Descoperirile sunt adesea făcute atunci când inventatorii privesc problema dintr-o parte neconvențională, neașteptată. O soluție descoperită poate necesita o abordare care contravine înțelepciunii convenționale. În special, dezvoltarea unui bec cu sulf cu putere de descărcare în microunde este un astfel de exemplu.
Valid încercările de a explora sursele de lumină cu un conținut de sulf au fost făcute cu mult înainte de apariția lămpilor sulfurici, dar au adus nimic, și au fost evaluate ca nepromițătoare. Se credea, de exemplu, că adăugarea de evacuare a vaporilor de sulf - elementul electronegativ - poate duce la încetarea deversării (probabil multe cunoscute așa-numitul gaz izolant. - gaz SF6 electronegative care servește pentru a preveni dezvoltarea unui puternic interrupters curent cu arc). Principala problemă în acest sens este că sulful este un element chimic activ, care la temperaturi ridicate cauzează eroziunea rapidă a electrozilor. În plus, eficiența evacuărilor de sulf în aceste prime experimente sa dovedit a fi destul de mică.
Sulful (cu mult înainte de lampa sulfuric) a atras atenția fizicienilor, astfel încât, în primele studii cu descărcare la presiune scăzută, a relevat un S2 marcat molecule de radiație în apropierea ultraviolet în intervalul 2,800 - 4,000 Å [1, 2]. Evident, se poate presupune că sulful va înlocui mercurul în lămpile fluorescente.
Sulful ar putea fi un candidat bun ca radiator în spectrul apropiat de UV din mai multe motive. Astfel, presiunea totală a vaporilor de molecule Sn (n = 8, 7 ... 2) variază de la 10 la 7 Torr la o temperatură de 276 K
1 Torr la 462 K [3]. Prin urmare, la temperaturi de 160-200 ° C, s-ar putea crea condiții favorabile pentru descărcarea la presiune scăzută - auto-absorbția radiațiilor în acest caz este mică. In plus, gama de radiatii de 2800-4000 Å este perfect pentru excitant fosfor, având în vedere pierderile scăzute în transformarea acestor radiații în lumină vizibilă (așa numita pierdere Stokes). În cele din urmă, vaporii de sulf practic nu interacționează cu tuburile cu descărcare în cuarț.
Trebuie remarcat că chiar și la temperaturi
160-200 ° C, presiunea de echilibru a moleculelor S2. în general, neglijabilă. De exemplu, la temperatura camerei vaporii constau în principal din inele S8 [4]. La o temperatură de
160 ° C Vaporii de sulf sunt supuse unor modificari de stat - inelul rupt S8 (forma cu catenă deschisă S8), dar fracțiunea de echilibru moleculele S2 sunt încă foarte mici - mult mai mici decât 10 -3. Chiar și la temperaturi de aproximativ 200 ° C, perechile constau în esență numai din lanțuri moleculare de S8. S7. S6 și S5. Dar într-o descărcare de gaz, aceste lanțuri deschise se descompun în coliziuni cu electroni de moleculele S2. și predomină în radiațiile de descărcare.
Eficiența conversiei într-o emisie optică de evacuare (în experiment a fost folosit de înaltă frecvență (10,6 MHz) de excitație a descărcării) a fost măsurat, de exemplu, în [5]. Din păcate, s-a dovedit a fi destul de mică - numai până la 13% din energia de intrare a fost transformată în radiație UV maximă (adică în cele mai optime condiții de descărcare). Interesant, a fost investigat și o descărcare de curent continuu folosind electrozi special fabricați (oțeluri speciale acoperite cu cupru sau platină) [6]. Cu toate acestea, în acest caz, eficiența maximă obținută sa dovedit a fi de numai 17%.
De exemplu, Figura 1 prezintă spectrul de radiație al unei descărcări DC într-un tub cu diametrul interior de 20 mm, folosind argonul drept gaz tampon [6].
Fig. 1. Spectrul de emisie al unei descărcări de sulf-argon la un curent de 117 mA
Reamintim că, în condițiile tipice pentru lămpi fluorescente, de exemplu, linii de emisie în jurul 2536 Å este de 60% din energia depozitată în evacuare. După cum se poate observa din figura 1, emisia maximă de descărcare de sulf-argon este în regiunea de 3100 Å. Având în vedere că toate radiațiile sunt concentrate în intervalul 3200-3300 Å, obținem o reducere maximă posibilă a pierderilor Stokes în 3300/2536 = de 1,3 ori. Astfel, pentru a se potrivi cu performanța de descărcare mercur argon, cu descărcare de sulf argon este necesară pentru a avea o eficiență de aproximativ 45%, ceea ce este mult mai mare decât cele obținute în prima valoare experimente.
Fig. 2. Exemple de spectre de radiație ale diferitelor lămpi
Fig. 3. Iluminarea tranziției dintre clădirile Departamentului de Energie al SUA din Washington
Dispozitivul unei lămpi cu sulf, în general, este destul de complicat. Schematic este arătat în figura 4.
Fig. 4. Componentele principale ale lămpii cu sulf
Sursa radiației luminoase este un bec sferic de cuarț umplut cu pulbere de sulf și un gaz tampon inert. Emitatoare de evacuare într-un amestec de vapori de sulf și gazul tampon (de obicei, argon) este excitat de microunde radiații de la vym magnetron răcit de un ventilator special. Un balon cu diametrul de 30-50 mm este închis într-o cavitate din plasă de sârmă. Din magnetron printr-un ghid de undă (în esență, la fel ca în cuptoare cu microunde acasă) frecvența cu microunde de 2,45 GHz este alimentat în cavitatea rezonator. Această radiație excizează descărcarea în vas, în urma căreia gazul tampon și bulbul sunt încălzite, la rândul său, încălzind și evaporând sulful. Apoi se formează un volum strălucitor de plasmă strălucitoare, a cărui radiație este deja determinată aproape exclusiv de vapori de sulf.
Deoarece încălzirea este foarte semnificativă (temperatura peretelui bulbului poate atinge 1000 ° C), este necesară o răcire forțată. Acest lucru se realizează atât prin rotirea becului cu un motor electric, cât și prin curgerea aerului.
Becul este, de obicei, plasat în centrul unui reflector parabolic. Emitatoare lămpi de tip bulb în rezonatorul grila sulfuric este prezentat în figura 5. rezonator (în acest caz, de formă cilindrică) trebuie să îndeplinească trei funcții - pentru a forma un anumit mod de unde electromagnetice să fie opac la radiații cu microunde și să ofere un minimum de pierderi de radiații optice. În concluzie, menționăm că intervalul de temperatură de funcționare al lămpilor este de -20 ... 60 ° С [10].
Fig. 5. Flacon de radiație a unei lămpi de sulf "aprins" într-un rezonator cu plasă cilindrică
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: