Xenonové obloukové světlo: Jasný a univerzální zdroj světla
Xenonová oblouková lampa je typ plynové výbojkové lampy, která vytváří světlo procházením elektrického proudu ionizovaným xenonem pod vysokým tlakem. Xenonové obloukové lampy mají hladkou emisní křivku od ultrafialového do viditelného spektra s charakteristickými vlnovými délkami emitovanými od 750 do 1000 nm. Vyrábějí jasný bílý světlo, který se blíží přirozenému slunečnímu světlu, což rozšiřuje jejich použití do různých oblastí, jako jsou film, simulace denního světla, solární testování a výzkum. Xenonové obloukové lampy lze rozdělit do tří kategorií: kontinuální xenonové krátkoobloukové lampy, kontinuální xenonové dlouhoobloukové lampy a xenonové bleskové lampy.
Co je xenonová oblouková lampa?
Xenonová oblouková lampa je definována jako velmi specializovaný typ plynové výbojkové lampy, elektrické světlo, které vytváří světlo procházením ionizovaného xenonu pod vysokým tlakem. Termín „oblouk“ odkazuje na elektrický proud, který protéká mezi dvěma elektrodami v plněném trubkovém obalu. Termín „xenon“ odkazuje na vzácný plyn, který se používá jako hlavní složka plynové směsi v trubce. Xenon je vybrán pro svou vysokou atomovou číslo a nízké ionizační potenciál, což umožňuje vydávat široké spektrum světla s vysokou intenzitou a barevným vystihováním.
Jak funguje xenonová oblouková lampa?
Základní struktura xenonové obloukové lampy se skládá z dvou thoriových wolframových elektrod umístěných tváří v tvář s malou mezera v průsvitné, hermeticky uzavřené obalu z fúzovaného křemíku (také známého jako křišťál). Thoriový wolfram je slitina wolframu s 1 až 2 % thoria, která zlepšuje schopnost vydávání elektronů wolframu. Fúzovaný křemík je nekřišťalinové, průhledné sklo z oxidu křemičitého, které poskytuje dodatečnou pevnost a téměř nulovou tepelnou expanzi. Může snést vysoký tlak a vysokou teplotu.
Obal nebo baňka je naplněna xenonem pod velmi vysokým tlakem, obvykle asi 30 bar. Když je napětí aplikováno mezi elektrody, začíná výbojkový jev v xenonu v mezere mezi elektrodami. V plyně vždy existují volné elektrony díky termické agitaci nebo kosmickým paprskům. Díky aplikovanému elektrickému poli mezi elektrodami se volné elektrony zrychlují a kolidují s xenonovými atomy. Díky těmto kolizím elektrony z vnějšího oběhu xenonových atomů opouštějí svou pozici a přecházejí do vyšší energetické úrovně. Atomy s elektrony vyšší energetické úrovně se nazývají excitované atomy.
Když excitované atomy vracejí ze své vyšší energetické úrovně do své předchozí energetické stavy, uvolňují extra energii jako fotony. Vlnová délka energie emitovaná fotony je v rozsahu viditelného spektra. Barva světla xenonové obloukové lampy je podobná dennímu světlu. Díky elektrostatickému přitahování anody (pozitivní elektrody) volné elektrony nakonec dorazí do anody a vrátí se ke zdroji.
Díky přitahování katody (negativní elektrody) pozitivní ionty (xenonové atomy, které ztratily elektrony) nakonec kolidují s frontální povrchem katody a generují pozitivní kovové ionty, neutrální xenonové atomy a volné elektrony. Tyto elektrony se nazývají sekundárně emitované elektrony. Tyto elektrony pomáhají pokračovat v procesu výbojky.
Protože katoda není dodatečně ohřívána pro vydávání elektronů, katoda xenonové obloukové lampy se nazývá studená katoda.
Jaké jsou typy xenonových obloukových lamp?
Xenonové obloukové lampy lze zhruba rozdělit do tří kategorií: kontinuální xenonové krátkoobloukové lampy, kontinuální xenonové dlouhoobloukové lampy a xenonové bleskové lampy.
Kontinuální xenonové krátkoobloukové lampy
Kontinuální xenonové krátkoobloukové lampy jsou navrženy pro stejnosměrný proud (DC) s velmi krátkou obloukovou délkou (typicky méně než 5 mm). Mají vysokou luminanci (až 75 lumenů na vat) a vysoký index barevného vystihování (až 95). Jsou široce používány pro kinematografické projekce, reflektory, solární simulátory a další aplikace, které vyžadují vysokou jasnost a stabilitu.
Kontinuální xenonové dlouhoobloukové lampy
Kontinuální xenonové dlouhoobloukové lampy jsou navrženy pro střídavý proud (AC) s delší obloukovou délkou (typicky více než 10 mm). Mají nižší luminanci (až 40 lumenů na vat) a nižší index barevného vystihování (až 85) než krátkoobloukové lampy. Jsou hlavně používány pro obecné osvětlovací účely, jako je uliční osvětlení, průmyslové osvětlení a architektonické osvětlení.
Xenonové bleskové lampy
Xenonové bleskové lampy jsou navrženy pro pulzní provoz s velmi vysokou maximální výkon (až několik megawattů) a velmi krátkou dobou trvání (typicky méně než 1 milisekunda). Mají nízké průměrné spotřebu energie (až 10 wattů) a nízkou průměrnou luminanci (až 10 lumenů na vat). Jsou hlavně používány pro fotografické blesky, stroboskopická světla, pumpování laserů a další aplikace, které vyžadují vysokou intenzitu a krátkou dobu trvání.
Jaké jsou výhody xenonových obloukových lamp?
Xenonové obloukové lampy mají několik výhod oproti jiným typům světelných zdrojů:
• Vyrábějí široké spektrum světla, které pokrývá většinu viditelného rozsahu a část ultrafialového a infračerveného rozsahu. • Mají vysoký index barevného vystihování, který udělá objekty vypadat přirozeněji a živěji. • Mají vysokou barvu teplotu, která simuluje přirozené sluneční světlo a zlepšuje viditelnost. • Mají dlouhou životnost, která se pohybuje od 500 hodin (7 kW) do 1500 hodin (1 kW). • Mají stabilní oblouk s menšími blikáním a šumem. • Mají neznečišťující elektrody, které umožňují delší provoz bez přerušení. • Mají nízký environmentální dopad, protože neobsahují rtуть nebo jiné toxické látky.
