Làmpades de sodi: domini de l’element químic domat

L'article tracta el disseny i l'aplicació de làmpades de sodi d'alta pressió.

Avui és difícil per als astrònoms. No importa el lloc on el cel s’orientin per telescopis, les línies de sodi i mercuri sempre estaran presents en fotografies dels espectres de les estrelles. Aquests espectres no demostren en absolut que les estrelles siguin riques en aquests elements químics. La raó és purament terrenal: la il·luminació exterior de les ciutats i autopistes amb l'ajut de làmpades de descàrrega d'alta intensitat crea una il·luminació tan forta de l'atmosfera que els instruments astronòmics sensibles capten la llum de les "estrelles" creades per l'home.

Actualment, la contribució més gran a l’enllumenat urbà, i el principal obstacle per a les observacions astronòmiques làmpades de sodi d'alta pressió Sobre ells i es tractarà en aquest material.

Primer de tot, per què la pressió exactament alta? El fet és que a la preguerra aparegueren làmpades de tub de descàrrega amb baixa pressió de mercuri. Les làmpades fluorescents es van estendre ràpidament. Però no es va poder obtenir una descàrrega de vapor de sodi durant molt de temps a causa de la baixa pressió parcial de sodi a temperatures baixes.

Després de diversos trucs tecnològics, la distinció és crear làmpades de sodi que funcionin a baixa pressió. Però no van ser àmpliament utilitzats a causa del complex disseny. Un destí més afortunat làmpades de sodi d'alta pressió (NLVD). Els primers intents de crear làmpades en una capa de vidre de quars van acabar fallant. A temperatures altes, l’activitat química del sodi augmenta. La mobilitat dels seus àtoms (difusió) també creix. Per tant, en els cremadors de quars, el sodi va penetrar ràpidament a través del quars, destruint la closca del cremador.

Es va mesurar la situació quan a principis dels anys 60, General Electric va patentar un nou material ceràmic que pot funcionar amb vapor de sodi a altes temperatures. Va rebre el nom de marca "Lukalos". Tenim aquesta ceràmica coneguda com a Polycor. La ceràmica es realitza mitjançant sinterització a alta temperatura de pols d'alúmina.

L’alumina té més de 10 modificacions de la gelosia de cristall, segons les condicions de la reacció d’oxidació. A efectes d’il·luminació, només és adequada una modificació: la forma alfa de l’òxid, que té l’embalatge més dens d’àtoms del cristall. El procés de sinterització, o millor dit, el "creixement" de la ceràmica té molt bon humor. De fet, a més de la resistència química al vapor de sodi, la ceràmica hauria de tenir una alta transparència. Quin sentit té fer una làmpada si es perd la major part de la llum a les parets del tub de descàrrega (cremador)?

El cremador ceràmic de les làmpades de sodi és la principal característica diferenciadora de les altres fonts de llum amb descàrrega de gas. La ceràmica que funciona a temperatures de més de 1000 graus, pot retenir sodi durant desenes de milers d’hores. Però això no significa que el sodi no sigui capaç de penetrar cap al exterior en el volum del matràs exterior.

Una densa gelosia de cristall impedeix realment la difusió dels àtoms a través de la ceràmica. Però els blocs cristal·lins d’òxid d’alumini estan “units” entre si per ceràmiques amorfades i de tipus interfase. Consisteix en additius que limiten el creixement de cristalls de policor i impureses que no són inevitables en qualsevol material, la permeabilitat al llarg dels límits dels cristalls és molt superior que a través d'una gelosia de cristall. Per tant, la vida de les làmpades de sodi està determinada precisament per la pèrdua de sodi a través d’un material intercristal·lí.

Per a sodi s'utilitzen llums i cristalls únics d'òxid d'alumini - "monocor", més coneguts com a safir.Els tubs de descàrrega fabricats amb un material d’aquest tipus tenen una transmitància molt elevada, una gran resistència a la difusió de sodi, però les propietats mecàniques anisotròpiques (direccions diferents) dificulten el segellat dels cremadors amb ciments a alta temperatura. A més, són sensiblement més cars que els cremadors policristal·lins.

El cremador de làmpada de sodi només té dos elèctrodes sobre els quals s’aplica un recobriment d’emissions per facilitar l’encesa inicial de la làmpada. Un gas inert (generalment xenó a una pressió d’uns 20 mm Hg) i un amalgama (aliatge) de mercuri amb sodi es dosifiquen al cremador, en forma de bola de composició i mida estrictament fixades.

La vida de la làmpada està directament relacionada amb la vida del cremador. I això, al seu torn, està determinat per l’estoc de sodi i la composició d’emissions dels elèctrodes. Amb el pas del temps, les fuites de sodi passen per la ceràmica, la qual cosa provoca un augment de la tensió al cremador, cosa que fa que la làmpada s’apagui immediatament després d’entrar al mode.

Després de refredar-se, la làmpada s'encén per tornar a apagar-se. El funcionament freqüent (cicles de curta durada) condueix a un consum accelerat de l’emissor: la composició d’emissions dels elèctrodes i la llum de la llum.

El cremador es munta en un matràs exterior fet de vidre refractari als travessers (suports). Després de l’evacuació i desmuntatge, la base s’enganxa al matràs (normalment E27 o E40). El volum del matràs exterior és evacuat. Per obtenir un buit més elevat, s’hi polvoritza addicionalment una composició de goter (getter).

L’aïllament al buit del cremador és necessari per protegir els metalls refractaris de l’estructura del cremador (niobi, molibdè) de l’oxidació. Però la tasca principal és eliminar la pèrdua de calor per convecció. Al cap i a la fi, la ceràmica que funciona a temperatures superiors als 1000 graus es converteix en una poderosa font d’energia tèrmica. Amb un aïllament tèrmic deficient, l’eficiència de la làmpada disminueix, la bombeta i la base de la làmpada s’escalfen.

Actualment hi ha disponible una àmplia gamma de làmpades de sodi de 35 a 1000 watts. Es poden distingir tres grups principals de làmpades de sodi segons la forma de la bombeta externa i les característiques d’aplicació: DNaT amb bombeta tubular, DNaS amb petxina el·líptica gelada i DNaZ amb un revestiment reflectant de miralls.

Quant a l'aplicació làmpades de sodi d'alta pressió no val la pena esmentar: es tracta de l’enllumenat del carrer dels assentaments, les carreteres molt transitades i la posada en relleu dels conjunts arquitectònics.

Llums DNaS desenvolupat com a reemplaçament de les làmpades fluorescents de mercuri d’arc (DRL). A més de la forma el·líptica del matràs, tenen les particularitats d’omplir els cremadors: en lloc de xenó pur, es dosifica una barreja de gasos nobles (barreja Penning) per facilitar l’encesa. Aquestes làmpades s’accionen sense que un dispositiu d’encesa generi impulsos d’alta tensió. Altres tipus de làmpades de sodi necessiten un dispositiu similar.

Llums DNAZ S'ha trobat aplicació en hivernacles industrials per accelerar la fotosíntesi de les plantes. La proporció d’aquestes làmpades en el nombre total de fonts que utilitzen radiació de sodi és relativament petita i es poden atribuir a làmpades especials.

Amb una alta eficiència i una bona representació del color, les làmpades de sodi de baix consum (35 i 50 W) poden trobar una aplicació a la vida quotidiana. Els additius al cremador de metalls de terra rara permeten obtenir un espectre de radiació gairebé indistinguible de la llum solar.

Però el taló d’Aquil·les de les làmpades no és un esquema d’alimentació complicat: l’electrònica moderna pot afrontar fàcilment un problema similar. El temps d’acceleració i sortida al mode de funcionament és un obstacle que nega tots els avantatges de les làmpades de sodi en la vida quotidiana. Les làmpades de poca potència passen de 4-6 minuts i els paràmetres s’estabilitzen completament en 20-25 minuts. Per evitar aquests inconvenients en la il·luminació de les habitacions, rarament algú hi estarà d’acord.

A dia d’avui, pràcticament no hi ha altres fonts de llum alternatives per a l’enllumenat exterior.Les làmpades de sodi ocuparan aquest nínxol durant molt de temps, mirant de forma condescendent els intents “modernes” modernes, com ara llums LED premeu-los.