201176. lajstromszámú szabadalom • Fémgőzös gázkisülőlámpa
1 HU 201176 B 2 A találmány tárgya fémgözös gázkisülőlámpa, például fénycső, melynek csőalakú üvegburájába vagy kisülőcsövébe mindkét végén elektródák vannak beforrasztva, mely elektródák között villamos ívkisülés következtében pozitív töltésoszlop jön létre, és a töltésoszlop fémgőz ionjai gerjesztés következtében ultraibolya sugárzást bocsátanak ki. A kisülőcső belső felülete védőréteggel van bevonva az ultraibolya fénysugárzás ellen, amely áthatol a cső belső felületére felvitt fluoreszkáló, lumineszkáló bevonaton. Ismeretes, hogy gázkisülőlámpák hatásos fénykibocsátása fokozatosan csökken az üzemórák számával, s referenciaként meg szokták adni a garantált fényáramot. Kísérletekből nyilvánvaló, hogy a lámpa fénykibocsátására negatív hatással vannak azok a kölcsönhatások, amelyek a kisülőcső üvegfelületében tartalmazott anyagok közt játszódnak le, melyek lehetnek fénypor szemcsék, higany, elektróda szerkezetek, a lámpatérben levő gáznemű szennyezők, így pl. nitrogén gáz. szénmonoxid, széndioxid, víz és szénhidrogének. E kölcsönhatások olyan kémiai reakciókhoz is vezethetnek, amelyek- csökkentik a fénypor fizikai hatásfokát:- csökkentik a fénycső látható fény átbocsátási képességét;- szennyezik a lámpa gázterét és ezzel befolyásolják a lámpa fényparamétereit és hasznos élettartamát. A gázkisülőlámpa úgymint fénycső kisülőcsöve vagy üvegburája nátronüvegből készül, ami tartalmaz higanyt, fényport. sugárzó anyagokat, nemes gáz töltetet és különböző gáznemű szennyezőket, melyek kémiai szempontból igen hevesen reagálnak. A kisülési mechanizmus által létrehozott kémiai reakciók így különböző reakció folyamatokban vesznek részt és gyakran befolyásolják ezen folyamatok egyensúlyának sebességét és állapotát. Az utóbbi időben elterjedt a kisülőcsövek átmérőjének csökkentése, ami növeli az üvegfelület falterhelését. Ily módon a létrehozón energiában gazdag ultraibolya sugarak (hullámhossz= 185 nm) részaránya megnőtt a gerjesztő sugárzáshoz (hullámhossz= 254 nm) viszonyítva. Az ultraibolya sugarak ezen nagyobb sűrűsége, mely annak következménye, hogy az anód és katód közötti pozitív töltésoszlopban megnő az elektronok hőmérséklete, fokozza az energiában gazdag kémiai reakciók előfordulási esélyét. Következésképp a fokozatosan csökkenő átmérőjű kisülőcsövek vagy üvegburák gyártásánál egyre nagyobb igények lépnek a lámpa szerkezetével, alkotóelemeivel szemben a kémiai ellenállással kapcsolatosan. a viszonylag nagy ultraibolya sugárzás miatt. Ilyen lámpák esetében többek között ha a higany atomokat 61 Pi (6. 7 eV) szintre gerjesztjük, veszélyt jelentenek bizonyos fényporokra, ha azok kristálymagjának kationjai villamosán negatívabbak 1.5 Pauling egységnél. Mint ismeretes, a gerjesztett higany atomok már szobahőmérsékleten reagálnak az oxigén atomokkal a következő képlet szerint: Hg* (g) + { O: (g) -» HgO (S) A reakciótermék így higany-oxid. mely színes fényelnyelő bevonatként lekondenzál a lámpa kisülőterének különböző tartományaiban, elsősorban a Faraday-féle sötét sávot körülvevő fénypor rétegen, ahol a pozitív és negatív töltéshordozók előfordulása viszonylag magas (többek között Hg+, Hgi+, 0~). Egy másik tényező ami hajlamos csökkenteni a lámpa fénykibocsátását, az ultraibolya sugárzás kölcsönhatása a higanyatomok és az üvegfalban levő anyagok reakciótermékeivel. Jól ismert, hogy különböző típusú üveganyagok különböző mértékben érzékenyek energiagazdag sugárzásra. Ezt a jelenséget szolarizációnak nevezik, ami fotokémiai kezdeményezésű redox reakció az üveg atomjai és oxidok fém ionjai között. Ez a fotokémiai folyamat gyakran az üveg elszíneződéséhez vezet, ami a látható fény átbocsátásának jelentős csökkenésével jár. Az ultraibolya sugarak üveggel való kölcsönhatása bizonyos esetekben azzal is járhat, hogy a higany atomok másodlagos reakcióban egyéb fényt elnyelő összetevőket, pl. HgS-t hoznak létre. Az évek során, amíg kifejlődtek a fémgőzös gázkisülőlámpák, számos szakcikk jelent meg a higany és a kisülőcsövekben levő atomok amalgámképző reakcióiról, és a képződő reakciótermékek fényelnyelő tulajdonságairól. A lámpa hasznos élettartama során az amalgámképződés mértéke nagy mértékben függ a bura üvegének összetételétől, és az üvegfelület állapotától. Az üvegfelület aktivizálódik amalgám képző reagensekkel már a lámpa gyártása során, az üveg belsejében levő lúgok diffúziójával, ha a fényporban tartalmazott kötőanyagot 600 °C hőmérsékletű kályhában beégetik. A lúgos amalgánok képződése, mely többé vagy kevésbé elszíneződött, pl. Nan Hgm (n,m= 1-8). jelentős mértékben hozzájárul a fényveszteséghez. Mivel a fotokémiai reakció (szolarizáció) és az amalgám képződés veszélye nő a kisülőcsövek átmérőjének csökkenésével (magasabb falterhelés), kívánatos a reagenseket lehető legjobban elválasztani egymástól. Az optimális fénykibocsátásra alkalmas fényporok, pl. három sávos fényporok nem teljesítik azt a követelményt, hogy hatásos védőréteget képezzenek az amalgám képződés ellen. A maximális fénykibocsátásra alkalmas fényporok legkedvezőbb szemcseeloszlása olyan (2-8 pm), hogy a porréteg porózus, ami a higanygőz ellen mechanikailag csekély védőréteget biztosít. Ráadásul a 185 nm hullámhosszú ultraibolya sugárzás rosszul tükröződik a viszonylag durva fénypor részecskéken, és lényegében áthatol rajta, mivel ezen energiában gazdag sugárzás abszorpciója csekély. Következésképp a 185 nm hullámhosszú ultraibolya sugárzás megközelítőleg 50 %-a eléri a lámpabura üvegfelületét, ahol különböző kémiai és fotokémiai folyamatokat kezdeményez. Egy kisülőcső hatásfoka, azaz a felhasznált energiára vonatkoztatott kibocsátott fényáram nagymértékben függ a fényporral bevont rétegtől. Ha lehetőség szerinti legjobb hatásfokkal akarunk fényt kibocsátani, akkor a fénypor kristályoknak bizonyos alak és méret követelményeket ki kell elégíteniük. Kísérletek azt bizonyították, hogy a legjobb eredményt akkor érjük el. ha a kristályok lemez alakúak, melynek mérete 5x20x2 mikrométer. A fénypor bevonat hatásfoka azonban nagymértékben függ a bevonat vastagságától is. Ha a bevonat túl vékony, akkor az összes ultraibolya sugárzás nem alakul át látható fénnyé. Másrészt túl vastag bevonat esetén a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
