Lampa siarkowa

Z Wikipedii

Lampa siarkowa

Lampa siarkowa - wysoce wydajna, bezelektrodowa lampa elektryczna, zawiera niewielką ilość sproszkowanej siarki oraz gazowy argon. Wytwarza ona światło dzięki pobudzeniu siarki do stanu plazmy energią dostarczaną za pomocą mikrofal. Technologia została opracowana w latach 1986 - 1990., jednak początkowo nie została uznana za zbyt obiecującą i okazała się komercyjną katastrofą. Od 2005 r. lampa siarkowa wróciła do łask i jest obecnie produkowana i coraz powszechniej stosowana.

[edytuj] Budowa i mechanizm działania

Bańka szklana lampy siarkowej

Lampa siarkowa zbudowana jest z kilkucentymetrowej, bańki (ze szkła kwarcowego), zawierającej kilka miligramów sproszkowanej siarki i argon jako gaz rozruchowy. Magnetron (podobny do tego w kuchenkach mikrofalowych) bombarduje bańkę promieniowaniem mikrofalowym o częstotliwości 2,45 GHz. Całość umieszczona jest w "klatce" z cienkiego drutu, odbijającej promieniowanie mikrofalowe. Energia mikrofal pobudza argon, który rozgrzewa siarkę do takiego stopnia, że ta zamienia się w plazmę emitującą bardzo silne światło. Problemem okazało się osiągnięcie jednorodnego rozkładu temperatur w naczyniu wyładowczym, koniecznego do osiągnięcia dostatecznego ciśnienia par siarki na poziomie 5 atmosfer. Bańka szklana jest miejscami ogrzewana tak silnie, że pozostawiona sama sobie mogłaby się stopić. Aby temu zapobiec jest ona nieustannie obracana z prędkością powyżej 300 obr./min , wokół osi kwarcowego pręta zamocowanego do bańki i w niektórych egzemplarzach chłodzona przy pomocy wentylatora. Przeważnie bańka umieszczana jest w ognisku reflektora parabolicznego, tak że jej światło jest kierowane w jednym kierunku.

Wprowadzenie siarki w stan plazmy przy pomocy elektrod (jak to ma miejsce z rtęcią w popularnych lampach rtęciowych) jest niemożliwe. Siarka jest niezwykle agresywna chemicznie dla wielu materiałów znanych z konstrukcji innych źródeł światła. Elektrody wolframowe są przez nią atakowane i niszczone bardzo gwałtownie, dlatego niezbędne stało się zastosowanie konstrukcji bezelektrodowej. Brak elektrod pozwala na wykorzystanie znacznie większej palety substancji do produkcji światła niż ma to miejsce w przypadku klasycznych lamp elektrodowych.

Średni przewidywany czas pracy samej lampy siarkowej to około 60 tys. godzin, jednak średni czas pracy magnetronu to jedynie 15 - 20 tys. godzin. Lampa siarkowa nie wytwarza żadnego pola elektrycznego ani magnetycznego.

Pomijając lampy fluorescencyjne, czas rozjarzenia lampy siarkowej jest znacznie krótszy niż innych lamp jarzeniowych, nawet w niskiej temperaturze otoczenia. Osiąga ona 80% jasności w czasie poniżej 20 sekund. Lampa siarkowa może być ponownie uruchomiona po czasie około 5 min. od odłączenia zasilania.

Pierwszy prototyp lampy siarkowej miał moc 5,9 kW, i osiągał skuteczność świetlną rzędu 80 lm/W. Pierwszy seryjnie produkowany model miał moc 1,4 kW i jasność 135 tys. lumenów. W najnowszych modelach wyeliminowano wentylator i poprawiono skuteczność świetlną do ponad 100 lm/W. Produkcja systemów o mocach niższych od 1000 W. jest raczej niepraktyczna.

[edytuj] Cechy emitowanego światła

Spektrum lampy siarkowej na tle światła słonecznego.

Spektrum lampy siarkowej z domieszką CaBr₂.

Plazma siarkowa składa się głównie z dwuatomowych cząstek (S₂), które generują światło poprzez tak zwaną emisję cząsteczkową. Dzięki temu, w przeciwieństwie do emisji atomowej, spektrum wytwarzanego promieniowania jest ciągłe w całym zakresie światłą widzialnego. Promieniowanie podczerwone jest bardzo małe, podobnie jak promieniowanie ultrafioletowe - zaledwie 1% emitowanego promieniowania. Około 73% promieniowania to światło widzialne, jest to znacznie więcej niż w przypadku innych źródeł światła. Poza tym jest ono bardzo zbliżone do światła słonecznego, dzięki temu i niskiej emisji szkodliwego promieniowania ultrafioletowego, doskonale nadaje się np. do oświetlania wystaw muzealnych.

Spektrum osiąga maksimum przy długości fali około 510 nm, przez co nadaje delikatnie zielonkawy odcień oświetlanym przedmiotom. Lampy siarkowe cechuje temperatura barwowa ok. 6000 K oraz wskaźnik CRI wynoszący 79. Lampa może być przyciemniona do około 15% nominalnej mocy bez utraty jakości oświetlenia. Walory światła są zachowane przez cały okres pracy lampy.

Użycie filtrów w kolorze magenta nadaje światłu cieplejszego wyrazu. Właśnie takie filtry zostały użyte przy oświetlaniu National Air and Space Museum w Waszyngtonie.

Dodatki innych substancji chemicznych pozwalają zmienić charakter światła. Lampa siarkowa z dodatkiem bromku wapnia (CaBr₂) rozjaśnia spektrum w czerwonej długości fali (625 nm) i nieznacznie osłabia fale zielone i niebieskie. Temperatura barwowa uzyskanego w ten sposób światła wynosi 3500 K. Używane są również inne domieszki takie jak jodek litu (LiI) czy jodek sodu (NaI).

[edytuj] Wpływ na środowisko naturalne

W przeciwieństwie do lamp fluorescencyjnych czy jarzeniowych, lampy siarkowe nie zawierają rtęci, zatem nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla środowiska naturalnego i nie wymagają specjalistycznej utylizacji. Dzięki bardzo korzystnemu stosunkowi jasności do poboru prądu znacznie spada zużycie energii elektrycznej potrzebnej do oświetlenia konkretnego otoczenia.