Металлогалогенные лампы: территория излучающих металлов

Статья посвящена металлогалогенным лампам, особенностям их конструкции, работы и применения.

Встречая термин «металлогалогенная лампа», у большинства возникают ассоциации с лампой накаливания, ее разновидностью с галогенным циклом. Сейчас это наиболее распространенное заблуждение. Особенно, когда после протестов химиков, изменили уже устоявшееся название «металлогалоидная» на «металлогалогенную». Не вдаваясь в лингвистические споры, договоримся, что речь пойдет об одном из представителей газоразрядных ламп.

Представитель этот достаточно капризный, дорогой и опасный. Тем не менее, уже более четырех десятилетий подобные источники света выпускают в широком ассортименте ведущие светотехнические фирмы. Годовой объем производства металлогалогенных ламп только фирмой «OSRAM» составляет более 10 млн. штук. Если к этому количеству добавить еще продукцию «General Electric» и «Philips», то станет понятно, что подобные лампы пользуются значительным спросом.

Чем же примечателен данный тип ламп, если потребитель мирится с высокой ценой и сложностью эксплуатации? Ответ прост: при использовании металлогалогенных ламп цветное изображение передается с минимальными искажениями, или, как говорят светотехники, лампы имеют высокий индекс цветопередачи.

Просматривая телевизионные программы, мы не задумываемся о том, сколько ухищрений требуется, чтоб картинка на цветном экране выглядела естественной. Глаз человека имеет различную чувствительность к разным частям спектра. Свою нелинейную спектральную чувствительность имеют фотоприемники телевизионных камер. Если сюда добавить еще источник света с плохой цветопередачей, то видео инженеры в студиях могут свихнуться. Ведь и сейчас всех людей в обязательном порядке гримируют для получения естественного цвета кожи.

Свойство излучать в видимой области свет, близкий по спектру к солнечному, и обеспечило незаменимость металлогалогенных ламп. Конструкция подобных ламп похожа на привычные лампы типа ДРЛ (ртутные люминесцентные) или натриевые (в случае керамических горелок). А вот механизмы излучения несколько сложнее.

Прежде чем переходить к особенностям работы, коротко рассмотрим конструктивные особенности металлогалогенных ламп (МГЛ).

Сердцем лампы является разрядная камера, которая изготавливается из оптического кварцевого стекла или керамики. В случае керамики применяется поликор. Поликор – это поликристаллическая керамика из окиси алюминия, стойкая к высоким температурам и действию агрессивных щелочных металлов.

Разрядная камера (горелка) помещена во внешнюю колбу из вольфрамового стекла, позволяющего максимально согласовать температурный коэффициент расширения материала токовых вводов с ТКР стекла. Форма внешних колб столь же разнообразна, как и типы цоколей ламп. Как правило, геометрия колб диктуется конструкцией светильника, в котором МГЛ будет эксплуатироваться. Распространены колбы эллиптической формы и цилиндрические, так называемое софитное исполнение.

Схемы включения типичны для газоразрядных ламп. Но для МГЛ, помимо электромагнитного или электронного ПРА, требуется еще поджигающее устройство. Попытки реализовать в МГЛ с кварцевой горелкой цепи поджига с использованием вспомогательных электродов закончились неудачей. После первоначального технологического отжига горелок наполняющие ее добавки конденсировались в заэлектродном пространстве и шунтировали поджигающую цепь. Поэтому схема включения МГЛ аналогична схеме для натриевых ламп.

В руководстве по эксплуатации на эти источники света часто приводится требование ориентации ламп с кварцевой горелкой «носиком» отпаечного штенгеля вверх. Как правило, такое требование относится к лампам для применения в особо ответственных условиях и с двумя цоколями. Цоколя с резьбой типа Е27 и Е40 обеспечить такую ориентацию не в состоянии.

Смысл этого требования состоит в том, что штенгель (трубка, через которую производится откачка и дозировка горелок) после отпайки выступает над поверхностью и имеет более низкую температуру, чем основная поверхность кварцевой горелки. Даже такое незначительное нарушение геометрии может влиять на процессы в разряде и изменить цветовые параметры ламп.

При изготовлении в горелку дозируется, кроме ртути и аргона, таблетка, состоящая из смеси иодидов трех металлов. Соединения индия, таллия и натрия, с яркими линиями излучения в синей, зеленой и желтой областях спектра, в результате дают теплый белый свет.

Но только при одном условии: температура самой холодной точки горелки должна быть строго определенной в течении срока службы для обеспечения парциального давления каждой компоненты в разряде.

Эту температуру (и основные электрические параметры дуги разряда) определяет количество ртути, которое дозируется в горелку. Дуговой разряд проходит в ненасыщенных парах ртути (вся ртуть испаряется) и насыщенных парах излучающих примесей. При таких условиях малейшее отклонение в геометрии горелок или количестве ртути вызывает изменение температуры холодной зоны горелки. Нарушается концентрация каждого металла в разряде и, соответственно, спектр лампы.

Высокий индекс цветопередачи металлогалогенной лампы – это результат баланса «на лезвии ножа»: как только взаимное соотношение каждой из компонент нарушится, лампа для дальнейшего использования в ответственных применениях становится непригодной. А освещать дороги или производственные площади подобными лампами– удовольствие дорогое.

В каких же областях не могут обойтись без металлогалогенных ламп? Прежде всего, это студийное освещение, полиграфия и текстильная промышленность. Если рассматривать весь спектр применений, то это подсветка витрин, освещение картинных галерей и музеев. Верхняя граница мощностей – прожекторные системы. Они применяются для архитектурной подсветки зданий и сооружений, стадионов, освещения карьерных разработок. Мощность ламп колеблется от 20 до 18000 Вт, напряжение питания 220 и 380 В.

Интересным было бы использование металлогалогенных ламп в автомобильных фарах. Возможность коррекции спектра от тепло-белого до желтого выгодно отличает их от ксенонового разряда с его холодно-белым цветом. Но препятствием служит довольно длительное время выхода на рабочий режим ламп. Время «разгорания» определяется периодом прогрева холодной точки горелки и составляет от нескольких до десяти минут в зависимости от мощности лампы.

Заканчивая рассказ об этом типе ламп, хочется сделать предостережение. Лампы МГЛ не нашли применения для бытового освещения в силу сложности схем питания. Но есть еще одна причина, по которой их никогда не стоит применять в бытовом секторе. В состав горелок, помимо ртути, входит соединение таллия, токсичность которого значительно превышает ртуть. Таллий и его соединения – это сильнейший яд, поражающий нервную систему, почки и т.д.

Поэтому нужно быть чрезвычайно осторожным в случаях, если в ваши руки попадает незнакомый тип ламп. В силу распространенности МГЛ такая возможность велика, а последствия могут быть печальными.