Lâmpadas de sódio: dominância do elemento químico domesticado

O artigo discute o design e a aplicação de lâmpadas de sódio de alta pressão.

Hoje é difícil para os astrônomos. Não importa onde, no céu, eles sejam orientados por telescópios, as linhas de sódio e mercúrio sempre estarão presentes nas fotografias dos espectros das estrelas. Tais espectros não provam que as estrelas sejam ricas nesses elementos químicos. A razão é puramente terrena: a iluminação externa das cidades e estradas com a ajuda de lâmpadas de descarga de alta intensidade cria uma iluminação tão forte da atmosfera que instrumentos astronômicos sensíveis capturam a luz de "estrelas" artificiais.

Hoje, a maior contribuição para a iluminação pública e o principal obstáculo para as observações astronômicas lâmpadas de sódio de alta pressão. Sobre eles e serão discutidos neste material.

Primeiro de tudo, por que exatamente pressão alta? O fato é que as lâmpadas do tubo de descarga com baixa pressão de mercúrio apareceram no período pré-guerra. As lâmpadas fluorescentes rapidamente se espalharam. Mas uma descarga no vapor de sódio por um longo período não pôde ser obtida devido à baixa pressão parcial de sódio a baixas temperaturas.

Após vários truques tecnológicos, a distinção é criar lâmpadas de sódio operando a baixa pressão. Mas eles não foram amplamente utilizados devido ao design complexo. Um destino mais afortunado lâmpadas de sódio de alta pressão (NLVD). As tentativas iniciais de criar lâmpadas em uma concha de vidro de quartzo terminaram em fracasso. A altas temperaturas, a atividade química do sódio aumenta. A mobilidade de seus átomos (difusão) também está crescendo. Portanto, nos queimadores de quartzo, o sódio penetrou rapidamente no quartzo, destruindo a carcaça do queimador.

A situação foi medida quando No início dos anos 60, a General Electric patenteou um novo material cerâmico que pode trabalhar com vapor de sódio a altas temperaturas. Ele recebeu o nome de marca "Lukalos". Temos essa cerâmica conhecida como Polycor. A cerâmica é feita por sinterização a alta temperatura de pó de alumina.

A alumina possui mais de 10 modificações na estrutura cristalina, dependendo das condições da reação de oxidação. Para fins de iluminação, apenas uma modificação é adequada - a forma alfa do óxido, que possui a maior densidade de átomos no cristal. O processo de sinterização, ou melhor, o "crescimento" da cerâmica é muito temperamental. De fato, além da resistência química ao vapor de sódio, a cerâmica deve ter alta transparência. Qual é o sentido de fabricar uma lâmpada se a maior parte da luz for perdida nas paredes do tubo de descarga (queimador)?

O queimador de cerâmica das lâmpadas de sódio é a principal característica distintiva de outras fontes de luz de descarga de gás. A cerâmica, operando a temperaturas superiores a 1000 graus, pode reter sódio por dezenas de milhares de horas. Mas isso não significa que o sódio não seja capaz de penetrar para fora no volume do balão externo.

Uma densa estrutura cristalina realmente impede a difusão de átomos através da cerâmica. Mas os blocos cristalinos de óxido de alumínio são "ligados" entre si por cerâmicas de interfase amorfas, tipo vidro. Consiste em aditivos que limitam o crescimento de cristais de policor e impurezas inevitáveis ​​em qualquer material.A permeabilidade ao longo dos limites dos cristais é muito maior do que através de uma treliça de cristal. Portanto, a vida útil das lâmpadas de sódio é determinada precisamente pela perda de sódio por meio de material inter-cristalino.

Para lâmpadas de sódio são utilizados cristais únicos de óxido de alumínio - “monocor”, mais conhecidos como safira.Os tubos de descarga fabricados com esse material têm uma transmitância muito alta, alta resistência à difusão de sódio, mas as propriedades mecânicas anisotrópicas (direções diferentes) dificultam a vedação dos queimadores com cimentos de alta temperatura. Além disso, eles são visivelmente mais caros que os queimadores policristalinos.

O queimador da lâmpada de sódio possui apenas dois eletrodos nos quais é aplicado um revestimento de emissão para facilitar a ignição inicial da lâmpada. Um gás inerte (geralmente xenônio a uma pressão de cerca de 20 mm Hg) e uma amálgama (liga) de mercúrio com sódio são dosados ​​no queimador, na forma de uma bola de composição e tamanho estritamente fixos.

A vida útil da lâmpada está diretamente relacionada à vida útil do queimador. E isso, por sua vez, é determinado pelo estoque de sódio e pela composição de emissão nos eletrodos. Com o tempo, o sódio vaza pela cerâmica, o que leva a um aumento da tensão no queimador, o que faz com que a lâmpada se apague imediatamente após entrar no modo.

Após o resfriamento, a lâmpada pisca novamente para apagar novamente. A operação frequente (ciclos curtos de ligar / desligar) leva a um consumo acelerado do emissor - composição de emissão nos eletrodos e a lâmpada falha.

O queimador é montado em um frasco externo de vidro refratário nas travessas (suportes). Após a evacuação e dessoldagem, a base é presa ao balão (geralmente E27 ou E40). O volume do balão externo é evacuado. Para obter um vácuo mais alto, uma composição getter - getter - é adicionalmente pulverizada nela.

O isolamento a vácuo do queimador é necessário para proteger os metais refratários da estrutura do queimador (nióbio, molibdênio) da oxidação. Mas a principal tarefa é eliminar a perda de calor por convecção. Afinal, a cerâmica operando a temperaturas acima de 1000 graus se torna uma poderosa fonte de energia térmica. Com isolamento térmico ruim, a eficiência da lâmpada diminui, o bulbo e a base da lâmpada superaquecem.

Uma ampla gama de lâmpadas de sódio de 35 a 1000 watts já está disponível. É possível distinguir três grupos principais de lâmpadas de sódio de acordo com o formato da lâmpada externa e os recursos de aplicação: DNaT com lâmpada tubular, DNaS com casca elíptica fosca e DNaZ com revestimento refletivo no espelho.

Sobre aplicação lâmpadas de sódio de alta pressão não merece menção especial: é iluminação pública de assentamentos, estradas movimentadas e destaque de conjuntos arquitetônicos.

Lâmpadas DNaS desenvolvido como um substituto para lâmpadas fluorescentes a arco de mercúrio (DRL). Além da forma elíptica do balão, eles têm as peculiaridades de encher os queimadores: em vez de xenônio puro, é administrada uma mistura de gases nobres (mistura de Penning) para facilitar a ignição. Tais lâmpadas são operadas sem um dispositivo de ignição que gera pulsos de alta tensão. Outros tipos de lâmpadas de sódio precisam de um dispositivo semelhante.

Lâmpadas DNAZ aplicação em estufas industriais para acelerar a fotossíntese das plantas. A participação dessas lâmpadas no número total de fontes que usam radiação de sódio é relativamente pequena e pode ser atribuída a lâmpadas especiais.

Com eficiência muito alta e boa reprodução de cores, as lâmpadas de sódio de baixa potência (35 e 50 W) podem encontrar aplicação na vida cotidiana. Os aditivos para o queimador de metais de terras raras tornam possível obter um espectro de radiação quase indistinguível da luz solar.

Mas o calcanhar de Aquiles das lâmpadas não é um esquema de energia complicado - a eletrônica moderna pode facilmente lidar com um problema semelhante. O tempo de aceleração e saída para o modo de operação é um obstáculo que nega todas as vantagens das lâmpadas de sódio na vida cotidiana. As lâmpadas de baixa potência entram em 4-6 minutos e os parâmetros são totalmente estabilizados em 20 a 25 minutos. Para lidar com esses inconvenientes na iluminação dos quartos, raramente alguém concorda.

Até o momento, praticamente não existem outras fontes de luz alternativas para iluminação externa.As lâmpadas de sódio ocuparão esse nicho por um longo tempo, observando condescendentemente as tentativas “iniciantes” modernos, como luzes LED pressione-os para fora.