Sodíkové výbojky: Vláda zkroceného chemického prvku » Informace pro elektrikáře

Pro astronomy je dnes život těžký. Ať už namíří své dalekohledy na jakoukoli část oblohy, spektrální fotografie hvězd vždy ukážou sodíkové a rtuťové čáry. Taková spektra nedokazují, že hvězdy jsou na tyto chemické prvky bohaté. Důvod je čistě pozemský: venkovní osvětlení měst a dálnic vysoce intenzivními výbojkami vytváří tak silné osvětlení atmosféry, že citlivé astronomické přístroje zaznamenávají světlo uměle vytvořených „hvězd“.

Největším přispěvatelem k pouličnímu osvětlení a hlavní překážkou astronomických pozorování jsou dnes vysokotlaké sodíkové výbojky. Tento článek se o nich bude bavit.

Zaprvé, proč vysoký tlak? Faktem je, že nízkotlaké rtuťové výbojky se objevily v předválečném období. Zářivky se rychle rozšířily. Výboj v sodíkových parách však dlouho nebylo možné dosáhnout kvůli nízkému parciálnímu tlaku sodíku při nízkých teplotách.

Po sérii technologických triků bylo možné vytvořit sodíkové výbojky pracující za nízkého tlaku. Kvůli své složité konstrukci se však nedostaly do širokého rozšíření. Osud vysokotlaké sodíkové výbojky (HPS)Počáteční pokusy o vytvoření lamp v plášti z křemenného skla skončily neúspěchem. Při vysokých teplotách se zvyšuje chemická aktivita sodíku. Zvyšuje se také mobilita jeho atomů (difúze). Proto v křemenných hořácích sodík rychle pronikal skrz křemen a ničil plášť hořáku.

Situace se změnila, když Na začátku 60. let si společnost General Electric nechala patentovat nový keramický materiál, který mohl fungovat v sodíkových parách při vysokých teplotách. Dostala značku „loukalos“. V naší zemi je tato keramika známá jako „policor“Keramika se vyrábí slinováním práškového oxidu hlinitého za vysokých teplot.

Oxid hlinitý má více než 10 modifikací krystalové mřížky, v závislosti na podmínkách oxidační reakce. Pro osvětlovací účely je vhodná pouze jedna modifikace – alfa forma oxidu, která má nejhustší uspořádání atomů v krystalu. Proces spékání, respektive „pěstování“ keramiky je velmi rozmarný. Koneckonců, kromě chemické odolnosti vůči sodíkovým párám musí mít keramika vysokou průhlednost. Jaký má smysl vyrábět lampu, když se většina světla ztrácí ve stěnách výbojky (hořáku)?

Keramický hořák sodíkových výbojek je hlavním rozlišovacím znakem od ostatních výbojkových světelných zdrojů. Keramika pracující při teplotách nad 1000 stupňů Celsia dokáže udržet sodík po desítky tisíc hodin. To ale neznamená, že sodík nemůže vůbec proniknout do vnější baňky.

Hustá krystalová mřížka skutečně ztěžuje atomům difuzi skrz keramiku. Krystalické bloky oxidu hlinitého jsou však „spojeny“ dohromady amorfní, sklovitou mezifázovou keramikou. Ta se skládá z přísad, které omezují růst krystalů polykoru, a nečistot, které jsou v jakémkoli materiálu nevyhnutelné. Propustnost podél krystalových hranic je mnohem vyšší než skrz krystalovou mřížku. Životnost sodíkových výbojek je proto určena právě ztrátou sodíku skrz mezikrystalický materiál.

Monokrystalický oxid hlinitý, lépe známý jako safír, se používá také pro sodíkové výbojky. Výbojky vyrobené z takového materiálu mají velmi vysoký koeficient propustnosti, vysoký odpor proti difúzi sodíku, ale anizotropní (různé směry) mechanické vlastnosti ztěžují utěsnění hořáků vysokoteplotními cementy. Navíc jsou znatelně dražší než polykrystalické hořáky.

Hořák sodíkové výbojky má pouze dvě elektrody, které jsou potaženy emisním povlakem pro usnadnění počátečního zapálení výbojky. Do hořáku se dávkuje inertní plyn (obvykle xenon o tlaku asi 20 mm Hg) a amalgám (slitina) rtuti se sodíkem ve formě kuličky přesně stanoveného složení a velikosti.

Životnost lampy přímo souvisí s životností hořáku. A ta je zase určena rezervou sodíku a složením emisí na elektrodách. Postupem času sodík prosakuje skrz keramiku, což vede ke zvýšení napětí na hořáku, což způsobí, že lampa po vstupu do režimu ihned zhasne.

Po ochlazení se lampa znovu rozsvítí, jen aby znovu zhasla. Častý provoz (krátké cykly zapínání a vypínání) vede k urychlené spotřebě zářiče – emisního složení na elektrodách a lampa selhává.

Hořák je namontován ve vnější baňce vyrobené ze žáruvzdorného skla na příčnících (podpěrách). Po napumpování a odpájení se k baňce připevní patice (obvykle E27 nebo E40). Objem vnější baňky se evakuuje. Pro dosažení vyššího vakua se do ní dodatečně nastříká plyn absorbující kompozice, getter.

Vakuová izolace hořáků je nezbytná k ochraně žáruvzdorných kovů konstrukce hořáku (niob, molybden) před oxidací. Hlavním úkolem je však eliminovat tepelné ztráty konvekcí. Koneckonců, keramika pracující při teplotách nad 1000 stupňů se stává silným zdrojem tepelné energie. Při špatné tepelné izolaci se snižuje účinnost lampy, baňka a patice lampy se přehřívají.

V současné době se vyrábí široká škála sodíkových výbojek s výkonem od 35 do 1000 W. Na základě tvaru vnější baňky a vlastností použití lze rozlišit tři hlavní skupiny sodíkových výbojek: DNaT s trubicovou baňkou, DNaS s eliptickým matným pláštěm a DNaZ se zrcadlovým reflexním povlakem.

O aplikaci vysokotlaké sodíkové výbojky DNaT O tom není třeba mnoho říkat: jedná se o pouliční osvětlení obydlených oblastí, rušných dálnic a osvětlení architektonických souborů.

DNAS lampy vyvinuty jako náhrada za rtuťové obloukové zářivky (MAR). Kromě eliptického tvaru baňky mají vlastnosti náplně hořáku: místo čistého xenonu se dávkuje směs vzácných plynů (Penningova směs) pro usnadnění zapálení. Takové výbojky se používají bez zapalovače, který generuje vysokonapěťové impulsy. Jiné typy sodíkových výbojek vyžadují podobné zařízení.

Lampy DNaZ našly uplatnění v průmyslových sklenících k urychlení fotosyntézy rostlin. Podíl těchto lamp na celkovém počtu zdrojů využívajících sodíkové záření je relativně malý a lze je zařadit mezi jednoúčelové lampy.

Díky velmi vysoké účinnosti a dobrému podání barev by nízkopříkonové sodíkové výbojky (35 a 50 W) mohly najít uplatnění v každodenním životě. Přídavek kovů vzácných zemin do hořáku umožňuje získat spektrum záření, které je téměř nerozeznatelné od slunečního světla.

Achillovou patou lamp ale není složitý napájecí obvod – moderní elektronika si s takovým problémem snadno poradí. Doba zapálení a dosažení provozního režimu je překážkou, která neguje všechny výhody sodíkových výbojek v každodenním životě. Nízkoenergetické výbojky dosáhnou režimu za 4-6 minut a parametry se plně stabilizují během 20-25 minut. Jen málo lidí bude souhlasit s takovými nepříjemnostmi při osvětlení místnosti.

Dnes prakticky neexistují žádné jiné alternativní zdroje světla pro venkovní osvětlení. Sodíkové výbojky budou tuto mezeru obsazovat ještě dlouho a budou se s povýšeností dívat na pokusy moderních „vyšších startupů“, jako jsou LED lampy, je vytlačit.

• Halogenidové výbojky: Území sálavých kovů
• Requiem za žárovky
• Světelné dekorace budov a staveb pro novoroční svátky

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Osvětlení domácnosti

Přihlaste se k odběru našeho kanálu Telegram a buďte první, kdo se dozví o nejnovějších trendech, tipech na osvětlení a technologiích, díky kterým bude váš domov pohodlnější a stylovější: Moderní osvětlení

Sdílejte tento článek se svými přáteli: