 |
 |
 |
 |
Таблица 7.1
Вещество | ||||||||||
Температура | ||||||||||
Температура, "С, при р=1,3 Па Температура, °С, при р=1,3-104 Па | 155 500 | 175 500 | 205 580 | 270 620 | 290 690 | 350 730 | 437 870 | 610 1230 | 630 1250 | |
МИНИЯ. Благодаря этим успехам появились лампы, обладающие самым различным спектром излучения при более высоких КПД, чем известные до этого. Принцип их действия, устройство и характеристики рассмотрены в гл. 15-18.
При использовании газов создание необходимого рабочего давления достигается путем наполнения колбы лампы до требуемого давления во время изготовления. При работе лампы давление лищь несколько повышается за счет повышения температуры газа (см. § 7.6).
Б лампах с парами металлов или их соединений рабочее давление паров определяется температурой колбы и количеством введенного в лампу металла или его соединения. До тех пор пока в лампе есть жидкая (или твердая) фаза, давление определяется как упругость паров, насыщающих пространство, по минимальной температуре внутри лампы. С ростом температуры давление очень резко возрастает. В работающей и неработающей лампе давление паров в зависимости от температуры колбы может изменяться в тысячи и миллионы раз. Необходимая для создания соответствующего давления минимальная температура внутри лампы обеспечивается за счет нагрева колбы и электродов энергией разряда.
Лампы низкого давления, использующие резонансное излучение металлов, работают, как правило, при избытке металла, и поэтому рабочее давление в них определяется как давление насыщающих паров. Режим этих ламп весьма сильно зависит от температуры колбы. Лампы высокого и сверхвысокого давления стараются наполнять дозированным количеством металла с таким расчетом, чтобы при работе лампы он полностью испарялся и лампы работали в режиме ненасыщающих паров. При этом давление, а следовательно, все электрические и световые характеристики значительно меньше зависят от теплового режима колбы (см. § 7.6).
Обратим внимание на то, что натриевые лампы высокого давления работают при наличии жидкой фазы амальгамы натрия, и поэтому их характеристики в сильной мере зависят от температуры холодной зоны лампы, определяющей давление
паров ртути и натрия. Аналогично многие типы металлогалогенных ламп наполняются избыточными количествами некоторых излучающих добавок, и поэтому давление паров этих добавок резко зависит от температуры наиболее холодной зоны колбы лампы. В некоторых типах разрядных ламп высокого и сверхвысокого давления существенную роль играет конвекция (см. гл. 14, 15, 19).
Материалы колб [7.1-7.3]. Материал колбы должен удовлетворять следующим требованиям:
1) быть прозрачным в необходимой области оптического спектра;
2) обладать газонепроницаемостью при рабочих температурах;
3) допускать работу при температурах, требуемых условиями разряда и эксплуатации;
4) обладать химической стойкостью по отношению к веществам, в которых происходит разряд при рабочих температурах, и не взаимодействовать с ними;
5) не выделять веществ, нарушающих работу лампы (электроды, газовая среда, люминофор и т. д.);
6) допускать возможность придания ему формы различных оболочек и обладать способностью сохранять полученную форму;
7) обладать при рабочих температурах механической прочностью, достаточной для того, чтобы выдерживать внешние и внутренние давления, необходимые для работы лампы;
8) обладать хорошими электроизоляционными свойствами при рабочих температурах;
9) допускать соединения с металлами для получения ваку-умно-плотных вводов;
10) быть достаточно дешевым и технологичным для изготовления колб и т. д.
Основным материалом, применяемым для изготовления колб разрядных ламп, являются различные сорта неорганических стекол. В настоящее время разработано большое количество сортов стекла специально для колб разрядных ламп различного типа. В качестве основного стеклообразующего оксида используется оксид кремния, который обычно составляет от 50 до 100%.
На рис. 7.1 приведены кривые пропускания т для нескольких наиболее распространенных в промышленности сортов стекол. Обычные сорта стекол прозрачны в области от 320 нм до 3 мкм. Для увеличения прозрачности стекол в более далекой УФ-об-ласти спектра содержание солей железа, титана и некоторых других металлов должно быть ниже тысячных долей процента. В этом случае удается сдвинуть границу пропускания до 200 нм. Наибольшей прозрачностью обладает кварцевое стекло,
0 0,5 1,0
¥,0 ?.уМКМ
Рис. 7.1. Кривые пропускания некоторых наиболее распространенных в лам-новой промышленности сортов стекол при толщине 1 мм и температуре 20 °С: /.- кварцевое стекло; 2 -стекло С-49-5К: 3 -стекло С-90-1
представляющее собой плавленый диоксид кремния высокой степени чистоты. Оно прозрачно в области от 180 нм до 5 мкм. Для получения прозрачности в более коротком ультрафиолете или более далекой ИК-области применяют небольшие окошки из специальных материалов в основной колбе.
Обычные сорта стекол могут работать при температурах, не превышающих 200 °С. Этим ставится предел повышению удельной мощности ламп и рабочему давлению паров. Дальнейшее повышение удельной мощности и рабочего давления паров в лампе может быть достигнуто путем использования более тугоплавких стекол, например так называемых молибденовых с рабочей температурой около 300-350 °С или стекол типа «Пи-рекс» с рабочей температурой до 500 °С. Однако и эти стекла решают проблему создания высоконагруженных ламп только частично. Удельные электрические мощности удается повысить до 3-4 Вт/см2, а давления до (1-2)10 Па.
Совершенно новые возможности в смысле создания ламп со значительно более высокими удельными мощностями и весьма высокими давлениями открыло применение кварцевого стекла. Температура размягчения кварцевого стекла составляет около 1600 °С. Хорошие сорта стекол могут работать многие сотни часов при рабочих температурах до 950 °С. Механическая прочность кварцевого стекла находится на уровне прочности лучших стекол: 02=7001200 кгс/см.
Кварцевое стекло имеет весьма низкий температурный коэффициент линейного расширения, слабо возрастающий с температурой (а»6-10- °С-), что обеспечивает его очень высокую термическую устойчивость. Но малый температурный коэффициент расширения затрудняет создание достаточно удобных в производстве и надежных вакуумно-плотных спаев, поскольку ни один металл при температуре размягчения кварца не имеет такого низкого коэффициента расширения. Проблема создания
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [ 76 ] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239