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

Научный подвиг «Ньютона электричества»
Имя Ампера дано одной из основных электрических единиц. Теперь тысячи людей произносят слово «ампер», почти ничего не зная об этом человеке. В то время, как бренное тело его превратилось в прах, его имя стало достоянием человечества. Французский академик Д. Бертло Тринадцатилетний ав ...