FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

1. FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK Kocsányi László Kovács Péter Dobos Gábor LUMINESZCENS FÉNYFORRÁSOK

2. Kisnyomású • Neoncső • Glimmlámpa • Fénycső (kisnyomású higanylámpa) • Kisnyomású nátriumlámpa • Nagynyomású • Nagynyomású higanygőzlámpa • Nagynyomású nátriumlámpa • Fémhalogén – lámpa • Xenon lámpa • Modern típusok • Genura – lámpa • DBD (Dielectric Barrier Discharge) lámpa Kisülőlámpák Típusai

3. XENON LÁMPA: A kisülés hasonló a higanygőz-kisüléshez, de más a nívószerkezet Az energianívók sokkal közelebb esnek az ionizációs energiához → Magasabb működési hőmérséklet → erősebb folytonos háttér

4. Saha – egyenlet: • Higanygőzre: g0’/g0 = 2 • Nemesgázra: g0’/g0 = 6 → nine 3-szor akkora a nemesgáz esetén → erősebb folytonos háttér

5. Hátrány: Kis elektromos térerősség • Nagy elektronsűrűség • Jóval kisebb hatáskeresztmetszet → Nagyobb elektron – mobilitás (E ~ A1/2) → Elektromos térerősség kb. 1/7 része a higanygőz kisülésben mérhetőnek → Azonos teljesítményhez nagyobb áram szükséges → Nagyobb elektródák → Nagyobb elektródaveszteségek

6. Elektromos térerősség növelhető: • Higany hozzáadásával • 1% higany 65%-al növeli a térerősséget • Higany energiaszintjei alacsonyabbak→ higany is erősen sugározni fog • Csökken a xenon sugárzása • Csökken a hőmérséklet • Romlik a színvisszaadás • Javul a hatásfok • Hélium hozzáadásával • 1% hélium 2%-al növeli a térerősséget • Hélium energiaszintjei magasabbak→ Nem vesz részt a fénykeltésben→ Nagyobb mennyiségben adagolható • Hélium megszökik a kisülőcső falán át→ Héliummal töltött külső búra szükséges • Növeli a hőveszteséget→ Rosszabb hatásfok

7. Hatásfok: • Tengelymetszetet a hőveszteség adja • Növekvő atomtömeggel (Ar → Xe) csökken a hővezetés→ Csökken a hőveszteség • Meredekséget a látható és az UV tartományba eső sugárzás aránya adja • A folytonos háttér messze elnyúlik az UV tartományban→ rossz hatásfok • Ar → Xe irányban csökken az ionizációs energia→ Csökken az UV tartományba eső sugárzás→ Javul a hatásfok

8. Kompakt Xenon lámpa (a, b, c, f) • Elektródastabilizált • Rövid ív → Kis feszültség, nagy áram • Elektródák alakja erősen befolyásolja az ívet → Általában egyenáramról üzemeltetik (így kevésbé deformálódik az elektróda) • Magas töltőnyomás: akár 10-12 atm (hidegen) → Időnként felrobban • 10 – 15 kV gyújtófeszültség • 75 W– 6,5 kW(500 W fölött csak DC üzemben) • Léteznek 30 kW-os változatok is • Permanens gáztöltés miatt nincsszükség bemelegedési időre mint pl. a higanygőz-, fémhalogén- vagy nátriumlámpánál

9. Lineáris Xenon lámpa (d, e) • Falstabilizált • Elektróda alakja kevésbé számít → többnyire váltóáramról üzemeltetik • Hosszabb ív, kisebb áram • 1 atm körüli töltőgáz-nyomás (hidegen) • 30 – 40 kV gyújtófeszültség • Általában 1 – 20 kW teljesítmény • Léteznek 300 kW-os típusok is

10. Villanólámpa: • Fal – stabilizált kisülés • Kisülőcsövet általában feltekerik (kisebb méretű fényforrás) • Sorba kötik egy kondenzátorral • Kondenzátor feszültsége kisebb mint a gyújtófeszültség → Egy külső elektronika ad egy gyújtóimpulzust → Ív létrejötte után lecsökken az ellenállás → kondenzátor kisül a lámpán keresztül • Rövid, nagy intenzitású impulzus • Fényképészeti alkalmazásokhoz tiszta Xenon töltet • Nagysebességű alkalmazásokhoz +Ar +H → mikroszekundumos impulzusok

11. INDUKCIÓS LÁMPA • Kisülőlámpák leggyakoribb meghibásodásai az elktródákhoz köthetők • Katódok degradációja • Problémák az árambevezetésnél • Elektróda nélküli lámpák előnyösebbek lehetnek • Plazma létrehozása mikrohullámmal • Mikrohullám áthatol a kisülőcső falán → a mikrohullám-forrás lehet a kisülőcsövön kívül • Nincs szükség árambevezetésekre • Nincs szükség katódokra • Nincs elektróda-veszteség

12. GE Genura lámpa (1994) • Izzólámpa kiváltására • Izzólámpa: 100 W, 1000 lm, 1000 h élettartam • GE Genura: 23 W, 1100 lm, 10000 h élettartam • Tartalmazza a szükséges elektronikát→ közönséges foglalatba becsavarható • 2,6 MHz • A fényt higanygőzkisülés produkálja • UV fényt fényporral alakítják láthatóvá

13. Kén – lámpa: • A kén emissziós vonalai nagyon közel esnek az emberi szem érzékenységi maximumához • Magas nyomás (5 bar) → folytonos háttér • A napfényhez nagyon hasonló fényt ad • Kémiailag nagyon agresszív→ hagyományos kisülőlámpában nem alkalmazható • Indukciós lámpánál nem jelent problémát

14. DBD lámpa • Nagynyomású kisülőlámpákban a kisülés általában erősen inhomogén • Lehetséges-e nagy kiterjedésű, térben homogén nagynyomású kisülést létrehozni? • A kisülés kontrakciója a hőmérsékleti egyensúly következménye → nem-egyensúlyi plazmát kell létrehozni

15. Szigetelő elektródák közé váltófeszültséget kapcsolunk • Mikor a feszültség eléri a letörési feszültséget létrejön a kisülés • Minden fél-periódusben történik egy letörés • Az áramot korlátozzák a dielektrikum elektródák→ Nincs kontrakció

16. Fém elektródák között nem lehet nagy nyomáson létrehozni térben homogén kisülést • A letörés után keskeny, nagy vezetőképességű csatornák jönnek létre • A kisülés jellege hasonlít egy DC kisüléséhez

17. Szigetelő elektródák megakadályozzák a kisülés kontrakcióját • Miután a gáz ionizálódik, töltés halmozódik fel az elektródákon • A létrejött tértöltés ellentétes irányú a külső térrel • A letörés után néhány nanoszekundummal a tértöltés hatására összeomlik a „mikro-kisülés” • A feszültség növeléséve (máshol) újabb „mikro-kisülések” jönnek létre

18. A rövid kisülések során az elektronok csak nagyon kevéssé melegítik fel a gázt az ütközések során → A magas nyomás ellenére nem alakul ki a hőmérsékleti egyensúly • Betáplált energia nagy része a az atomok és molekulák gerjesztésére fordítódik • Kicsi a térfogati veszteség • Aránylag nagy nyomásokon működik • A kisülés fizikai paraméterei skálázhatók→ A lámpa méreteinek növelésével egyszerűen növelhető annak fényárama

19. Általában Xenont használnak töltőgázként • Környezetbarát • Alacsony hővezetés • DBD lámpákban igen nagy a térerősség • Magasabb energianívókat is lehet gerjeszteni • Xe + Xe + Xe* = Xe2* + Xe • A kisülés nem érintkezik az elektródákkal → nem károsítja azokat • Xe2* excimer molekula nagyon instabil → elbomlik → 7,2 eV (172 nm) foton • A hármas-ütközések valószínűsége nő a nyomás növelésével → aránylag nagy (atmoszférikus) nyomásokat használnak • Nem tartalmaz higanyt • Környezetbarát • A fénypor sokkal kevésbé károsodik