Ксеноновая дуговая лампа

Ксеноновая дуговая лампа — источник искусственного света, в котором светится электрическая дуга в колбе, заполненной ксеноном. Дает яркий белый свет, близкий по спектру к дневному.

Ксеноновые лампы можно разделить на следующие категории:

• Длительной работы с короткой дугой
• Длительной работы с длинной дугой
• Ксеноновая лампа-вспышка

Лампа состоит из колбы из обычного или кварцевого стекла с вольфрамовыми электродами с каждого конца. Колба вакуумируется и затем заполняется ксеноном. Ксеноновые лампы-вспышки имеют третий поджигающий электрод, опоясывающий колбу.

История и применение

Ксеноновая лампа с короткой дугой была изобретена в 1940-х годах в Германии и представлена в 1951 году компанией Osram. Лампа нашла широкое применение в кинопроекторах, откуда вытеснила преимущественно угольные дуговые лампы. Лампа дает яркий белый свет, близкий к дневному спектру, но имеет достаточно невысокий КПД. На сегодняшний день практически во всех пленочных и цифровых кинопроекторах используются ксеноновые лампы мощностью от 450 Вт до 18 кВт. Лампы в проекторах IMAX могут достигать мощности в 15 кВт в одной лампе.

Конструкция лампы

Во всех современных ксеноновых лампах используется колба из кварцевого стекла с электродами из вольфрама, легированного торием. Кварцевое стекло — это единственный экономически приемлемый оптически прозрачный материал, который выдерживает высокое давление (25 атм в колбе ламп для IMAX) и температуру. Для специальных задач применяют изготовление колбы лампы из сапфира. Это расширяет спектральный диапазон излучения в сторону коротковолнового ультрафиолета и также приводит к увеличению срока службы лампы. Легирование электродов торием сильно увеличивает эмиссию ими электронов. Так как коэффициент теплового расширения кварцевого стекла и вольфрама различаются, вольфрамовые электроды вварены в полосы из чистого молибдена или инвара, которые вплавлены в колбу. В ксеноновой лампе анод при работе очень сильно нагревается потоком электронов, поэтому лампы большой мощности нередко имеют жидкостное охлаждение.

Для повышения эффективности лампы ксенон находится в колбе под высоким давлением (до 30 атм), что накладывает особые требования по безопасности. При повреждении лампы осколки могут разлететься с огромной скоростью. Обычно лампа транспортируется в специальном пластиковом контейнере, который снимается с лампы только после установки лампы на место и надевается на лампу при её демонтаже. При работе лампы колба подвергается значительным перепадам температуры, в результате чего к концу срока службы колба становится более хрупкой. Из соображений безопасности производители ксеноновых дуговых ламп рекомендуют использовать защитные очки при обслуживании лампы. При замене ламп IMAX рекомендуется надевать защитный костюм.

Принцип работы

В ксеноновой лампе основной поток света излучается плазмой возле катода. Светящаяся область имеет форму конуса, причём яркость её свечения падает по мере удаления от катода по экспоненте. Спектр ксеноновой лампы приблизительно равномерный по всей области видимого света, близкий к дневному свету. В лампах высокого давления могут быть несколько пиков вблизи инфракрасного диапазона, примерно 850—900 нм, которые могут составлять до 10 % всего излучения по мощности.

Существуют также ртутно-ксеноновые лампы, в которых кроме ксенона в колбе находятся пары ртути. В них светящиеся области есть как возле катода, так и возле анода. Они излучают голубовато-белый свет с сильным выходом ультрафиолета, что позволяет использовать их для физиотерапевтических целей, стерилизации и озонирования.

Благодаря малым размерам светящейся области ксеноновые лампы могут использоваться как точечный источник света, позволяющий производить достаточно точную фокусировку, а хороший спектр обуславливает широкое применение в кино- и фотосъёмке. Ксеноновые лампы также используются в климатических камерах — установках, моделирующих солнечное излучение для испытания материалов на светостойкость.

Варианты исполнения

Короткодуговые лампы (шаровые лампы)

Наиболее распространены короткодуговые лампы. В них электроды расположены на небольшом расстоянии, а колба имеет шарообразную или близкую к шарообразной форму.

Керамические лампы

Ксеноновые короткодуговые лампы могут выпускаться в керамической оболочке со встроенным рефлектором. Благодаря этому лампа получается более безопасной, так как из стекла сделано только небольшое окно, через которое выходит свет, а также не требуется юстировка при установке и замене. В такой лампе может быть окно, как пропускающее ультрафиолетовое излучение, так и непрозрачное для него. Рефлекторы могут быть как параболическими (для получения параллельного светового потока) так и эллиптическими (для сфокусированного).

Длиннодуговые лампы (трубчатые лампы)

По конструкции длиннодуговые лампы отличаются от короткодуговых тем, что электроды дальше разнесены друг относительно друга, а колба имеет форму трубки. Ксеноновые лампы с длинной дугой требуют балласта меньших размеров, а в некоторых случаях могут использоваться без балласта. Такие лампы нередко устанавливаются в рефлектор в виде параболического цилиндра и используются для освещения больших открытых пространств (на железнодорожных станциях, заводах, складских комплексах и т. п.), а также для моделирования солнечного излучения, например при тестировании солнечных батарей, проверке материалов на светостойкость и т. д.

Требования к питанию

Ксеноновая лампа с короткой дугой имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Для поджига дуги требуется зажигающий импульс 15—30 кВ, а иногда и до 50 кВ. В рабочем режиме требуется точная регулировка напряжения и тока (чтобы не превысить номинальную электрическую мощность лампы), так как по мере прогрева лампы её сопротивление значительно уменьшается, и кроме того, возможно появление колебаний плазмы. При питании выпрямленным током необходимо, чтобы уровень пульсаций не превышал 10—12 %, так как колебания напряжения ускоряют износ электродов. Существуют разновидности ксеноновых ламп для переменного тока. Лампы с длинной дугой (например, отечественная ДКсТ) не столь требовательны к качеству питания и могут использоваться без балласта, требуя лишь пускатель.

Применение

Ксеноновые лампы чаще всего применяются в проекторах и в сценическом освещении, так как имеют очень хорошую цветопередачу. Благодаря малому размеру излучающей области они нашли применение в оптических приборах.

Начиная с 1991 года широкое распространение ртутно-ксеноновые лампы нашли в автомобильных фарах. Точнее, в автомобильных лампах основной световой поток формируют ртуть, соли натрия и скандия, а в атмосфере ксенона разряд происходит только на время запуска, до испарения других компонентов. Поэтому их стоит скорее относить к металлогалогенным лампам, однако при этом возникла бы путаница в названиях, так как в автомобильной светотехнике применяются также галогенные лампы накаливания. Стоит помнить, что при установке ксеноновых ламп необходимо также установить систему автоматической регулировки угла наклона фар и фароомыватели, во избежание ослепления встречных водителей.

• FIL-107.jpg

  Советская вспышка с фотоловушкой FIL-107

• Audi limousine fleet (Berlin Film Festival 2010).jpg

  Ксеноновые фары на автомобилях.

• The Many Colors of Electric Lights.jpg

  Вид из космоса: рыбаки приманивают тихоокеанских кальмаров ксеноновыми лампами ярко-голубого цвета (в центре) в Цусимском проливе, разделяющем Японию и Южную Корею. Оранжевый оттенок (слева) имеют огни корейских городов, где для освещения улиц используются, как правило, натриевые газоразрядные лампы. В Японии (справа) для освещения применяются чаще ртутные газоразрядные лампы, имеющие зеленоватый оттенок.

Ссылки

• Ксеноновая дуговая лампа — статья из Большой советской энциклопедии.

Отрывок, характеризующий Ксеноновая дуговая лампа

И начиная с французской революции разрушается старая, недостаточно великая группа; уничтожаются старые привычки и предания; вырабатываются, шаг за шагом, группа новых размеров, новые привычки и предания, и приготовляется тот человек, который должен стоять во главе будущего движения и нести на себе всю ответственность имеющего совершиться.
Человек без убеждений, без привычек, без преданий, без имени, даже не француз, самыми, кажется, странными случайностями продвигается между всеми волнующими Францию партиями и, не приставая ни к одной из них, выносится на заметное место.
Невежество сотоварищей, слабость и ничтожество противников, искренность лжи и блестящая и самоуверенная ограниченность этого человека выдвигают его во главу армии. Блестящий состав солдат итальянской армии, нежелание драться противников, ребяческая дерзость и самоуверенность приобретают ему военную славу. Бесчисленное количество так называемых случайностей сопутствует ему везде. Немилость, в которую он впадает у правителей Франции, служит ему в пользу. Попытки его изменить предназначенный ему путь не удаются: его не принимают на службу в Россию, и не удается ему определение в Турцию. Во время войн в Италии он несколько раз находится на краю гибели и всякий раз спасается неожиданным образом. Русские войска, те самые, которые могут разрушить его славу, по разным дипломатическим соображениям, не вступают в Европу до тех пор, пока он там.
По возвращении из Италии он находит правительство в Париже в том процессе разложения, в котором люди, попадающие в это правительство, неизбежно стираются и уничтожаются. И сам собой для него является выход из этого опасного положения, состоящий в бессмысленной, беспричинной экспедиции в Африку. Опять те же так называемые случайности сопутствуют ему. Неприступная Мальта сдается без выстрела; самые неосторожные распоряжения увенчиваются успехом. Неприятельский флот, который не пропустит после ни одной лодки, пропускает целую армию. В Африке над безоружными почти жителями совершается целый ряд злодеяний. И люди, совершающие злодеяния эти, и в особенности их руководитель, уверяют себя, что это прекрасно, что это слава, что это похоже на Кесаря и Александра Македонского и что это хорошо.
Тот идеал славы и величия, состоящий в том, чтобы не только ничего не считать для себя дурным, но гордиться всяким своим преступлением, приписывая ему непонятное сверхъестественное значение, – этот идеал, долженствующий руководить этим человеком и связанными с ним людьми, на просторе вырабатывается в Африке. Все, что он ни делает, удается ему. Чума не пристает к нему. Жестокость убийства пленных не ставится ему в вину. Ребячески неосторожный, беспричинный и неблагородный отъезд его из Африки, от товарищей в беде, ставится ему в заслугу, и опять неприятельский флот два раза упускает его. В то время как он, уже совершенно одурманенный совершенными им счастливыми преступлениями, готовый для своей роли, без всякой цели приезжает в Париж, то разложение республиканского правительства, которое могло погубить его год тому назад, теперь дошло до крайней степени, и присутствие его, свежего от партий человека, теперь только может возвысить его.
Он не имеет никакого плана; он всего боится; но партии ухватываются за него и требуют его участия.
Он один, с своим выработанным в Италии и Египте идеалом славы и величия, с своим безумием самообожания, с своею дерзостью преступлений, с своею искренностью лжи, – он один может оправдать то, что имеет совершиться.
Он нужен для того места, которое ожидает его, и потому, почти независимо от его воли и несмотря на его нерешительность, на отсутствие плана, на все ошибки, которые он делает, он втягивается в заговор, имеющий целью овладение властью, и заговор увенчивается успехом.
Его вталкивают в заседание правителей. Испуганный, он хочет бежать, считая себя погибшим; притворяется, что падает в обморок; говорит бессмысленные вещи, которые должны бы погубить его. Но правители Франции, прежде сметливые и гордые, теперь, чувствуя, что роль их сыграна, смущены еще более, чем он, говорят не те слова, которые им нужно бы было говорить, для того чтоб удержать власть и погубить его.
Случайность, миллионы случайностей дают ему власть, и все люди, как бы сговорившись, содействуют утверждению этой власти. Случайности делают характеры тогдашних правителей Франции, подчиняющимися ему; случайности делают характер Павла I, признающего его власть; случайность делает против него заговор, не только не вредящий ему, но утверждающий его власть. Случайность посылает ему в руки Энгиенского и нечаянно заставляет его убить, тем самым, сильнее всех других средств, убеждая толпу, что он имеет право, так как он имеет силу. Случайность делает то, что он напрягает все силы на экспедицию в Англию, которая, очевидно, погубила бы его, и никогда не исполняет этого намерения, а нечаянно нападает на Мака с австрийцами, которые сдаются без сражения. Случайность и гениальность дают ему победу под Аустерлицем, и случайно все люди, не только французы, но и вся Европа, за исключением Англии, которая и не примет участия в имеющих совершиться событиях, все люди, несмотря на прежний ужас и отвращение к его преступлениям, теперь признают за ним его власть, название, которое он себе дал, и его идеал величия и славы, который кажется всем чем то прекрасным и разумным.
Как бы примериваясь и приготовляясь к предстоящему движению, силы запада несколько раз в 1805 м, 6 м, 7 м, 9 м году стремятся на восток, крепчая и нарастая. В 1811 м году группа людей, сложившаяся во Франции, сливается в одну огромную группу с серединными народами. Вместе с увеличивающейся группой людей дальше развивается сила оправдания человека, стоящего во главе движения. В десятилетний приготовительный период времени, предшествующий большому движению, человек этот сводится со всеми коронованными лицами Европы. Разоблаченные владыки мира не могут противопоставить наполеоновскому идеалу славы и величия, не имеющего смысла, никакого разумного идеала. Один перед другим, они стремятся показать ему свое ничтожество. Король прусский посылает свою жену заискивать милости великого человека; император Австрии считает за милость то, что человек этот принимает в свое ложе дочь кесарей; папа, блюститель святыни народов, служит своей религией возвышению великого человека. Не столько сам Наполеон приготовляет себя для исполнения своей роли, сколько все окружающее готовит его к принятию на себя всей ответственности того, что совершается и имеет совершиться. Нет поступка, нет злодеяния или мелочного обмана, который бы он совершил и который тотчас же в устах его окружающих не отразился бы в форме великого деяния. Лучший праздник, который могут придумать для него германцы, – это празднование Иены и Ауерштета. Не только он велик, но велики его предки, его братья, его пасынки, зятья. Все совершается для того, чтобы лишить его последней силы разума и приготовить к его страшной роли. И когда он готов, готовы и силы.
Нашествие стремится на восток, достигает конечной цели – Москвы. Столица взята; русское войско более уничтожено, чем когда нибудь были уничтожены неприятельские войска в прежних войнах от Аустерлица до Ваграма. Но вдруг вместо тех случайностей и гениальности, которые так последовательно вели его до сих пор непрерывным рядом успехов к предназначенной цели, является бесчисленное количество обратных случайностей, от насморка в Бородине до морозов и искры, зажегшей Москву; и вместо гениальности являются глупость и подлость, не имеющие примеров.
Нашествие бежит, возвращается назад, опять бежит, и все случайности постоянно теперь уже не за, а против него.
Совершается противодвижение с востока на запад с замечательным сходством с предшествовавшим движением с запада на восток. Те же попытки движения с востока на запад в 1805 – 1807 – 1809 годах предшествуют большому движению; то же сцепление и группу огромных размеров; то же приставание серединных народов к движению; то же колебание в середине пути и та же быстрота по мере приближения к цели.
Париж – крайняя цель достигнута. Наполеоновское правительство и войска разрушены. Сам Наполеон не имеет больше смысла; все действия его очевидно жалки и гадки; но опять совершается необъяснимая случайность: союзники ненавидят Наполеона, в котором они видят причину своих бедствий; лишенный силы и власти, изобличенный в злодействах и коварствах, он бы должен был представляться им таким, каким он представлялся им десять лет тому назад и год после, – разбойником вне закона. Но по какой то странной случайности никто не видит этого. Роль его еще не кончена. Человека, которого десять лет тому назад и год после считали разбойником вне закона, посылают в два дня переезда от Франции на остров, отдаваемый ему во владение с гвардией и миллионами, которые платят ему за что то.