Xenonová oblouková lampa je zdroj umělého světla, ve kterém je zdrojem záření elektrický oblouk v baňce naplněné xenonem .
Poskytuje jasné bílé světlo, které se spektrem blíží dennímu světlu.
Xenonové výbojky lze rozdělit do následujících kategorií:
Lampa se skládá z baňky z obyčejného nebo křemenného skla s wolframovými elektrodami. Žárovka je evakuována a poté naplněna xenonem. Xenonové výbojky mají třetí zapalovací elektrodu obklopenou nebo nanesenou na žárovku ve formě vodivé vrstvy.
Xenonová výbojka s krátkým obloukem byla vynalezena ve 40. letech 20. století v Německu a představena v roce 1951 společností Osram . Lampa našla široké uplatnění ve filmových projektorech , odkud nahradila především uhlíkové obloukové světelné zdroje .
Lampa poskytuje jasné bílé světlo, blízké spektru denního světla , ale má poměrně nízkou účinnost . K dnešnímu dni téměř všechny filmové a digitální kino projektory používají xenonové výbojky s výkonem od 450 W do 18 kW . Lampy v IMAX projektorech mohou dosáhnout 15 kW v jedné lampě.
Všechny moderní xenonové výbojky používají žárovku z křemenného skla s wolframovými elektrodami s příměsí thoria . Krypton-85 s nízkou aktivitou, asi 0,1 μCi, se často přidává do pracovního prostředí plynu . Křemenné sklo je jediný ekonomicky životaschopný opticky transparentní materiál, který odolá vysokému tlaku (25 atm pro lampy IMAX) a teplotě. Pro speciální úkoly se používá výroba žárovky ze safíru . To rozšiřuje spektrální rozsah záření směrem k ultrafialovému záření s krátkou vlnovou délkou a také vede ke zvýšení životnosti lampy. Dopování elektrod thoriem značně zvyšuje jejich elektronovou emisi. Protože koeficienty tepelné roztažnosti křemenného skla a wolframu jsou různé, jsou wolframové elektrody svařeny do invarových pásků , které jsou zataveny do baňky. V xenonové výbojce se anoda během provozu silně zahřívá proudem elektronů, proto jsou výbojky s vysokým výkonem často chlazeny kapalinou.
Pro zvýšení světelného výkonu výbojky je xenon v baňce pod vysokým tlakem (až 30 atm) , což klade zvláštní bezpečnostní požadavky. Pokud je lampa poškozena, úlomky mohou vylétnout vysokou rychlostí a mohou zranit personál. Lampa se obvykle přepravuje ve speciální plastové nádobě, která se z lampy vyjme až po umístění lampy a nasadí se na lampu, když je demontována.
Při provozu lampy se baňka velmi zahřívá, v důsledku čehož se baňka ke konci své životnosti stává křehčí v důsledku částečné krystalizace křemenného skla. Pro bezpečnost personálu doporučují výrobci xenonových výbojek při servisu výbojky používat ochranné brýle. Při výměně lamp IMAX se doporučuje nosit ochranný oblek.
V xenonové výbojce je hlavní proud světla vyzařován plazmovým sloupcem v blízkosti katody. Světelná oblast má tvar kužele a jas její záře exponenciálně klesá, jak se vzdaluje od katody. Spektrum xenonové výbojky je přibližně jednotné v celé oblasti viditelného světla, blízké dennímu světlu. Ale i ve vysokotlakých lampách existuje několik vrcholů v blízké infračervené oblasti, asi 850-900 nm , které mohou představovat až 10 % celkového záření z hlediska výkonu.
Teplota barvy záření xenonové výbojky je asi 6200 K.
Existují také rtuťové xenonové výbojky, ve kterých jsou kromě xenonu v baňce rtuťové páry. Mají světelné oblasti jak v blízkosti katody, tak v blízkosti anody. Vydávají modrobílé světlo se silným obsahem ultrafialového záření, což umožňuje jejich použití pro fyzioterapeutické účely, sterilizaci a ozonizaci.
Vzhledem k malé velikosti svítící plochy lze xenonové výbojky použít jako světelný zdroj v blízkosti bodového zdroje světla, což umožňuje produkovat poměrně přesné zaostření záření. Spektrum blízké dennímu světlu vede k širokému použití ve filmu a fotografii. Xenonové výbojky se také používají v klimatických komorách , které simulují sluneční záření pro testování světlostálosti materiálů .
Nejběžnější jsou lampy s krátkým obloukem. V nich jsou elektrody umístěny v krátké vzdálenosti a baňka má kulový nebo téměř kulovitý tvar.
Xenonové výbojky s krátkým obloukem lze vyrobit v keramickém plášti se zabudovaným reflektorem. Díky tomu je lampa bezpečnější, protože ze skla je vyrobeno pouze malé okénko, kterým světlo vychází, a během instalace a výměny není nutné zarovnání . V takové lampě může být okno, které propouští ultrafialové záření a je pro něj neprůhledné. Reflektory mohou být buď parabolické (pro získání paralelního světelného toku) nebo eliptické (pro těleso zaostřené do bodu nebo válcové těleso např. pro čerpací lasery) [1] .
Konstrukčně se žárovky s dlouhým obloukem liší od těch s krátkým obloukem tím, že elektrody jsou od sebe dále vzdáleny a baňka má tvar trubice. Xenonové výbojky s dlouhým obloukem vyžadují menší předřadník a v některých případech mohou být použity bez předřadníku, protože mají úsek na charakteristice proud-napětí s kladným rozdílovým odporem . Takové lampy jsou často instalovány v reflektoru ve formě parabolického válce a používají se k osvětlení velkých otevřených prostor (na nádražích , továrnách , skladových komplexech atd.), jakož i k simulaci slunečního záření, například při testování solární panely, kontrolní materiály na světlostálost atd. Dlouhooblouková xenonová výbojka „Sirius“, vyráběná v SSSR , měla rekordní výkon 100 kW .
Xenonová výbojka s krátkým obloukem má záporný teplotní koeficient odporu . Zapálení oblouku vyžaduje zapalovací impuls s amplitudou 15-30 kV [2] , někdy až 50 kV . V provozním režimu je nutné přesné nastavení napětí a proudu (tak, aby nebyl překročen jmenovitý elektrický výkon lampy), protože při zahřívání lampy výrazně klesá její odpor a navíc může docházet k oscilacím plazmy . Při napájení usměrněným proudem je nutné, aby úroveň zvlnění nepřesáhla 10-12% , protože kolísání napětí urychluje opotřebení elektrod. Existují různé druhy xenonových výbojek pro střídavý proud. Svítidla s dlouhým obloukem (například domácí DKST) nejsou tak náročné na kvalitu napájení a lze je použít bez předřadníku, vyžadujícího pouze startér .
Xenonové výbojky se nejčastěji používají v projektorech a scénickém osvětlení, protože mají velmi dobrou reprodukci barev. Vzhledem k malé velikosti emitující oblasti našly uplatnění v optických zařízeních.
Od roku 1991 jsou rtuťové xenonové výbojky široce používány ve světlometech automobilů. Přesněji řečeno, v automobilových výbojkách je hlavní světelný tok tvořen rtuťovými, sodíkovými a skandiovými solemi a v xenonové atmosféře k výboji dochází až při startu, před odpařením ostatních složek. Proto by měly být spíše připisovány halogenidovým výbojkám , to by však způsobilo zmatek v názvech, protože halogenové žárovky se používají také v automobilovém osvětlení .
V Rusku je při instalaci xenonových výbojek na auto také nutné instalovat systém automatického nastavení sklonu světlometů a ostřikovačů světlometů [3] , aby nedocházelo k oslňování protijedoucích řidičů.
Sovětský blesk s fotopastí FIL-107
Xenonové světlomety na autech.
Letecký pohled na rybáře návnady na tichomořské chobotnice s jasně modrými xenonovými světly (uprostřed) v Tsushima Strait, který odděluje Japonsko a Jižní Koreu. Oranžový odstín (vlevo) je v korejských městských osvětleních, kde se pro pouliční osvětlení obvykle používají sodíkové výbojky . V Japonsku (vpravo) se pro osvětlení běžněji používají rtuťové výbojky , které mají nazelenalý odstín.
| Koncepty | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Způsob výskytu |
| ||||||||||||||
| Jiné zdroje světla | |||||||||||||||
| Druhy osvětlení | |||||||||||||||
| Osvětlovací tělesa |
| ||||||||||||||
| Související články | |||||||||||||||