Ксеноновые лампы отечественного производства

В газоразрядных лампах высокой интенсивности используется излучение дугового разряда в тяжёлых инертных газах — аргоне, криптоне или ксеноне — при больших плотностях тока и давлениях от нескольких сот паскалей до нескольких мегапаскалей. Разряд этого типа имеет ряд характерных особенностей, определяющих свойства этого типа газоразрядных ламп.

В отличие от ламп с парами металла, в газовых лампах средняя плотность газа в лампе остаётся постоянной независимо от теплового режима колбы. Вследствие этого почти полностью отсутствует период разгорания, электрические и световые характеристики в очень широких пределах не зависят от температуры колбы.

К недостаткам этого вида разряда следует отнести худшую стабильность из-за более сильной конвекции, значительно меньшую величину градиента потенциала по сравнению с ртутным разрядом при аналогичных условиях (давление, ток, диаметр) и весьма высокое напряжение зажигания из-за больших начальных давлений газа.

Характерной особенностью разряда в инертных газах при высоких давлениях и больших плотностях тока является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу освещаемых объектов.

Спектральные и цветовые характеристики. Ксеноновые лампы используются как эталоны белого света. По внешнему виду цвет излучения газовых ламп близок к белому с небольшими оттенками. Аргоновые лампы имеют более голубоватый оттенок, чем криптоновые и ксеноновые. В силу слабой зависимости распределения энергии в видимой части спектра от условий разряда цветовая температура и координаты цветности изменяются в небольших пределах. Так, у существующих типов ксеноновых ламп цветовая температура лежит в пределах от 6050 до 6300 К; координаты цветности лежат очень близко к кривой абсолютно чёрного тела. В видимой части спектр излучения ксенонового разряда весьма близок к солнечному. Благодаря этому ксеноновые лампы высокой интенсивности широко применяются в кинопроекции, установках, имитирующих солнечное излучение, и в других случаях, когда требуется непрерывный спектр излучения.

Световая отдача и её предельное значение. Световая отдача разряда возрастает с ростом удельной мощности и диаметра трубки. При прочих равных условиях световые отдачи увеличиваются при переходе от аргона к криптону и от криптона к ксенону. В одинаковых условиях световые отдачи криптонового разряда в 1,5 раза ниже световых отдач ртутного разряда.

Представляет интерес оценка предельных значений световой отдачи ксеноновых ламп. Световой выход пропорционален световой отдаче ксенонового разряда высокой интенсивности, в зависимости от удельной мощности столба по данным К. Ларше. Быстрый подъём и постепенное приближение светового выхода к максимуму объясняются уменьшением доли тепловых потерь с увеличением удельной мощности и вполне совпадают с теорией. Постепенное падение световой отдачи ксенонового разряда при больших удельных мощностях связано с тем, что световой КПД серого излучателя при увеличении температуры выше 6500 К начинает убывать вследствие того, что максимум излучения сдвигается из области максимальной чувствительности глаза в сторону более коротких длин волн. Световой КПД исследованного ксенонового разряда меньше, чем у абсолютно чёрного тела той же температуры, из-за различного рода потерь и вследствие того, что коэффициент поглощения ? меньше единицы.

По мере повышения удельной мощности и, следовательно, температуры, уменьшается относительная роль потерь и растёт коэффициент поглощения ?. Поэтому максимум кривой светового КПД смещается в сторону более высоких температур по сравнению с максимумом для абсолютно чёрного тела. По оценкам К. Ларше эта температура равна 8800 К. Световой выход чёрного тела при этой температуре составляет около 6,6 кд/Вт, что соответствует 60—65 лм/Вт, в то время как световой выход ксенонового разряда в максимуме составляет около 5 кд/Вт.

Классификация разрядных ламп высокой интенсивности с газовым наполнением. В настоящее время определились следующие три основных типа газоразрядных ламп высокой интенсивности: лампы ВД трубчатой формы с естественным охлаждением, лампы ВД трубчатой формы с водяным охлаждением и лампы СВД с короткой дугой (несколько миллиметров) в колбах шаровой или близкой к ней формы. В современных типах ламп в качестве наполняющего газа применяется почти исключительно ксенон и только в некоторых специальных лампах другие инертные газы, например криптон в трубчатых лампах для накачки лазеров.

Ксеноновые лампы СВД с короткой дугой в колбах шаровой формы

Особенности конструкции. Лампы характеризуются малыми размерами светящегося тела и высокими яркостями. По своей конструкции они подобны ртутным лампам СВД с короткой дугой. Лампы представляют собой кварцевую колбу, в которую введены два вольфрамовых электрода. Расстояние между электродами у ламп широкого применения составляет от 3 до 6 мм. У специальных ламп оно снижается до 0,3—2,5 мм. Холодное давление ксенона составляет от 100 до 1500 кПа. Лампы изготовляются в широком диапазоне мощности от 50 Вт до 7 кВт.

Лампы, предназначенные для работы на постоянном токе, имеют массивный анод и сравнительно тонкий катод. Это связано с тем, что на аноде выделяется значительно большая мощность, чем на катоде.

Конвекционные потоки вызывают нестабильность положения дуги. Для уменьшения роли конвекции лампы приходится эксплуатировать только в вертикальном положении и ограничивать длину дуги. Исключение составляют только несколько типов ламп. Установлено, что стабильность дуги ухудшается, когда катод расположен вверху, поскольку конвекционные потоки газа и поток электронов направлены навстречу, что вызывает неспокойное горение дуги. Когда катод расположен внизу, а анод вверху, то оба потока направлены в одну сторону и дуга горит более устойчиво. Однако анод при этом дополнительно нагревается конвекционными потоками. Лампы могут эксплуатироваться в горизонтальном положении при наличии магнитной стабилизации дуги.

Вследствие значительно меньшего градиента потенциала в ксеноне по сравнению с ртутью у ксеноновых ламп той же мощности и давления силы тока в 4—5 раз больше, что заставляет делать более массивные электроды и применять вводы, рассчитанные на б?льшие силы тока.

Общий вид ксеноновых ламп с короткой дугой

Общий вид ксеноновых ламп с короткой дугой:
а — типа ДКсШ от 0,5 до 6,5 кВт; б — типа ДКсШРБ от 3 до 10 кВт; в — типа ДКсШЭл от 1 до 6,5 кВт.

В таблице приведены данные некоторых типов ксеноновых ламп высокой яркости с короткой дугой. Маркировка отечественных ламп с короткой дугой отличается тем, что вместо буквы Т ставят букву Ш — шаровая. Далее следуют буквы, обозначающие конструктивные и иные особенности ламп, например РБ — разборная, Эл — в колбе эллипсоидальной формы и т. п.