Се́рная ла́мпа — источник света квазисолнечного спектра.

Высокоэффективная лампа с широким спектром излучения , генерируемого серой , находящейся в состоянии плазмы .

Принцип действия

Микроволновое излучение нагревает серу в атмосфере инертного газа аргона . Плазма серы излучает мощный свет со спектром, близким к спектру солнечного света, почти без инфракрасной и ультрафиолетовой составляющих. Спектр излучения серной лампы представляет собой сочетание атомарного и молекулярного спектров серы . Пропорция их зависит от интенсивности СВЧ поля накачки. Также в спектре присутствуют в небольшом количестве линии атомарного инертного газа.

Использование безэлектродного разряда , как источника оптического излучения в принципиальном плане предполагает наличие таких обязательных элементов как: собственно лампа с колбой той или иной конфигурации, генератор электромагнитных колебаний ( магнетрон ) и электродинамическая система, транспортирующая эту СВЧ -энергию к лампе и формирующая в зоне локализации лампы определенную стационарную или динамически изменяющуюся топографию СВЧ-электромагнитного поля. К этому «набору» обязательных элементов следует добавить некий формирователь диаграммы направленности полученного оптического излучения.

Менять цветовую температуру в некоторых пределах можно, меняя давление паров серы в колбе. Так, повышение давления с 4.4 до 12.1 Бар повышает длину волны максимума излучения с 470 до 570 нм, что соответствует снижению цветовой температуры с 6100 до 5100 К. Однако, доля видимого излучения при этом снижается более чем полтора раза: с 68% до примерно 41% .

История

В 70-е годы XX столетия в США на фирме Fusion System Corp. (FSC) были созданы и использованы в технологическом процессе УФ-сушки излучатели на основе безэлектродных СВЧ-разрядных ламп, главным образом с аргонно- ртутным наполнением. Излучатели работали с СВЧ-накачкой на частотах 915 и 2450 МГц .

В начале 90-х годов американские инженеры , экспериментируя с составами рабочего вещества-наполнителя лампы, обнаружили, что замена ртути в колбе безэлектродной лампы серой позволяет получить весьма интенсивное квазисолнечное излучение. Это послужило отправным пунктом для создания в 1992 году первых световых СВЧ-приборов на основе серных ламп с СВЧ-накачкой на частоте 2450 МГц [2]. А в октябре 1994 года в Вашингтоне уже были продемонстрированы две мощные осветительные системы с использованием весьма выигрышного сочетания СВЧ-источника света на серной лампе и полого « призматического » световода .

В 2000—2005 годах в России были изготовлены несколько экспериментальных образцов СВЧ-прожекторов, которые практически подтвердили ожидаемые высокие характеристики.

В 2006 году LG Electronics начала производство осветителей на основе серных ламп. Линейка этих светильников получила название плазменные осветительные системы (PLS).

Технические характеристики

Основные технические характеристики некоторых серных ламп:

Срок службы серной безэлектродной лампы определяется ресурсом блока питания (преобразователя переменного тока в постоянный) и электромотора охлаждающей системы. Для ламп первой волны он составлял примерно 10–15 тысяч часов. Ресурс же колбы гораздо выше, т.к. сера практически не реагирует с кварцем, даже при температуре 1000 °C . По некоторым оценкам срок службы колбы может достигать 60 тысяч часов , LG заявляет срок службы своих плазменных прожекторов в 100 тыс. часов.

Серная лампа и фотосинтез

Серная лампа, в силу особенностей своего спектра, оказалась прекрасным источником света для фотосинтеза растений и, соответственно, для использования в оранжерейном освещении. Компания Fusion Lighting по заказу NASA провела исследование, с целью увеличить излучение лампы на длинах волн в районе 625 нм, где квантовая эффективность фотосинтеза близка к единице. Оказалось, что добавление в колбу бромида кальция создает пик излучения вблизи 625 нм. При этом наблюдается лишь небольшое снижение интенсивности излучения в области малых длин волн, доля же инфракрасного излучения остается практически неизменной .

Преимущества

На практике основную номенклатуру составляют лампы с СВЧ-накачкой порядка 800—1000 Вт, и световым потоком примерно до 130 кЛм. Эти системы относительно просты конструктивно, не требуют принудительного обдува горелки, позволяют использовать обычные серийные магнетроны , применяемые в бытовых СВЧ-печах.

Суммируя известные сегодня данные, можно выделить основные достоинства СВЧ-световых приборов с безэлектродными лампами, к которым относятся:

• Повышенная до 100 лм/Вт световая отдача (световая отдача непосредственно колбы составляет 150 лм/Вт, но около трети мощности теряется в трансформаторе, магнетроне, на работу вентиляторов и т.д.)
• Сплошной квазисолнечный спектр оптического излучения с резко пониженным уровнем излучений в УФ и ИК диапазонах и с максимумом спектра, совпадающим с максимумом кривой видности человеческого глаза . Это естественная цветопередача.
• Отсутствие мерцания источника света.
• Малогабаритность и равнояркость светящего тела, облегчающая оптимизацию оптических систем.
• Высокая долговечность лампы (десятки тысяч часов).
• Экологическая чистота материалов наполнения лампы: серы и аргона.
• Возможность регулировки силы света.
• Возможность модульного ремонта в блочных конструкциях крупных ламп.

Недостатки

• Сложность конструкции
• Высокая стоимость лампового модуля
• Высокая температура колбы горелки, отсюда необходимость использования высококачественного кварцевого стекла и защиты от пыли.
• Большой диаметр светящегося тела (25-30 мм), усложняющий фокусировку и использование в оптических системах.
• Инертность (лампа достигает 80% номинальной светимости через 20-25 с, а после выключения может быть включена только через 5-15 минут).
• Высокий уровень акустического шума из-за необходимости интенсивного обдува колбы.
• Трудности в подавлении просачивающегося в окружающую среду микроволнового излучения.

Примечания