Xenonová záblesková lampa

Záblesková lampa  je elektrická výbojka navržená tak, aby generovala silné, nekoherentní, krátkodobé pulsy světla, jehož barevná teplota je blízká teplotě slunečního světla.

Zařízení

Záblesková lampa je utěsněná trubice z křemenného skla , která může být rovná nebo ohnutá do různých tvarů, včetně spirál, písmen nebo kruhů, aby se vešla kolem objektivu fotoaparátu pro „bezstínové“ fotografování. Trubice je naplněna směsí vzácných plynů , převážně xenonu . Elektrody jsou připájeny na oba konce trubice a připojeny k vysokokapacitnímu elektrolytickému kondenzátoru (v některých případech připojení přes tlumivku ). Napětí na deskách kondenzátoru se pohybuje od 180 do 2 000 voltů v závislosti na délce trubice a složení směsi plynů. Třetí elektroda je pokovená dráha podél vnější stěny trubice nebo tenký drát navinutý kolem trubice lampy ve spirále odsazené od hlavních elektrod.

Poté je na třetí (zapalovací) elektrodu přiveden vysokonapěťový impuls, který způsobí ionizaci plynu v trubici, elektrický odpor plynu v lampě se sníží a mezi elektrodami lampy dojde k elektrickému výboji .

Záblesková lampa může mít pouze dvě elektrody, v tomto případě je zapalovací elektroda kombinována s katodou .

Jak to funguje

Záblesk nastává po ionizaci plynu a průchodu silného pulzu elektrického proudu. Ionizace je potřebná ke snížení elektrického odporu plynu, aby plynem uvnitř lampy mohl procházet proud o stovkách ampérů . Počáteční ionizaci lze získat například pomocí Teslova transformátoru . Krátkodobý vysokonapěťový impuls aplikovaný na zapalovací elektrodu vytváří první ionty. Proud, který začne protékat plynem, excituje atomy xenonu, což způsobí, že elektrony zaujmou oběžné dráhy s vyššími energetickými hladinami. Elektrony se okamžitě vrátí na své předchozí dráhy a vyzařují energetický rozdíl ve formě fotonů. V závislosti na velikosti výbojky může být tlak xenonu ve výbojce od několika kPa do desítek kPa (nebo 0,01-0,1 atm nebo 10-100 mm Hg ).

V praxi se k počáteční ionizaci plynu používá zapalovací pulzní transformátor . Krátký puls vysokého napětí je aplikován relativně k jedné z elektrod (nejčastěji katodě) k zapalovací elektrodě, čímž dochází k ionizaci plynu obsaženého v lampě a k vybití kondenzátorů na lampě. Zapalovací impuls v průměru 10krát překročí provozní napětí lampy. K zapálení dvouelektrodové výbojky se akumulační kondenzátory nabijí napětím vyšším, než je napětí samoprůrazné výbojky (tento parametr je přítomen u všech typů zábleskových výbojek), v důsledku čehož dochází k ionizaci a výboji v plynu. .

Pro zapálení zábleskové lampy je důležité znát její parametry, jako jsou: provozní napětí , energie záblesku , samočinné průrazné napětí , interval záblesků a faktor zatížení .

Energie záblesku se vypočítá podle vzorce: , kde

 je energie záblesku, J ;

 - kapacita kondenzátoru , Farad ;

 - elektrické napětí na kondenzátoru, Volt .

Průchod elektrického proudu ionizovaným plynem se zastaví, jakmile napětí na deskách kondenzátoru klesne na určitou hodnotu, zhášecí napětí , obvykle 50-60 voltů .

Vzorec energie vzplanutí bude vypadat takto:

Parametr samoprůrazného napětí se používá k výpočtu dvouelektrodových výbojek.

Rovněž je třeba věnovat zvláštní pozornost faktoru zatížení (rozměr - μF × kWh ). Nedoporučuje se překročit tento parametr - to povede k zrychlené poruše lampy. Tedy pracovat na danou energii lampy a nepřekračovat provozní napětí.

Také při blikání se v lampě vytváří teplo. Dodržujte interval mezi záblesky . Pro běžné sklo je maximální teplota 200 °C, pro křemenné sklo je to 600 °C. U výbojek s vysokým výkonem se používá chlazení - voda, někdy organokřemičité sloučeniny (nejefektivnější chlazení).

Princip činnosti zábleskového okruhu

Akumulační kondenzátor C 1 o velké kapacitě (typické hodnoty kapacity jsou stovky mikrofaradů, provozní napětí je 300 ... 400 V, v závislosti na typu zábleskové lampy), zapojený paralelně s elektrodami xenonové lampy EL 1 , se nabíjí ze sítě AC přes usměrňovač ( diody VD 1 a VD 2 s odporem omezujícím proud R 1 ) buď z vysokonapěťové baterie nebo z nízkonapěťové baterie a střídače . Současně se přes odpory R4 a R5 nabíjí kondenzátor C2 . Neonová lampa HL 1 , zapínaná přes dělič napětí ( R 2 , R 3 ), svým svitem signalizuje připravenost blesku. Při sepnutí synchronizačního kontaktu kamery (nebo testovacího tlačítka SA 1 ) se kondenzátor C 2 sepne k primárnímu vinutí zvyšovacího transformátoru T 1 , na jehož sekundárním vinutí se objeví vysoké napětí (desítky tis. voltů) vzniká puls, který svým zapalovacím kontaktem ionizuje plyn ve výbojce. Výboj kondenzátoru C1 skrz lampu je doprovázen jasným zábleskem světla. Na konci záblesku se cyklus opakuje. Další záblesk je možný až po plném nabití kondenzátoru C 1 , což se projeví rozsvícením neonové lampy HL 1 v jeho obvodu. Doba nabíjení kondenzátoru (minimální interval mezi záblesky) je omezena výkonem měniče a maximálním proudem, který mohou baterie poskytnout.

Spektrum záření

Stejně jako všechny ionizované plyny obsahuje emisní spektrum xenonu různé spektrální čáry . Jedná se o stejný mechanismus, který dodává neonu jeho charakteristickou záři . Ale v xenonu jsou spektrální čáry rozmístěny po celém viditelném spektru, takže jeho záření se člověku jeví jako bílé.

Intenzita a trvání záblesku

Při krátkém pulzu je počet elektronů emitovaných katodou omezen. Při delším pulzu je omezen i odvod tepla. Většina fotografických zábleskových lamp má dobu trvání pulsu od mikrosekund do několika milisekund, s opakovací frekvencí až několik set hertzů.

U zábleskových lamp (s vysokou energií záblesků a dlouhou dobou mezi záblesky) překračuje výkon pulsu stovky kW.

Intenzita záření xenonové výbojky je tak vysoká, že může zapálit hořlavé předměty v bezprostřední blízkosti výbojky.

Aplikace

Podle provozních režimů se svítilny dělí na světelné (používané především v záblescích) a stroboskopické. Stroboskopické lampy mají mnohem nižší energii záblesku, ale frekvence záblesku může být až několik set hertzů. Při frekvencích kolem 400 Hz je možné zapálení elektrického oblouku , což je vysoce nežádoucí.

Vzhledem k tomu, že doba trvání záblesku je dobře řízena a jeho intenzita je poměrně vysoká, používá se především u zábleskových jednotek. Používá se také ve vysokorychlostní fotografii, kterou propagoval Harold Egerton ve 30. letech 20. století.

Ve stroboskopických světlech se používají lampy se sníženou dobou trvání záblesku .

Díky vysoké intenzitě záření v krátkovlnné části spektra (až UV) a krátké době záblesku jsou tyto lampy vynikající jako pumpová lampa v laseru . Volba složení výbojkového plynu umožňuje dosáhnout maximálního záření v oblastech maximální absorpce pracovního tělesa laseru.

Zábleskové lampy se také používají v kosmetologii : používají se k fotoepilaci a fotoomlazení pokožky spolu s filtrem, který odděluje ultrafialové a modré složky.

Viz také

Literatura