Lampade ad arco di xenon: una sorgente luminosa brillante e versatile

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Campo: Elettricità di base

China

Una lampada ad arco a xenon è un tipo di lampada a scarica di gas che produce luce facendo passare elettricità attraverso gas di xenon ionizzato ad alta pressione. Le lampade ad arco a xenon hanno una curva di emissione liscia nello spettro ultravioletto al visibile, con lunghezze d'onda caratteristiche emesse da 750 a 1000 nm. Producono una luce bianca brillante che imita da vicino la luce naturale del sole, il che estende le loro applicazioni in vari campi come il cinema, la simulazione della luce del giorno, i test solari e la ricerca. Le lampade ad arco a xenon possono essere divise in tre categorie: lampade ad arco a xenon a emissione continua a corto arco, lampade ad arco a xenon a emissione continua a lungo arco e lampade ad arco a xenon a impulso.

Cosa è una Lampada ad Arco a Xenon?

Una lampada ad arco a xenon è definita come un tipo altamente specializzato di lampada a scarica di gas, una luce elettrica che produce luce facendo passare elettricità attraverso gas di xenon ionizzato ad alta pressione. Il termine “arco” si riferisce alla corrente elettrica che fluisce tra due elettrodi in un tubo riempito di gas. Il termine “xenon” si riferisce al gas nobile utilizzato come componente principale del miscuglio di gas nel tubo. Il xenon viene scelto per il suo alto numero atomico e basso potenziale di ionizzazione, che gli permettono di emettere uno spettro ampio di luce con alta intensità e resa dei colori.

Come Funziona una Lampada ad Arco a Xenon?

La struttura di base di una lampada ad arco a xenon consiste in due elettrodi di tungsteno toriato posizionati faccia a faccia con un piccolo spazio in un involucro trasparente ermetico di silice fusa (anche nota come quarzo). Il tungsteno toriato è un lega di tungsteno con l'aggiunta del 1-2% di torio per migliorare la capacità di emissione di elettroni del tungsteno. La silice fusa è un vetro di biossido di silicio non cristallino trasparente che fornisce maggiore resistenza e quasi zero espansione termica. Può sopportare alta pressione e alta temperatura.

L'involucro o bulbo è riempito di gas xenon ad alta pressione, tipicamente intorno ai 30 bar. Quando viene applicata una tensione agli elettrodi, il fenomeno di scarica di gas inizia nel gas xenon nello spazio tra gli elettrodi. Ci sono sempre alcuni elettroni liberi nel gas a causa dell'agitazione termica o dei raggi cosmici. A causa del campo elettrico applicato tra gli elettrodi, gli elettroni liberi vengono accelerati e collidono con gli atomi di xenon. A causa di queste collisioni, gli elettroni dagli orbitali esterni degli atomi di xenon vengono staccati dalla loro posizione e vanno a un livello energetico più elevato. Gli atomi con elettroni a livelli energetici più elevati sono chiamati atomi eccitati.

Quando gli atomi eccitati tornano dal loro livello energetico più elevato al livello precedente, rilasciano l'energia extra sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda dell'energia emessa dai fotoni è all'interno del range visibile. Il colore della luce della lampada ad arco a xenon è simile a quello della luce del giorno. A causa dell'attrazione elettrostatica dell'anodo (elettrodo positivo), gli elettroni liberi finiscono all'anodo e ritornano alla sorgente.

A causa dell'attrazione del catodo (elettrodo negativo), gli ioni positivi (atomi di xenon che hanno perso elettroni) finiscono per collidere con la superficie anteriore del catodo e generano ioni metallici positivi, atomi neutri di xenon e elettroni liberi. Questi elettroni sono chiamati elettroni secondari emessi. Questi elettroni aiutano a continuare il processo di scarica di gas.

Poiché il catodo non viene riscaldato ulteriormente per l'emissione di elettroni, il catodo di una lampada ad arco a xenon è noto come catodo freddo.

Quali sono i Tipi di Lampade ad Arco a Xenon?

Le lampade ad arco a xenon possono essere grossomodo divise in tre categorie: lampade ad arco a xenon a emissione continua a corto arco, lampade ad arco a xenon a emissione continua a lungo arco e lampade ad arco a xenon a impulso.

Lampade ad Arco a Xenon a Corto Arco a Emissione Continua

Le lampade ad arco a xenon a corto arco a emissione continua sono progettate per l'operazione a corrente continua (DC) con un arco molto corto (tipicamente meno di 5 mm). Hanno un'efficacia luminosa elevata (fino a 75 lumen per watt) e un indice di resa cromatica elevato (fino a 95). Sono ampiamente utilizzate per la proiezione cinematografica, fari, simulatori solari e altre applicazioni che richiedono alta luminosità e stabilità.

Lampade ad Arco a Xenon a Lungo Arco a Emissione Continua

Le lampade ad arco a xenon a lungo arco a emissione continua sono progettate per l'operazione a corrente alternata (AC) con un arco più lungo (tipicamente più di 10 mm). Hanno un'efficacia luminosa inferiore (fino a 40 lumen per watt) e un indice di resa cromatica inferiore (fino a 85) rispetto alle lampade a corto arco. Sono principalmente utilizzate per finalità di illuminazione generale, come l'illuminazione stradale, industriale e architettonica.

Lampade a Impulso a Xenon

Le lampade a impulso a xenon sono progettate per operazioni pulsate con una potenza di picco molto elevata (fino a diversi megawatt) e una durata molto breve (tipicamente meno di 1 millisecondo). Hanno un consumo medio di potenza basso (fino a 10 watt) ed un'efficacia luminosa media bassa (fino a 10 lumen per watt). Sono principalmente utilizzate per flash fotografici, luci stroboscopiche, pompaggio laser e altre applicazioni che richiedono alta intensità e breve durata.

Quali sono i Vantaggi delle Lampade ad Arco a Xenon?

Le lampade ad arco a xenon presentano diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di fonti luminose:

• Producgono uno spettro ampio di luce che copre la maggior parte del range visibile e parte dello spettro ultravioletto e infrarosso. • Hanno un alto indice di resa cromatica che rende gli oggetti più naturali e vividi. • Hanno una temperatura di colore elevata che simula la luce naturale del sole e migliora la visibilità. • Hanno una vita utile lunga che varia da 500 ore (7 kW) a 1500 ore (1 kW). • Hanno un arco stabile con meno lampeggio e rumore. • Hanno elettrodi non consumabili che consentono un'operazione più lunga senza interruzioni. • Hanno un basso impatto ambientale poiché non contengono mercurio o altre sostanze tossiche.