Llums d'arc de xènon: Una font de llum brillant i versàtil

Electrical4u

Camp: Electricitat bàsica

China

Una llum de l'arc de xènon és un tipus de llum de descàrrec de gas que produeix llum passant electricitat a través de xènon ionitzat a alta pressió. Les llums d'arc de xènon tenen una corba d'emissió suau en el espectre ultraviolat fins al visible, amb longituds d'ona característiques emeses des de 750 fins a 1000 nm. Produeixen una llum blanca brillant que imita de manera propera la llum solar natural, el que amplia les seves aplicacions a diversos camps com el cinema, la simulació de llum diurna, els ensayos solars i la recerca. Les llums d'arc de xènon es poden dividir en tres categories: llums d'arc de xènon de curt arc de sortida contínua, llums d'arc de xènon de llarg arc de sortida contínua i llums d'arc de xènon de flash.

Què és una llum d'arc de xènon?

Una llum d'arc de xènon es defineix com un tipus altament especialitzat de llum de descàrrec de gas, una llum elèctrica que produeix llum passant electricitat a través de xènon ionitzat a alta pressió. El terme “arc” fa referència al corrent elèctric que flueix entre dos electrodes en un tub de gas. El terme “xènon” fa referència al gas nobl que s'utilitza com a component principal del mescle de gas al tub. El xènon s'escull per la seva elevada nombre atòmic i baixa energia d'ionització, que permet que emeti un ample espectre de llum amb alta intensitat i rendiment cromàtic.

Com funciona una llum d'arc de xènon?

La estructura bàsica d'una llum d'arc de xènon consta de dos electrodes de tungstè toriat col·locats cara a cara amb una petita separació en un envoltori transparent hermètic de sílica fondu (també conegut com a qüars). El tungstè toriat és una alliota de tungstè amb un 1 a 2% de tori afegit per millorar la capacitat d'emissió d'electrons del tungstè. La sílica fondu és un vidre de diòxid de silici transparent no cristal·lin que proporciona força extra i pràcticament zero expansió tèrmica. Pots resistir alta pressió i alta temperatura.

L'envoltori o bombolla està omplert de gas de xènon a una pressió molt alta, típicament al voltant de 30 bars. Quan s'aplica voltatge als electrodes, el fenomen de descàrrec de gas comença en el xènon del gas en l'espai entre electrodes. Hi ha sempre alguns electrons lliures al gas degut a l'agitació tèrmica o raigs cósmics. Degut al camp elèctric aplicat a través dels electrodes, els electrons lliures s'acceleren i col·lidiran amb els àtoms de xènon. A causa d'aquestes col·lisions, els electrons de l'òrbita exterior dels àtoms de xènon es desvinculen de la seva posició i passen a un nivell d'energia superior. S'anomenen àtoms excitats.

Quan els àtoms excitats retornen del seu nivell d'energia superior al seu estat anterior, alliberen l'energia extra en forma de fotons. La longitud d'ona de l'energia emesa pels fotons està dins el rang visible. La llum de la llum d'arc de xènon té un color similar a la llum diurna. Degut a l'atracció electroestàtica de l'ànoda (electrode positiva), els electrons lliures finalment arriben a l'ànoda i retornen a la font.

Degut a l'atracció de la catòda (electrode negativa), els ions positius (àtoms de xènon que han perdut electrons) finalment col·lidiran amb la superfície frontal de la catòda i generaran ions metàlics positius, àtoms de xènon neutrals i electrons lliures. Aquests electrons s'anomenen electrons secundaris. Aquests electrons ajuden a continuar el procés de descàrrec de gas.

Com que la catòda no es calenta addicionalment per a l'emissió d'electrons, la catòda d'una llum d'arc de xènon es coneix com a catòda freda.

Quins són els tipus de llums d'arc de xènon?

Les llums d'arc de xènon es poden dividir aproximadament en tres categories: llums d'arc de xènon de curt arc de sortida contínua, llums d'arc de xènon de llarg arc de sortida contínua i llums d'arc de xènon de flash.

Llums d'arc de xènon de curt arc de sortida contínua

Les llums d'arc de xènon de curt arc de sortida contínua estan dissenyades per a corrent continu (CC) amb una longitud d'arc molt curta (típicament menys de 5 mm). Tenen una eficàcia luminosa elevada (fins a 75 lumens per watt) i un índex de reproducció cromàtica elevat (fins a 95). Es fan servir amplament per a projeccions cinematogràfiques, feixos de llum, simuladors solars i altres aplicacions que requereixen una gran brillantor i estabilitat.

Llums d'arc de xènon de llarg arc de sortida contínua

Les llums d'arc de xènon de llarg arc de sortida contínua estan dissenyades per a corrent altern (CA) amb una longitud d'arc més llarga (típicament més de 10 mm). Tenen una eficàcia luminosa menor (fins a 40 lumens per watt) i un índex de reproducció cromàtica menor (fins a 85) que les llums de curt arc. Es fan servir principalment per a il·luminació general, com ara il·luminació de carrers, il·luminació industrial i il·luminació arquitectònica.

Llums d'arc de xènon de flash

Les llums d'arc de xènon de flash estan dissenyades per a operació pulsada amb una potència de pic molt alta (fins a diversos megawatts) i una durada molt curta (típicament menys de 1 mil·lisegon). Tenen un consum mitjà de potència baix (fins a 10 watts) i una eficàcia luminosa mitjana baixa (fins a 10 lumens per watt). Es fan servir principalment per a flash fotogràfic, llums stroboscòpiques, bombeig de lasers i altres aplicacions que requereixen alta intensitat i curta durada.

Quins són els avantatges de les llums d'arc de xènon?

Les llums d'arc de xènon tenen diversos avantatges sobre altres tipus de fonts de llum:

• Produeixen un ample espectre de llum que cobreix la major part del rang visible i una part del rang ultraviolat i infraroig. • Tenen un índex de reproducció cromàtica elevat que fa que els objectes apareguin més naturals i vívids. • Tenen una temperatura de color elevada que simula la llum solar natural i augmenta la visibilitat. • Tenen una vida útil llarga que varia de 500 hores (7 kW) a 1500 hores (1 kW). • Tenen un arc estable amb menys tremolor i soroll. • Tenen electrodes no consumibles que permeten una operació més llarga sense interrupcions. • Té un impacte ambiental baix ja que no contenen mercuri ni altres substàncies tàxiques.