Цель работы: экспериментальное изучение основных принципов работы и особенностей спектра медицинских ламп.
Оборудование: блок питания ламп, лампы ДРСк-125 и ДРШ-250-3 в защитном кожухе, монохроматор-спектрофотометр ПЭ-5300.
Теория вопроса и метод выполнения работы
Основы физики процессов в газоразрядных приборах.
Ионными или газоразрядными называют разрядные приборы, наполненные газом или парами металлов. Такой прибор представляет собой стеклянный баллон или трубку с впаянными в нее электродами. В качестве наполнителя используют инертные газы (неон, аргон, гелий, ксенон, криптон), а также водород, пары ртути. Величина давления среды в приборах различна: от долей мм.рт.ст. до величин, значительно превышающих атмосферное. При газовом заполнении давление в приборе практически постоянно. При заполнении ртутью разряд происходит в насыщенных парах ртути, а их давление зависит от температуры.
В ионных приборах движение электронов в междуэлектродном пространстве происходит в условиях столкновений с атомами и молекулами газов и паров. В результате столкновений происходит возбуждение и ионизация атомов. Поэтому в электрических процессах наряду с электронами принимают участие ионы. Как следствие, процессы в ионных и в высоковакуумных приборах существенно отличаются.
Классификация разрядов в газе.
Электрические разряды в газе подразделяются на самостоятельные и несамостоятельные. Несамостоятельным называется разряд, требующий для его поддержания независимого источника заряженных частиц (нагревание катода, облучение газа светом, рентгеновским или радиоактивным излучением). Самостоятельным называется разряд, в котором генерация зарядов и их движение в разрядном промежутке осуществляется только за счёт энергии внешнего электрического поля. Самостоятельный разряд в свою очередь подразделяется на несколько типов:
1. Тлеющий разряд характеризуется большим катодным падением потенциала и своеобразным чередованием тёмных и светлых полос. Тлеющий разряд возникает при средних давлениях (0,1-10 Па).
2. Дуговой разряд возникает при высоких давлениях и наличии мощного источника питания.
3. Искровой разряд имеет вид зигзагообразных ломаных линий, сопровождается характерными звуковыми эффектами. Искровой разряд возникает при высоком падении напряжения и наличии высоковольтного, но маломощного источника питания.
Можно отметить также такие виды разрядов как коронный, факельный, высокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ).
Бактерицидные лампы.
Все газоразрядные приборы можно подразделить на два класса:
1) приборы для преобразования электрического тока и управления им;
2) приборы для преобразования электрической энергии в свет (осветительные и индикаторные).
К приборам первого класса относятся газотроны и игнитроны, использовавшиеся ранее для выпрямления переменного тока промышленной частоты в системах электропитания. В настоящее время их заменили полупроводниковые выпрямители.
Второй класс газоразрядных приборов – источники света – многочислен и продолжает пополняться в настоящее время. В этих приборах используется преобразование электрической энергии внешнего источника тока в энергию возбужденных атомов газа, а затем в энергию квантов света, излучаемого атомами при их переходе в невозбужденное состояние. Все приборы этого класса можно подразделить по применению на осветительные и индикаторные. К осветительным относятся:
1) трубчатые люминесцентные лампы низкого давления; 2) ртутно-кварцевые лампы высокого давления; 3) натриевые лампы; 4) ксеноновые лампы.
К индикаторным газоразрядным приборам относятся:
1) неоновые лампы и знаковые индикаторы; 2) плазменные панели.
Электрические источники излучения, спектр которых содержит излучение диапазона длин волн 205-315 нм, предназначенные для целей обеззараживания, называют бактерицидными лампами. Наибольшее распространение, благодаря высокоэффективному преобразованию электрической энергии, получили разрядные ртутные лампы низкого давления, у которых в процессе электрического разряда в аргонортутной парогазовой смеси более 60% переходит в излучение линии 253,7 нм. Ртутные лампы высокого давления не рекомендуются для широкого применения из-за малой экономичности, т.к. у них доля излучения в указанном диапазоне составляет не более 10%, а срок службы примерно в 10 раз меньше, чем у ртутных ламп низкого давления.
Наряду с линией 253,7 нм, обладающей бактерицидным действием, в спектре излучения ртутного разряда низкого давления содержится линия 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. У существующих бактерицидных ламп колба выполнена из увиолевого стекла, которое снижает, но полностью не исключает, выход линии 185 нм, что сопровождается образованием озона.
Наличие озона в воздушной среде может привести при высоких концентрациях к опасным последствиям для здоровья человека вплоть до отравления со смертельным исходом.
В последнее время разработаны так называемые бактерицидные "безозонные" лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или ее конструкции исключается выход излучения линии 185 нм. Конструктивно бактерицидные лампы представляют собой протяженную цилиндрическую трубку из кварцевого или увиолевого стекла. По обоим концам трубки впаяны ножки со смонтированными на них электродами, зацоколеванными с двух сторон двухштырьковыми цоколями.
В процессе работы ламп происходит уменьшение потока излучения. Особенно быстрое падение потока излучения отмечается за первые десятки часов горения, которое может достигать 10%. При дальнейшем горении скорость спада потока излучения замедляется.
