От металла к галогенам

В 1901 году американский инженер-электрик Питер Купер-Хьюитт (1861–1921) создал первый промышленный образец дуговой ртутной лампы (рис. 5). Ртуть снижала напряжение зажигания и горения при увеличении яркости дуги (световой отдачи лампы). Лампа Хьюитта давала яркий, но не очень приятный бело-зеленоватый свет. Срок службы, а также световая отдача этих ламп по сравнению с ЛН были весьма высоки. Для зажигания разряда лампу Хьюитта нужно было качнуть, чтобы ртуть, свободно переливающаяся по колбе, замкнула электроды, а затем разорвала цепь. При этом вспыхивала дуга (на рисунке видна ртуть в шариках, выдутых на концах колбы лампы). Основными потребителями ламп Хьюитта, который создал для их производства собственную компанию Cooper Hewitt Electric Company, стали фотоателье. Фотография начала XX века была черно-белой, и высокая освещенность объекта съемки имела большее значение, чем хорошая цветопередача. В 1919 году GE купила компанию Хьюитта, а в 1933-м начала выпуск ртутных ламп несколько иной конструкции.

В 1904 году руководитель исследовательской лаборатории GE Чарльз Протеус Штейнмец (1865–1923) предложил дуговую лампу с металлическими электродами. Такие лампы с η = 15–25 лм/Вт и τ = 50–200 ч в США долгое время успешно конкурировали с мощными ЛН.

На международной выставке 1938 года компания GE продемонстрировала первую люминесцентную лампу (ЛЛ), в которой для исправления цветности излучения дугового разряда в парах ртути низкого давления использовался слой люминофора, преобразовывавший ультрафиолетовое излучение разряда в видимое.

Опытные образцы отечественных ЛЛ созданы под руководством Алексея Петровича Иванова (1904– 1982), Сергея Ивановича Вавилова (1891–1951) и Валентина Александровича Фабриканта (1907–1991) в 1935–1936 годах, а к началу 1941-го была разработана технология промышленного производства ЛЛ. Однако начавшаяся война приостановила эти работы, и лишь в 1948 году был пущен в эксплуатацию Московский завод ламп дневного света, продукция которого сразу же стала широко внедряться в обиход.

Массовое увлечение экономичными и долговечными люминесцентными лампами стало причиной создания нескольких экзотичных конструкций светильников. Так, люстры с ЛЛ 15 Вт украшают многие станции Московского метрополитена и интерьеры столичных высоток. В тот же период были предприняты попытки использования ЛЛ для наружного освещения. Однако малая единичная мощность ламп (до 80 Вт) вынуждала создавать сложные многоламповые светильники, неудобные в эксплуатации, а в зимние морозы лампы плохо зажигались. Поэтому от применения их в уличном освещении отказались довольно быстро. Кроме того, в начале 1950-х годов появились первые дуговые ртутнолюминофорные лампы (ДРЛ – рис. 6, слева). В этих лампах давление паров ртути было существенно выше, чем в ЛЛ, за счет чего при небольших габаритах лампы имели значительно большую мощность. Габаритный ряд ДРЛ – 125, 250, 400, 700, 1000 Вт, позднее дополненный лампами 50 Вт и 80 Вт, а также вырабатываемыми некоторое время ДРЛ-2000, – выпускается по сей день всеми крупными мировыми производителями ИС. Сегодня для ДРЛ-400 η ≈ 60 лм/Вт, а срок службы достигает 10–25 тыс. ч. Дуговые ртутно-люминофорные лампы занимают третье место по объему выпуска после ламп накаливания и люминесцентных ламп.

В 1930 году Марчелло Стефано фон Пирани (1880–1968), возглавлявший исследовательский центр компании Osram, сообщил о создании натриевой лампы низкого давления (НЛНД). Такие лампы имели весьма высокую световую отдачу, что позволяло использовать их для наружного освещения. Единственным недостатком НЛНД являлся их желтый свет (с длиной волны λ = 589,0 и 589,6 нм). При изготовлении натриевой лампы низкого давления пришлось решить целый ряд сложных инженерных задач, наиболее серьезные из которых были связаны с необходимостью защиты стекла от разрушающего действия горячих паров натрия. С этой целью Пирани создал рецептуру боросиликатного стекла, обеспечившего приемлемую долговечность работы натриевой горелки. В США интерес к НЛНД был быстро утрачен в связи с успешными работами над металлогалогенными лампами (МГЛ – рис. 6 на с. 69, в центре), появившимися на потребительском рынке в 1960-х годах. В нашей стране НЛНД никогда не использовались для нужд освещения, однако в Европе до сих пор НЛНД массово применяются для освещения, в частности автомобильных тоннелей. Для них η → 200 лм/Вт (при мощности 18–185 Вт), и это практически предельная для данного вида ИС величина. Металлогалогенные лампы – результат дальнейшего этапа развития ламп типа ДРЛ. Но для повышения эффективности в этих лампах вместо люминофора, излучение которого восполняло «провалы» в спектре излучения ртути, используются добавки галогенпроизводных некоторых металлов (натрия, свинца, кобальта, индия, а также редкоземельных элементов – талия, лантана и др.), вводимые в колбу. Принцип действия МГЛ был предложен в 1911 году Чарлзом Протеусом Штейнмецем (1865–1923), однако освоение их производства, начатого в 1962 году, потребовало создания новой отрасли промышленности, выпускавшей особо чистые галогениды металлов, а также разработки технологии дозирования этих гигроскопичных материалов в горелку лампы.

Другое по технологическим наукам

С.П. Королев - Главный конструктор первых ракетно-космических систем
Выбранная мною тема “С.П.Королев - Главный конструктор первых ракетно-космических систем” характеризует одну из наиболее ярких страниц истории нашего государства - эру освоения космического пространства. первый спутник земли, первый полет человека в космос, первый выход космонавта в открытый космо ...