Ksenonovske lukse: Sijajni in prilagodljivi vir svetlobe

Ksenonova luknja je vrsta plinske razrada, ki proizvaja svetlobo z vodenjem elektrike skozi ioniziran ksenon na visokem tlaku. Ksenonove luknje imajo gladko emisijsko krivuljo od ultravijolične do vidne spektralne območja, z karakterističnimi valovnimi dolžinami, ki se emitirajo od 750 do 1000 nm. Proizvajajo svetlo belo svetlobo, ki tesno mimiki naravno sončno svetlobo, kar razširi njihove uporabe v različna področja, kot so film, simulacija dnevne svetlobe, testiranje solarnih tehnologij in raziskave. Ksenonove luknje lahko razdelimo na tri kategorije: neprekinjene ksenonske kratke luknje, neprekinjene ksenonske dolge luknje in ksenonske blinksne luknje.

Kaj je ksenonova luknja?

Ksenonova luknja je definirana kot zelo specializirana vrsta plinske razrade, električna svetilka, ki proizvaja svetlobo z vodenjem elektrike skozi ioniziran ksenon na visokem tlaku. Izraz "luknja" se nanaša na električni tok, ki teče med dvema elektrodama v plinsko polnjenem cevu. Izraz "ksenon" se nanaša na dragi plin, ki se uporablja kot glavni sestavinek plinske mešanice v cevu. Ksenon je izbran zaradi svoje visoke atomne številke in nizke ionizacijske energije, ki mu omogočata emitiranje širokega spektra svetlobe z visoko intenziteto in barvno ponazoritvijo.

Kako deluje ksenonova luknja?

Osnovna struktura ksenonske luknje sestoji iz dveh torijskih volframnih elektrod, postavljenih eno nasproti drugi s majhnim praznim prostorjem v zračnoglatem prozornem omotu fuzirane silice (tudi kvarc). Torijski volfram je legiran volfram z 1 do 2% torija, dodanim za izboljšanje zmogljivosti emitiranja elektronov volframa. Fuzirana silica je nekristalna prozorna steklena oksida silika, ki zagotavlja dodatno trdost in skoraj ničelno termično raztezanje. Lahko prenaša visok tlak in visoke temperature.

Omot ali ampula je polnjen z ksenonom na zelo visokem tlaku, tipično okoli 30 barov. Ko je napetost priključena na elektrodi, se začne pojav plinske razrade v ksenonu v praznem prostoru med elektrodama. V plinu so vedno nekatere proste elektrone zaradi termične agitacije ali kosmičnih žarkov. Zaradi priključene električne polje med elektrodami se proste elektrone pospešijo in srečajo s ksenonskimi atomskimi. Zaradi teh srečanj se elektroni iz zunanjih orbit ksenonskih atomov odtrgajo s svojih pozicij in pridejo na višji energetski nivo. Atomi z elektroni višjih energetskih nivojev se imenujejo vzbuženi atomi.

Ko se vzbuženi atomi vrnijo s višjega energetskega nivoja nazaj na svoj prejšnji energetski stanje, sprostijo dodatno energijo kot fotoni. Valovna dolžina energije, ki jo emitirajo fotoni, je znotraj vidnega območja. Barva svetlobe ksenonske luknje je podobna dnevni svetlobi. Zaradi elektrostatične privlačnosti anode (pozitivne elektrode) se proste elektrone končno pritegnejo k anodi in se vrnijo k viru.

Zaradi privlačnosti katode (negativne elektrode) se pozitivni jonovi (ksenonski atomi, ki so izgubili elektrone) končno srečajo z prednjo površino katode in generirajo pozitivne kovinske jone, neutralne ksenonske atome in proste elektrone. Ti elektroni se imenujejo sekundarno emitirani elektroni. Ti elektroni pomagajo nadaljevati proces plinske razrade.

Ker katoda ni dodatno segrevala za emitiranje elektronov, se katoda ksenonske luknje imenuje hladna katoda.

Kateri so vrsti ksenonskih luknj?

Ksenonske luknje se lahko grobo razdelijo na tri kategorije: neprekinjene ksenonske kratke luknje, neprekinjene ksenonske dolge luknje in ksenonske blinksne luknje.

Neprekinjene ksenonske kratke luknje

Neprekinjene ksenonske kratke luknje so zasnovane za enosmeren tok (DC) z zelo kratek luknjo (tipično manj kot 5 mm). Imajo visoko svetlosno učinkovitost (do 75 lumenov na vat) in visoki indeks barvne ponazoritve (do 95). Široko se uporabljajo za projekcijo filmov, iskalnice, simulacije sončne svetlobe in druge uporabe, ki zahtevajo visoko svetlost in stabilnost.