Xenon-Bogenlampen: Eine helle und vielseitige Lichtquelle
Eine Xenon-Bogenlampe ist eine Art von Gasentladungslampe, die Licht erzeugt, indem Strom durch ionisiertes Xenon-Gas bei hohem Druck geleitet wird. Xenon-Bogenlampen haben eine glatte Emissionskurve im Bereich von ultraviolett bis zum sichtbaren Spektrum, mit charakteristischen Wellenlängen, die zwischen 750 und 1000 nm emittiert werden. Sie erzeugen ein helles weißes Licht, das dem natürlichen Sonnenlicht sehr nahe kommt, was ihre Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie Film, Tageslichtsimulation, Solartests und Forschung erweitert. Xenon-Bogenlampen können in drei Kategorien unterteilt werden: kontinuierliche Xenon-Kurzbogenlampen, kontinuierliche Xenon-Langbogenlampen und Xenon-Blitzlampen.
Was ist eine Xenon-Bogenlampe?
Eine Xenon-Bogenlampe ist definiert als eine hochspezialisierte Art von Gasentladungslampe, eine elektrische Lampe, die Licht erzeugt, indem Strom durch ionisiertes Xenon-Gas bei hohem Druck geleitet wird. Der Begriff „Bogen“ bezieht sich auf den elektrischen Strom, der zwischen zwei Elektroden in einem gasgefüllten Rohr fließt. Der Begriff „Xenon“ bezieht sich auf das Edelgas, das als Hauptkomponente des Gasgemisches im Rohr verwendet wird. Xenon wird wegen seiner hohen Ordnungszahl und niedrigen Ionisierungspotential ausgewählt, was es ermöglicht, ein breites Spektrum an Licht mit hoher Intensität und Farbwiedergabe zu emittieren.
Wie funktioniert eine Xenon-Bogenlampe?
Die grundlegende Struktur einer Xenon-Bogenlampe besteht aus zwei thoriierten Wolfram-Elektroden, die einander gegenübergestellt sind und einen kleinen Abstand in einem luftdichten, durchsichtigen Gehäuse aus Fusionsquarz (auch Quarz genannt) haben. Thoriiertes Wolfram ist ein Wolframlegierung, die 1 bis 2% Thorium enthält, um die Elektronenemissionsfähigkeit von Wolfram zu verbessern. Fusionsquarz ist ein nichtkristalliner, durchsichtiger Siliciumdioxidglas, das zusätzliche Stärke und fast null thermische Ausdehnung bietet. Es kann hohen Druck und hohe Temperaturen aushalten.
Das Gehäuse oder die Birne ist mit Xenon-Gas bei sehr hohem Druck, typischerweise etwa 30 bar, gefüllt. Wenn Spannung über die Elektroden angelegt wird, beginnt das Gasentladungsphänomen im Xenon-Gas im Abstand zwischen den Elektroden. Es gibt immer einige freie Elektronen im Gas, die durch thermische Agitation oder kosmische Strahlung entstehen. Aufgrund des angewendeten elektrischen Felds über die Elektroden werden die freien Elektronen beschleunigt und kollidieren mit Xenon-Atomen. Aufgrund dieser Kollisionen werden Elektronen aus der äußeren Umlaufbahn der Xenon-Atome aus ihrer Position gelöst und kommen auf ein höheres Energieniveau. Atome mit Elektronen in höheren Energieniveaus werden als angeregte Atome bezeichnet.
Wenn die angeregten Atome von ihrem höheren Energieniveau zu ihrem vorherigen Energieniveau zurückkehren, geben sie die zusätzliche Energie als Photonen ab. Die Wellenlänge der von den Photonen emittierten Energie liegt im sichtbaren Bereich. Die Farbe des Lichts der Xenon-Bogenlampe ähnelt dem Tageslicht. Aufgrund der elektrostatischen Anziehung der Anode (positiver Elektrode) kommen die freien Elektronen letztendlich zur Anode und kehren zur Quelle zurück.
Aufgrund der Anziehung der Kathode (negativer Elektrode) kollidieren die positiven Ionen (Xenon-Atome, die Elektronen verloren haben) letztendlich mit der Frontfläche der Kathode und erzeugen positive Metallionen, neutrale Xenon-Atome und freie Elektronen. Diese Elektronen werden als sekundär emittierte Elektronen bezeichnet. Diese Elektronen helfen, den Gasentladungsprozess fortzusetzen.
Da die Kathode nicht zusätzlich für die Elektronenemission erhitzt wird, wird die Kathode einer Xenon-Bogenlampe als kalte Kathode bezeichnet.
Welche Arten von Xenon-Bogenlampen gibt es?
Xenon-Bogenlampen lassen sich grob in drei Kategorien unterteilen: kontinuierliche Xenon-Kurzbogenlampen, kontinuierliche Xenon-Langbogenlampen und Xenon-Blitzlampen.
Kontinuierliche Xenon-Kurzbogenlampen
Kontinuierliche Xenon-Kurzbogenlampen sind für den Betrieb mit Gleichstrom (DC) mit sehr kurzer Bogenlänge (typischerweise weniger als 5 mm) konstruiert. Sie haben eine hohe Leuchtdichte (bis zu 75 Lumen pro Watt) und einen hohen Farbwiedergabewert (bis zu 95). Sie werden weit verbreitet für Kinoprojektion, Suchscheinwerfer, Solarsimulatoren und andere Anwendungen verwendet, die hohe Helligkeit und Stabilität erfordern.
Kontinuierliche Xenon-Langbogenlampen
Kontinuierliche Xenon-Langbogenlampen sind für den Betrieb mit Wechselstrom (AC) mit einer längeren Bogenlänge (typischerweise mehr als 10 mm) konstruiert. Sie haben eine geringere Leuchtdichte (bis zu 40 Lumen pro Watt) und einen geringeren Farbwiedergabewert (bis zu 85) als Kurzbogenlampen. Sie werden hauptsächlich für allgemeine Beleuchtungszwecke, wie Straßenbeleuchtung, Industriebeleuchtung und Architekturbeleuchtung, verwendet.
Xenon-Blitzlampen
Xenon-Blitzlampen sind für gepulsten Betrieb mit sehr hoher Spitzenleistung (bis zu mehreren MegaWatt) und sehr kurzer Dauer (typischerweise weniger als 1 Millisekunde) konstruiert. Sie haben einen geringen Durchschnittsverbrauch (bis zu 10 Watt) und eine geringe Durchschnittsleuchtdichte (bis zu 10 Lumen pro Watt). Sie werden hauptsächlich für Fotoblitz, Stroboskoplichter, Laserpumpen und andere Anwendungen, die hohe Intensität und kurze Dauer erfordern, verwendet.
Welche Vorteile bieten Xenon-Bogenlampen?
Xenon-Bogenlampen haben mehrere Vorteile gegenüber anderen Arten von Lichtquellen:
• Sie produzieren ein breites Spektrum an Licht, das den größten Teil des sichtbaren Bereichs und Teile des ultravioletten und infraroten Bereichs abdeckt. • Sie haben einen hohen Farbwiedergabewert, der Objekte natürlicher und lebendiger erscheinen lässt. • Sie haben eine hohe Farbtemperatur, die natürliches Sonnenlicht simuliert und die Sichtbarkeit erhöht. • Sie haben eine lange Lebensdauer, die von 500 Stunden (7 kW) bis 1500 Stunden (1 kW) reicht. • Sie haben einen stabilen Bogen mit weniger Flimmern und Rauschen. • Sie haben nichtverbrauchbare Elektroden, die längere Betriebszeiten ohne Unterbrechungen ermöglichen. • Sie haben einen geringen Umweltausstoß, da sie kein Quecksilber oder andere giftige Substanzen enthalten.
Welche Nachteile haben Xenon-Bogenlampen?
Xenon-Bogenlampen haben auch einige Nachteile im Vergleich zu anderen Arten von Lichtquellen:
