مصباح الزئبق الضغط العالي: التعريف، المبدأ العامل، والتطبيقات
إن مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط هو نوع من مصابيح الإشعاع الغازي يستخدم الصوديوم في حالة التحفيز لإنتاج الضوء. وهو أحد أنواع مصادر الإضاءة الأكثر كفاءة ويتميز بأجل خدمة طويل. يتم استخدامه على نطاق واسع في الإضاءة الصناعية ومناطق الأمان الخارجية، مثل المواقف والطرق.
ما هو مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط؟
يُعرَّف مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط بأنه مصباح يعمل تحت ضغط عالٍ (أعلى من 1 جوي) ودرجة حرارة عالية (أعلى من 1000 درجة مئوية) داخل أنبوب قوس شفاف مصنوع من الألومينا متعددة البلورات (PCA). يحتوي أنبوب القوس على خليط من غاز الزينون وأملاح الصوديوم والزئبق وأقطاب في كل طرف. يتم تغليف أنبوب القوس بغلاف زجاجي خارجي مقاوم للحرارة يكون فارغاً أو مليئاً بالغاز غير النشط.
يعمل المصباح عن طريق تطبيق نبضة فولتية عالية من الكرة الكهربائية والمُشعل على الأقطاب، مما يتأين غاز الزينون ويخلق قوسًا أوليًا. يسخن القوس أنبوب القوس ويتبخر الزئبق والصوديوم. يصدر بخار الزئبق ضوءًا أزرق أبيض بينما يصدر بخار الصوديوم ضوءًا أصفر. يؤدي الجمع بين هذين الطيفين إلى إنتاج ضوء ذهبي أبيض بدرجة حرارة لونية حوالي 2000 كلفن ومعامل تقديم اللون حوالي 25.
للمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط العديد من المزايا مقارنة بأنواع أخرى من المصابيح، مثل:
كفاءة مضيئة عالية: يمكنه إنتاج ما يصل إلى 150 لمبة لكل واط، وهي تقريباً ضعف ما يمكن أن تنتجه مصابيح بخار الزئبق وأربع مرات ما يمكن أن تنتجه المصابيح المتوهجة.
أجل خدمة طويل: يمكن أن يدوم حتى 24,000 ساعة، وهو تقريباً أربع مرات أكثر من مصابيح بخار الزئبق و24 مرة أكثر من المصابيح المتوهجة.
صيانة منخفضة: لا يتطلب استبدالًا أو تنظيفًا متكررًا، مما يقلل من تكاليف العمالة والتخلص.
موثوقية عالية: يمكنه تحمل التقلبات الفولتية والاهتزازات والدرجات الحرارية المتطرفة، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية.
ومع ذلك، فإن مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط له بعض العيوب أيضًا، مثل:
تقديم اللون ضعيف: له معامل تقديم لون منخفض، مما يعني أنه يشوّه ألوان الأشياء التي يضيء. وهذا يجعله غير مناسب لتطبيقات تتطلب دقة اللون، مثل المتاجر أو المتاحف.
الوميض: ينتج ضوءًا ساطعًا ومكثفًا يمكن أن يسبب عدم الراحة أو الإعاقة للرؤية للسائقين أو المشاة. يمكن تقليل ذلك باستخدام الحواجز المناسبة أو الأجهزة المنتشرة.
التكرار: قد يواجه تكرارًا أو توهجًا عندما يصل إلى نهاية عمره أو عندما يعمل في درجات حرارة منخفضة. يمكن منع ذلك باستخدام الكرة الكهربائية المناسبة أو العزل الحراري.
رسم توضيحي لمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط
يوضح الرسم التالي المكونات الرئيسية لمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط:
الغلاف الزجاجي الخارجي: يحمي أنبوب القوس من الأضرار الجسدية والصدمات الحرارية. كما يقوم بتصفية الإشعاع فوق البنفسجي الضار من القوس.
أنبوب القوس: مصنوع من الألومينا متعددة البلورات (PCA)، والذي يكون مقاومًا للتآكل بواسطة بخار الصوديوم. يحتوي على الأقطاب وغاز الزينون وأملاح الصوديوم والزئبق.
الأقطاب: مصنوعة من سلك التنغستن مع طلاء إشعاعي. يتم ربطها بالكرة الكهربائية والمُشعل عبر أغطية معدنية.
غاز الزينون: يستخدم كغاز بدء لأنه لديه قوة تأيين منخفضة. كما يساهم في إنتاج الضوء بإصدار ضوء أزرق.
أملاح الصوديوم والزئبق: يستخدم كمصدر ضوء أساسي لأنه يصدر ضوءًا أصفر بكفاءة مضيئة عالية. يتم تخزينه في خزان خلف أحد الأقطاب.
الكرة الكهربائية: هي جهاز كهربائي ينظم التيار والفولتية للمصباح. كما توفر النبضة الفولتية العالية لتشغيل المصباح.
المُشعل: هو جهاز إلكتروني يولد النبضة الفولتية العالية لتشغيل المصباح عن طريق وضعها فوق الجهد الكهربائي.
تطبيقات مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط
يستخدم مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا وأجل خدمة طويل وصيانة منخفضة، مثل:
إضاءة الشوارع: يتم استخدام مصابيح بخار الصوديوم عالي الضغط على نطاق واسع لإضاءة الشوارع العامة والطرق السريعة والجسور والأنفاق وغيرها من المناطق الخارجية. توفر هذه المصابيح سطوعًا عاليًا وأجل خدمة طويل وصيانة منخفضة. كما أنها تتميز بعامل ومض منخفض واستقرار اللون مرتفع مع مرور الوقت. ومع ذلك، فإنها تفتقر إلى تقديم اللون وتقليل الدقة البصرية، مما يمكن أن يؤثر على سلامة وراحة السائقين والمشاة.
إضاءة الصناعة: يتم استخدام مصابيح بخار الصوديوم عالي الضغط أيضًا لإضاءة مختلف التطبيقات الصناعية، مثل المستودعات والمصانع والورش والمناجم ومحطات الطاقة والملاعب. توفر هذه المصابيح كفاءة مضيئة عالية وموثوقية عالية ومقاومة عالية للبيئات القاسية. كما أنها تتميز بصيانة اللومينز عالية ومعدل تدهور منخفض. ومع ذلك، فإنها تفتقر إلى تقديم اللون وتحتاج وقتًا طويلاً للتسخين، مما يمكن أن يؤثر على إنتاجية وجودة العمل.
إضاءة البستنة: يتم استخدام مصابيح بخار الصوديوم عالي الضغط أيضًا لإضاءة النباتات الداخلية والبيوت الزجاجية. توفر هذه المصابيح إشعاعًا نشطًا للنباتات (PAR) الذي يحفز نمو وازهار النباتات. كما أنها تتميز بأجل خدمة طويل واستهلاك طاقة منخفض. ومع ذلك، فإنها تنتج حرارة عالية ونوعية طيفية منخفضة، مما يمكن أن يؤثر على صحة وتنوع النباتات.
إضاءة الإعلان: يتم استخدام مصابيح بخار الصوديوم عالي الضغط أيضًا لإضاءة اللوحات الإعلانية والأشارات والأبراج وغيرها من العروض الخارجية. توفر هذه المصابيح سطوعًا عاليًا وأجل خدمة طويل وصيانة منخفضة. كما أنها تتميز بنسبة تباين عالية ورؤية عالية في الليل. ومع ذلك، فإنها تفتقر إلى تقديم اللون ودرجة حرارة لونية منخفضة، مما يمكن أن يؤثر على جاذبية وقابلية القراءة للعروض.
مقارنة مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط بمصباح بخار الصوديوم منخفض الضغط
مصباح بخار الصوديوم منخفض الضغط هو نوع آخر من مصابيح الإشعاع الغازي يستخدم الصوديوم في حالة التحفيز لإنتاج الضوء. يعمل تحت ضغط منخفض (أقل من 0.1 جوي) ودرجة حرارة (أقل من 300 درجة مئوية) داخل أنبوب قوس زجاجي يحتوي على بخار الصوديوم وغاز النيون. يتم تغليف أنبوب القوس بغلاف زجاجي خارجي ممتلئ بالغاز غير النشط أو الفراغ.
يعمل المصباح عن طريق تطبيق فولتية على الأقطاب في كل طرف من أنبوب القوس، مما يتأين غاز النيون ويخلق قوسًا أوليًا. يسخن القوس أنبوب القوس ويتبخر الصوديوم. يصدر بخار الصوديوم ضوءًا أصفر أحادي اللون بطول موجي 589 نانومتر.
للمصباح بخار الصوديوم منخفض الضغط بعض المزايا مقارنة بمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط، مثل:
كفاءة مضيئة أعلى: يمكنه إنتاج ما يصل إلى 200 لمبة لكل واط، وهو حوالي 30% أكثر من مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط.
أجل خدمة أطول: يمكن أن يدوم حتى 30,000 ساعة، وهو حوالي 25% أكثر من مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط.
تكلفة أقل: له تكلفة أولية أقل وتكلفة تشغيل أقل من مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط.
ومع ذلك، فإن مصباح بخار الصوديوم منخفض الضغط له بعض العيوب مقارنة بمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط، مثل:
تقديم اللون أسوأ: له معامل تقديم لون منخفض للغاية حوالي 0، مما يعني أنه يشوّه تمامًا ألوان الأشياء التي يضيء.
درجة حرارة لونية أقل: له درجة حرارة لونية منخفضة حوالي 1700 كلفن، مما يعني أنه ينتج ضوءًا دافئًا ومرهقًا.
حجم أكبر: له حجم وزن أكبر من مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط.
التكرار: يمكن أن يواجه تكرارًا أو توهجًا عندما يصل إلى نهاية عمره أو عندما يعمل في درجات حرارة منخفضة.
تأثيرات بيئية وصحية لمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط
للمصباح بخار الصوديوم عالي الضغط بعض التأثيرات البيئية والصحية التي يجب مراعاتها قبل استخدامه.
تلوث الزئبق: يحتوي مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط على الزئبق كواحد من مكوناته. الزئبق هو معدن سام يمكن أن يسبب مشاكل صحية خطيرة إذا تم ابتلاعه أو استنشاقه. يمكن أن يتسرب الزئبق من المصابيح المكسورة أو المعاد تدويرها إلى التربة أو مصادر المياه، حيث يمكن أن يتراكم في السلسلة الغذائية ويؤثر على الحياة البرية والإنسان. لذلك، تعتبر التعامل الصحيح وإعادة تدوير المصابيح التي تحتوي على الزئبق أمرًا ضروريًا لمنع تلوث الزئبق.
تلوث الضوء: ينتج مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط ضوءًا ساطعًا ومكثفًا يمكن أن يسبب تلوث الضوء في المناطق الحضرية. تلوث الضوء هو الاستخدام المفرط أو غير المناسب للضوء الاصطناعي الذي يمكن أن يتدخل مع الدورات الطبيعية للضوء والظلام. يمكن لتلوث الضوء أن يكون له آثار سلبية على علم الفلك والبيئة وصحة الإنسان واستهلاك الطاقة والجمال.
الإشعاع فوق البنفسجي: يصدر مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط كمية صغيرة من الإشعاع فوق البنفسجي من القوس. يمكن للإشعاع فوق البنفسجي أن يسبب تلف الجلد وتهييج العين وقمع الجهاز المناعي في البشر والحيوانات. يمكن أيضًا للإشعاع فوق البنفسجي أن يدمر بعض المواد، مثل البلاستيك والقماش. لذلك، يعتبر التحصين أو التصفية الصحيحة للإشعاع فوق البنفسجي ضرورية لحماية صحة وسلامة المستخدمين والبيئة.
التشويش الكهرومغناطيسي: يولد مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط تشويشًا كهرومغناطيسيًا (EMI) من الكرة الكهربائية والمُشعل. يمكن للتشويش الكهرومغناطيسي أن يؤثر على الأداء والعملية للأجهزة الإلكترونية الأخرى، مثل الراديو والتلفزيون والحاسوب والهواتف. يمكن أيضًا للتشويش الكهرومغناطيسي أن يتدخل مع أنظمة الاتصال والتنقل في الطائرات والمركبات. لذلك، يعتبر التحصين أو التصفية الصحيحة للتشويش الكهرومغناطيسي ضروريًا للامتثال للمعايير واللوائح الخاصة بالتوافق الكه
