Ртутные лампы

      Традиционные люминесцентные лампы – это лампы низкого давления. Разряд в них происходит при давлении паров ртути не более 0,1 мм ртутного столба или 10 паскалей (Па). Спектр излучения разряда при таких давлениях имеет линейчатый характер, причем, как уже было сказано, до 80% мощности разряда приходится на две УФ линии: 257 и 185 нм, а на долю пяти линий видимой части спектра лишь около 2%.

      Если давление паров ртути повышается, то вначале все линии «расплываются» и превращаются в полосы, затем происходит перераспределение энергии: излучение в УФ области ослабевает, а в видимой – увеличивается. При давлении паров ртути около 1000 мм ртутного столба доля видимого излучения возрастает настолько, что световая отдача разряда достигает 20–25 лм/Вт, то есть становится больше, чем у ламп накаливания общего назначения. Но при этом все видимое излучение сосредоточено в сине-зеленой части спектра, а желтый и красный свет отсутствуют полностью. Многим знаком свет медицинских УФ облучателей – довольно неприятного сине-зеленого цвета, сильно искажающий вид освещаемых предметов и человеческих лиц. В этих облучателях применяются как раз ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (дуговая, ртутная, трубчатая).

    Несмотря на относительное ослабление доли УФ излучения, оно все же остается в спектре разряда в довольно большом количестве (около 40% подводимой к разряду мощности). Также как и в люминесцентных лампах низкого давления, это излучение с помощью люминофора может быть превращено в видимое. Но если в обычных люминесцентных лампах температура стенок колбы лишь немногим выше температуры окружающего воздуха, то в лампах высокого давления размеры колб гораздо меньше, и температура на стенках достигает 500–600 °С. Найти люминофоры, эффективно работающие при таких температурах, до сих пор не удалось.

      Проблему решили в начале 50-х годов прошлого века. Малогабаритную ртутную лампу высокого давления поместили внутрь другой, значительно большей по размеру колбы, а уже на внутреннюю поверхность этой колбы стали наносить люминофор, имеющий наибольшую эффективность при температуре 200–300 °С и излучающий преимущественно в красной области. Сейчас в качестве люминофора чаще всего применяют фосфат-ванадат иттрия, активированный европием. С 1952 года начался массовый выпуск таких ламп ведущими мировыми производителями – General Electric, Philips, Osram. Сегодня по объему выпуска ртутные лампы высокого давления с люминофором занимают третье место после ламп накаливания и люминесцентных ламп.  

   На рисунке показано устройство лампы. Разрядная трубка 1 («горелка») из кварца держателями 2 из достаточно толстой никелевой проволоки закреплена на ножке 3 (у мощных ламп горелка поддерживается еще и пружинящим держателем 4, упирающимся во внешнюю колбу). Ножка герметично впаяна во внешнюю колбу 5, покрытую изнутри слоем люминофора 6. В ртутных лампах высокого давления используются самокалящиеся электроды 7 в виде спирали, навитой на вольфрамовый стержень (керн) и покрытой активирующим веществом. Кроме основных электродов 7, в лампах имеются поджигающие электроды 8, расположенные вблизи основных и электрически соединенные с противоположными электродами через ограничительные сопротивления 9. На внешней колбе с помощью высокотемпературной мастики крепится стандартный резьбовой цоколь 10. Между горелкой и цоколем крепится тепловой экран 11 (обычно из слюды). Внутренний объем горелки заполнен инертным газом аргоном с давлением от 10 до 50 мм ртутного столба (в зависимости от мощности лампы) и ртутью.    

    В отличие от люминесцентных ламп, в которых ртуть всегда находится в жидком состоянии, в лампах высокого давления количество ртути строго дозировано, и при работе ламп ртуть в горелках находится только в газообразном состоянии при давлении паров 1000–1500 мм ртутного столба (1,5 – 2 атмосферы). Для получения таких высоких давлений паров ртути температура стенок горелки должна быть не менее 500 °С. Поэтому горелки ламп высокого давления делают только из кварца. Пространство между горелкой и внешней колбой заполняется газом (техническим аргоном).   

        Ртутные лампы высокого давления с люминофором выпускаются мощностью 80, 125, 250, 400, 700 и 1000 Вт; изредка встречаются лампы мощностью 50 и 2000 Вт. Лампы мощностью 50, 80 и 125 Вт выпускаются с цоколем Е27, более мощные – с цоколем Е40. Потери мощности в дросселях, как правило, составляют не больше 10%. В таблице даны усредненные параметры ртутных ламп высокого давления с люминофором. Световая отдача современных ламп – от 40 до 60 лм/Вт; срок службы – до 24 000 часов. По этим параметрам ртутные лампы высокого давления значительно превосходят лампы накаливания, что и предопределило их очень широкое распространение.

    Кроме высокой световой отдачи и большого срока службы, ртутные лампы высокого давления имеют и другие достоинства: относительная компактность; простота включения; широкий диапазон мощностей; очень слабая зависимость параметров от окружающей температуры. Недостатки таких ламп:  

1. Низкое качество цветопередачи (Ra= 45–50; у иностранных ламп Delux и Super Delux – не выше 55).
2. Большие пульсации светового потока (65–75%).
3. Большое время разгорания (до 10 минут).
4. Невозможность повторного включения горячей лампы – если лампа случайно погасла, снова включить ее можно только после остывания горелки.
5. Высокая температура на внешней колбе (250–300 °С).       
6. Большие размеры, затрудняющие эффективное перераспределение света с помощью отражателей приемлемых размеров.

         Ртутные лампы высокого давления широко применяются там, где не требуется высокого качества цветопередачи – в уличном освещении, на складах, на промышленных предприятиях (при наличии вращающихся деталей – с обязательным включением соседних светильников в разные фазы).