниским притиском. Али они нису били широко коришћени због сложеног дизајна. Сретнија судбина натријумске лампе високог притиска (НЛВД). Првобитни покушаји да се направе лампе у стакленој љусци од кварца завршили су неуспехом. На високим температурама повећава се хемијска активност натријума. Мобилност његових атома (дифузија) такође расте. Због тога је у кварцним горионицима натријум брзо продирао кроз кварц, уништавајући љуску горионика.

Ситуација је мерена када почетком електричних година Генерал Елецтриц је патентирао нови керамички материјал који може радити у паре натријума при високим температурама. Добио је бренд „Лукалос“. Ова керамика је позната као Поликор. Керамика је израђена високотемпературним синтеровањем праха глинице.

Глиница има више од 10 модификација кристалне решетке, зависно од услова реакције оксидације. За светлосне сврхе погодна је само једна модификација - алфа облик оксида, који има најгушће паковање атома у кристалу. Процес синтеровања, тачније „нарастања“ керамике је веома расположен. Заиста, поред хемијске отпорности на пару натријума, керамика би требало да има високу прозирност. Каква је сврха прављења лампе ако се највећи део светлости изгуби у зидовима цеви за пражњење (горионик)?

Керамички пламеник натријум-сијалица је главна карактеристика која се разликује од других извора светлости за гас. Керамика која ради на температурама већим од 1000 степени може да задржи натријум десетинама хиљада сати. Али то не значи да натријум уопште није у стању да продре напољу у запремину спољне боце.

Густа кристална решетка заиста спречава дифузију атома кроз керамику. Али кристални блокови алуминијум оксида међусобно су „спојени“ аморфном, стакленом интерфазном керамиком. Састоји се од адитива који ограничавају раст поликорних кристала и нечистоћа које су неизоставне у било којем материјалу. Пропусност на границама кристала много је већа него преко кристалне решетке. Због тога се живот натријум сијалица одређује тачно губитком натријума кроз интеркристални материјал.

За натријумске лампе користе се монокристали алуминијум-оксида - „монокор“, познатији као сафир.Цеви за пражњење направљене од таквог материјала имају веома високу пропусност, високу отпорност на дифузију натријума, али анизотропна (различита смера) механичка својства отежавају бртвљење пламеника цементама високе температуре. Поред тога, они су примјетно скупљи од поликристалних горионика.

Горионик натријумске лампе има само две електроде на које се наноси емисијски премаз који олакшава прво паљење лампе. Инертни гас (обично ксенон при притиску од око 20 мм Хг) и амалгам (легура) живе у облику натријума дозирају се у горионик у облику куглице строго фиксираног састава и величине.

Живот лампе је директно повезан са животом горионика. А то се, заузврат, одређује на основу натријума и састава емисије на електродама. Временом, натријум пропушта кроз керамику, што доводи до повећања напона на горионику, што узрокује да лампица угаси одмах након уласка у режим рада.

Након хлађења, лампица поново трепери да би се поново угасила. Учестали рад (кратки циклуси искључења) доводи до убрзане потрошње састава за емитирање емисија на електродама и лампица не ради.

Горионик је монтиран у спољној боци направљеној од ватросталног стакла на попречним тракама (носачима). Након евакуације и одмашивања, база се причвршћује на тиквицу (обично Е27 или Е40). Запремина спољне тиквице је евакуисана. Да би се добио већи вакуум, у њему се додатно распршује геттер састав - геттер.

Вакуумска изолација горионика потребна је за заштиту ватросталних метала структуре горионика (ниобија, молибдена) од оксидације. Али главни задатак је уклањање губитка топлоте конвекцијом. Уосталом, керамика која ради на температурама изнад 1000 степени постаје снажан извор топлотне енергије. Уз лошу топлотну изолацију, ефикасност лампе се смањује, сијалица и база лампе се прегревају.

Сад је доступан широк спектар натријум лампи од 35 до 1000 вата. Три облика група натријум-сијалица могу се разликовати према облику спољне сијалице и карактеристикама примене: ДНаТ са цевастим сијалицама, ДНаС са елиптичном смрзнутом шкољком и ДНаЗ са зрцалним рефлекторским премазом.

О апликацији натријумске лампе високог притиска не вреди посебно поменути: то је улична расвета насеља, прометне магистрале и истицање архитектонских целина.

Лампе ДНаС развијен као замена за жичане живасте флуоресцентне сијалице (ДРЛ). Поред елиптичног облика сијалице, имају и особине пуњења горионика: уместо чистог ксенона дозира се мешавина племенитих гасова (Пеннинг мешавина) која олакшава паљење. Такве лампе раде без уређаја за паљење који генерише импулсе високог напона. Остале врсте натријум-сијалица требају сличан уређај.

Лампе ДНК пронађена примена у индустријским пластеницима за убрзање фотосинтезе биљака. Удео ових лампи у укупном броју извора који користе натријумово зрачење је релативно мали и могу се приписати посебним лампама.

Са врло високом ефикасношћу и добрим преношењем у боји натријумске лампе мале снаге (35 и 50 В) могу добро да нађу примену у свакодневном животу. Адитиви у горионику реткоземних метала омогућавају добијање спектра зрачења који се готово не разликује од сунчеве светлости.

Али Ахилова пета сијалица није компликована шема напајања - модерна електроника лако се може носити са сличним проблемом. Време убрзања и изласка у режим рада препрека је која негира све предности натријум сијалица у свакодневном животу. Лампе мале снаге угасе за 4-6 минута, а потпуно се параметри стабилизују у року од 20-25 минута. Да се ​​суочим са таквим непријатностима у осветљењу просторија, ретко ће се неко сложити.

До данас не постоје други алтернативни извори светла за спољну расвету.Натријумске лампе ће дуго времена заузимати ову нишу, саосећајно гледајући покушаје модерни "старт уп", као што су ЛЕД светла притисни их.