مصابيح الصوديوم: هيمنة العنصر الكيميائي المروض

يناقش المقال تصميم وتطبيق مصابيح الصوديوم عالية الضغط.

من الصعب اليوم على علماء الفلك. بغض النظر عن مكان توجهاتهم في السماء ، ستكون خطوط الصوديوم والزئبق موجودة دائمًا في صور أطياف النجوم. هذه الأطياف لا تثبت على الإطلاق أن النجوم غنية بهذه العناصر الكيميائية. والسبب في ذلك هو الأرضية الدنيوية البحتة: إن الإضاءة الخارجية للمدن والطرق السريعة بمساعدة مصابيح التفريغ عالية الكثافة تخلق مثل هذا الإنارة القوية للغلاف الجوي ، حيث تلتقط الأجهزة الفلكية الحساسة ضوء "النجوم" التي من صنع الإنسان.

أكبر مساهمة في إنارة الشوارع ، والعقبة الرئيسية أمام الرصدات الفلكية ، هي اليوم مصابيح الصوديوم عالية الضغط. عنهم وسيتم مناقشتها في هذه المواد.

بادئ ذي بدء ، لماذا الضغط العالي بالضبط؟ والحقيقة هي أن مصابيح أنبوب التفريغ مع انخفاض ضغط الزئبق ظهرت في فترة ما قبل الحرب. سرعان ما أصبحت المصابيح الفلورية واسعة الانتشار. ولكن لا يمكن الحصول على تصريف في بخار الصوديوم لفترة طويلة بسبب الضغط الجزئي المنخفض للصوديوم في درجات حرارة منخفضة.

بعد عدد من الخدع التكنولوجية ، يكمن التمييز في إنشاء مصابيح صوديوم تعمل بضغط منخفض. لكن لم يتم استخدامها على نطاق واسع بسبب التصميم المعقد. مصير أكثر حظا مصابيح الصوديوم عالية الضغط (NLVD). المحاولات الأولية لإنشاء مصابيح في قذيفة زجاج الكوارتز انتهت بالفشل. في درجات الحرارة العالية ، يزداد النشاط الكيميائي للصوديوم. تنقل ذراتها (الانتشار) ينمو أيضًا. لذلك ، في الصواعق الكوارتز ، اخترق الصوديوم بسرعة عبر الكوارتز ، وتدمير قذيفة الموقد.

تم قياس الوضع عندما في أوائل الستينيات ، حصلت جنرال إلكتريك على براءة اختراع لمادة خزفية جديدة يمكنها العمل في بخار الصوديوم في درجات حرارة عالية. حصل على العلامة التجارية "لوكالوس". لدينا هذه السيراميك المعروفة باسم "Polycor". تصنع السيراميك عن طريق التلبيد بدرجة حرارة عالية من مسحوق الألومينا.

يحتوي Alumina على أكثر من 10 تعديلات على الشبكة البلورية ، اعتمادًا على ظروف تفاعل الأكسدة. لأغراض الإضاءة ، يعد التعديل الوحيد المناسب هو الشكل ألفا للأكسيد ، والذي يحتوي على أكثر كثافة في تعبئة الذرات في البلورة. عملية التلبيد ، أو بالأحرى "النمو" للسيراميك مزاجية للغاية. في الواقع ، بالإضافة إلى المقاومة الكيميائية لبخار الصوديوم ، يجب أن تتمتع السيراميك بشفافية عالية. ما الهدف من صنع المصباح إذا ضاع معظم الضوء في جدران أنبوب التفريغ (الموقد)؟

الموقد الخزفي لمصابيح الصوديوم هو السمة المميزة الرئيسية من مصادر الإضاءة الأخرى التي تصرف الغاز. السيراميك الذي يعمل في درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة ، يمكن أن يحتفظ بالصوديوم لعشرات الآلاف من الساعات. لكن هذا لا يعني أن الصوديوم ليس قادرًا على الإطلاق على الاختراق إلى الخارج داخل حجم القارورة الخارجية.

شعرية بلورية كثيفة تعيق حقًا انتشار الذرات عبر السيراميك. لكن الكتل البلورية لأكسيد الألومنيوم يتم "ربطها" ببعضها البعض بواسطة سيراميك غير متبلور يشبه الزجاج. يتكون من مواد مضافة تحد من نمو بلورات البوليكور والشوائب التي لا يمكن تجنبها في أي مادة. لذلك ، يتم تحديد عمر مصابيح الصوديوم على وجه التحديد من خلال فقدان الصوديوم من خلال المواد البلورية.

تستخدم مصابيح الصوديوم والبلورات المفردة من أكسيد الألومنيوم - "مونوكور" ، والمعروفة باسم الياقوت.تحتوي أنابيب التفريغ المصنوعة من هذه المادة على نفاذية عالية جدًا ، ومقاومة عالية لنشر الصوديوم ، لكن الخواص الميكانيكية متباينة الخواص (اتجاهات مختلفة) تجعل من الصعب ختم الشعلات بأسمنت عالي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أكثر تكلفة بشكل ملحوظ من الشعلات الكريستالات.

يحتوي موقد مصباح الصوديوم على قطبين فقط يتم تطبيقهما على طبقة انبعاث لتسهيل الاشتعال الأولي للمصباح. يتم حرق غاز خامل (عادةً زينون عند ضغط حوالي 20 مم زئبق) وملغم (سبيكة) من الزئبق مع الصوديوم في الموقد ، في شكل كرة ذات تركيبة ثابتة وحجم ثابت.

يرتبط عمر المصباح مباشرةً بحياة الموقد. وهذا بدوره يحدده مخزون الصوديوم وتكوين الانبعاثات في الأقطاب الكهربائية. بمرور الوقت ، يتسرب الصوديوم عبر السيراميك ، مما يؤدي إلى زيادة الجهد في الموقد ، مما يتسبب في موت المصباح فور دخوله إلى الوضع.

بعد التبريد ، يومض المصباح مرة أخرى ليخرج مرة أخرى. تؤدي العملية المتكررة (دورات قصيرة للإيقاف) إلى الاستهلاك المتسارع للباعث - تركيبة الانبعاث على الأقطاب الكهربائية وفشل المصباح.

يتم تثبيت الموقد في قارورة خارجية مصنوعة من الزجاج المقاوم للحرارة على الدعامات (الدعامات). بعد الإخلاء وإزالة اللحام ، تعلق القاعدة على القارورة (عادة E27 أو E40). يتم اخلاء حجم القارورة الخارجية. للحصول على فراغ أعلى ، يتم رش تكوين getter - بالإضافة إلى ذلك.

العزل فراغ الموقد ضروري لحماية المعادن الحرارية لهيكل الموقد (النيوبيوم ، الموليبدينوم) من الأكسدة. لكن المهمة الرئيسية هي القضاء على فقدان الحرارة عن طريق الحمل الحراري. بعد كل شيء ، أصبحت السيراميك العاملة في درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مصدرا قويا للطاقة الحرارية. مع العزل الحراري الضعيف ، تقل كفاءة المصباح ، ترتفع درجة حرارة المصباح وقاعدة المصباح.

تتوفر الآن مجموعة واسعة من مصابيح الصوديوم من 35 إلى 1000 واط. يمكن تمييز ثلاث مجموعات رئيسية من مصابيح الصوديوم وفقًا لشكل اللمبة الخارجية وميزات التطبيق: DNaT مع لمبة أنبوبي ، و DNaS مع غطاء بلوري بيضاوي الشكل و DNaZ مع طلاء عاكس للمرايا.

حول التطبيق مصابيح الصوديوم عالية الضغط لا يستحق الذكر بشكل خاص: إنه إنارة الشوارع للمستوطنات والطرق السريعة المزدحمة وإلقاء الضوء على المجموعات المعمارية.

مصابيح DNaS وضعت كبديل لمصابيح الفلورسنت القوس الزئبقي (DRL). بالإضافة إلى الشكل الإهليلجي للقارورة ، فإنها تتميز بخصائص ملء الشعلات: بدلاً من الزينون النقي ، يتم خلط مزيج من الغازات النبيلة (خليط Penning) لتسهيل الاشتعال. يتم تشغيل هذه المصابيح دون وجود جهاز إشعال يولد نبضات عالية الجهد. أنواع أخرى من مصابيح الصوديوم تحتاج إلى جهاز مماثل.

مصابيح DNAZ وجدت التطبيق في الدفيئات الصناعية لتسريع عملية التمثيل الضوئي للنبات. حصة هذه المصابيح في إجمالي عدد المصادر التي تستخدم إشعاعات الصوديوم صغيرة نسبياً ، ويمكن أن تعزى إلى مصابيح خاصة.

مع كفاءة عالية جدًا وتجسيد ملون للألوان ، يمكن لمصابيح الصوديوم منخفضة الطاقة (35 و 50 واط) العثور على تطبيق في الحياة اليومية. تتيح الإضافات إلى موقد المعادن الأرضية النادرة الحصول على طيف إشعاعي لا يمكن تمييزه تقريبًا عن أشعة الشمس.

لكن كعب أخيل المصابيح ليس مخططًا معقدًا للطاقة - حيث يمكن للإلكترونيات الحديثة أن تتعامل بسهولة مع مشكلة مماثلة. يمثل وقت التسارع والخروج من وضع التشغيل عقبة تلغي جميع مزايا مصابيح الصوديوم في الحياة اليومية. تدخل المصابيح منخفضة الطاقة إلى 4-6 دقائق ، ويتم تثبيت المعلمات بالكامل في غضون 20-25 دقيقة. للتعامل مع مثل هذه الإزعاج في إضاءة الغرف ، نادرًا ما يوافق عليه أي شخص.

حتى الآن ، لا توجد أي مصادر إضاءة بديلة أخرى للإضاءة الخارجية.ستشغل مصابيح الصوديوم هذا المكانة لفترة طويلة ، وتتطلع إلى المحاولات المتقنة "upstarts" الحديثة مثل مصابيح LED اضغط عليهم