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

Kisülőlámpák Típusai 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

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

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

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

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

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

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 nincs szükség bemelegedési időre mint pl. a higanygőz-, fémhalogén- vagy nátriumlámpánál

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 A fénypor sokkal kevésbé károsodik