Sodyum lambalar: evcilleştirilmiş kimyasal elementin baskınlığı

Makale, yüksek basınçlı sodyum lambaların tasarımı ve uygulamasını tartışıyor.

Bugün gökbilimciler için zor. Gökyüzünde teleskoplar tarafından nereye yönlendirilirlerse yönlendirilsinler, sodyum ve cıva çizgileri her zaman yıldız spektrumlarının fotoğraflarında bulunacaktır. Bu spektrumlar yıldızların bu kimyasal elementler açısından zengin olduğunu hiç kanıtlamaz. Nedeni tamamen dünyevidir: yüksek yoğunluklu deşarj lambaları yardımıyla şehirlerin ve otoyolların dış mekan aydınlatması, hassas astronomik aletlerin insan yapımı “yıldızların” ışığını yakaladığı atmosferin o kadar güçlü bir aydınlatmasını yaratır.

Sokak aydınlatmasına en büyük katkı ve astronomik gözlemlerin önündeki en büyük engel bugün yüksek basınçlı sodyum lambalar. Onlar hakkında ve bu malzemede tartışılacak.

Her şeyden önce, neden tam olarak yüksek basınç? Gerçek şu ki, civa basıncı düşük olan deşarj tüpü lambaları savaş öncesi dönemde ortaya çıktı. Floresan lambalar hızla yaygınlaştı. Ancak sodyum buharında uzun süre deşarj, düşük sıcaklıklarda sodyumun düşük kısmi basıncı nedeniyle elde edilemedi.

Bir dizi teknolojik numaradan sonra, fark düşük basınçta çalışan sodyum lambalar yaratmaktır. Ancak karmaşık tasarım nedeniyle yaygın olarak kullanılmadılar. Daha şanslı bir kader yüksek basınçlı sodyum lambalar (NLVD). Kuvars cam kabukta lamba yaratmaya yönelik ilk girişimler başarısızlıkla sonuçlandı. Yüksek sıcaklıklarda, sodyumun kimyasal aktivitesi artar. Atomlarının hareketliliği (difüzyon) da büyüyor. Bu nedenle, kuvars brülörlerinde, sodyum hızla kuvars içerisine nüfuz ederek brülör kabuğunu tahrip eder.

Durum, 60'ların başında General Electric, yüksek sıcaklıklarda sodyum buharında çalışabilen yeni bir seramik malzemenin patentini aldı. “Lukalos” markasını aldı. Bu seramikler olarak bilinir "Polycor". Seramikler, alümina tozunun yüksek sıcaklıkta sinterlenmesi ile yapılır.

Alümina, oksidasyon reaksiyonunun koşullarına bağlı olarak kristal kafesin 10'dan fazla değişikliğine sahiptir. Aydınlatma amaçları için, sadece bir modifikasyon uygundur - kristalde en yoğun atom ambalajına sahip oksidin alfa formu. Sinterleme işlemi veya daha ziyade seramiklerin “büyümesi” çok karamsar. Gerçekten de, sodyum buharına kimyasal dirence ek olarak, seramikler yüksek şeffaflığa sahip olmalıdır. Deşarj tüpünün (brülör) duvarlarında ışığın çoğu kaybolursa, lamba yapmanın anlamı nedir?

Sodyum lambaların seramik brülörü, diğer gaz deşarj ışık kaynaklarından ana ayırt edici özelliktir. 1000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çalışan seramikler, on binlerce saat boyunca sodyum tutabilir. Ancak bu, sodyumun dış şişenin hacmine dışa doğru nüfuz edemeyeceği anlamına gelmez.

Yoğun bir kristal kafes, atomların seramikler yoluyla difüzyonunu gerçekten engeller. Ancak kristalin alüminyum oksit blokları, amorf, cam benzeri interfaz seramiklerle birbirine "bağlanır". Herhangi bir malzemede kaçınılmaz olan polikor kristallerinin ve safsızlıkların büyümesini sınırlayan katkı maddelerinden oluşur.Kristallerin sınırları boyunca geçirgenlik bir kristal kafesden çok daha yüksektir. Bu nedenle, sodyum lambaların ömrü, kristaller arası malzemeden sodyum kaybı ile kesin olarak belirlenir.

Sodyum lambalar için kullanılır ve daha iyi safir olarak bilinen tekli alüminyum oksit kristalleri - “monocor”.Böyle bir malzemeden yapılmış tahliye boruları çok yüksek bir geçirgenliğe, sodyum difüzyonuna karşı yüksek dirence sahiptir, ancak anizotropik (farklı yönler) mekanik özellikler, yüksek sıcaklıklı çimentolarla brülörlerin kapatılmasını zorlaştırır. Ek olarak, polikristalin brülörlerden belirgin şekilde daha pahalıdırlar.

Sodyum lamba brülörü, lambanın ilk ateşlenmesini kolaylaştırmak için üzerine bir emisyon kaplamasının uygulandığı sadece iki elektrot içerir. İnert bir gaz (genellikle yaklaşık 20 mm Hg basınçta ksenon) ve sodyum içeren bir cıva amalgamı (alaşımı), brülöre sıkıca sabitlenmiş bileşim ve büyüklükte bir top şeklinde dozlanır.

Lamba ömrü doğrudan brülörün ömrü ile ilgilidir. Ve bu da, sodyum stoğu ve elektrotlardaki emisyon bileşimi ile belirlenir. Zamanla sodyum seramiklerden sızar ve bu da brülördeki voltajda bir artışa yol açar ve bu da moda girdikten hemen sonra lambanın sönmesine neden olur.

Soğuduktan sonra lamba tekrar sönmek için tekrar yanıp söner. Sık çalışma (kısa açma-kapama çevrimleri), elektrotlar üzerinde yayıcı - emisyon kompozisyonunun hızlandırılmış tüketimine yol açar ve lamba arızalanır.

Brülör, traversler (destekler) üzerine refrakter camdan yapılmış harici bir şişeye monte edilmiştir. Tahliye ve sökme işleminden sonra, baz şişeye tutturulur (genellikle E27 veya E40). Dış şişenin hacmi boşaltılır. Daha yüksek bir vakum elde etmek için, ek olarak bir alıcı bileşimi - alıcı - püskürtülür.

Brülör yapısının (niyobyum, molibden) refrakter metallerini oksidasyondan korumak için brülörlerin vakum yalıtımı gereklidir. Ancak asıl görev konveksiyon ile ısı kaybını ortadan kaldırmaktır. Sonuçta, 1000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çalışan seramikler güçlü bir termal enerji kaynağı haline gelir. Yetersiz ısı yalıtımı ile lamba verimliliği düşer, ampul ve lamba tabanı aşırı ısınır.

Artık 35 ila 1000 watt arasında geniş bir sodyum lambası yelpazesi mevcuttur. Dış ampulün şekline ve uygulama özelliklerine göre üç ana sodyum lamba grubu ayırt edilebilir: tübüler ampullü DNaT, eliptik buzlu kabuklu DNaS ve ayna yansıtıcı kaplamalı DNaZ.

Uygulama hakkında yüksek basınçlı sodyum lambalar özel bir kayda değer değil: yerleşim yerlerinin sokak aydınlatması, meşgul otoyollar ve mimari toplulukların vurgulanması.

Lambalar DNaS ark cıva flüoresan lambalarının (DRL) yerine geliştirilmiştir. Şişenin eliptik şekline ek olarak, brülörleri doldurma özelliklerine sahiptirler: saf ksenon yerine, ateşlemeyi kolaylaştırmak için asil gazların bir karışımı (Penning karışımı) dozlanır. Bu tür lambalar, yüksek voltaj darbeleri üreten bir ateşleme cihazı olmadan çalıştırılır. Diğer sodyum lamba tipleri de benzer bir cihaza ihtiyaç duyar.

Lambalar DNAZ bitki fotosentezini hızlandırmak için endüstriyel seralarda uygulama buldu. Bu lambaların sodyum radyasyonu kullanan toplam kaynak sayısı içindeki payı nispeten azdır ve özel lambalara atfedilebilir.

Çok yüksek verimlilik ve iyi renk oluşturma ile düşük güçlü sodyum lambalar (35 ve 50 W) günlük yaşamda uygulamayı bulabilir. Nadir toprak metallerinin brülörüne katkı maddeleri, güneş ışığından neredeyse ayırt edilemeyen bir radyasyon spektrumu elde etmeyi mümkün kılar.

Ancak lambaların Aşil topuğu karmaşık bir güç düzeni değildir - modern elektronikler benzer bir problemle kolayca başa çıkabilir. Hızlanma ve çalışma moduna çıkış süresi, sodyum lambaların günlük yaşamdaki tüm avantajlarını ortadan kaldıran bir engeldir. Düşük güçlü lambalar 4-6 dakikaya gider ve tam parametreler 20-25 dakika içinde stabilize olur. Odaların aydınlatılmasında bu tür rahatsızlıklarla karşılaşmak için, nadiren herkes kabul eder.

Bugüne kadar dış mekan aydınlatması için pratik olarak başka alternatif ışık kaynağı yoktur.Sodyum lambalar bu nişi uzun süre işgal edecek, küçümseyici girişimlere bakıyor LED ışıklar gibi modern “başlangıçlar” bastırın.