यूवी लैंप की कूलिंग को समायोजित करना

निम्न-दाब मर्करी लैंप लगभग 40 से 50 °C के दीवार तापमान पर अपना अधिकतम यूवी उत्पादन प्राप्त करते हैं, जो लगभग 0.8 Pa के मर्करी वाष्प दाब के अनुरूप है। जो लैंप बहुत ठंडे हैं वे बहुत कम विकिरण उत्सर्जित करते हैं, और जो लैंप बहुत गर्म हैं वे पुनःअवशोषण के कारण उत्पादन खो देते हैं। इसलिए कूलिंग को अधिकतम कूलिंग क्षमता पर नहीं, बल्कि इस तापमान सीमा पर सेट किया जाना चाहिए।

निम्न-दाब मर्करी लैंप 254 nm पर उत्सर्जन वाले लैंप हैं, जिनका उपयोग अक्सर जल, वायु और सतहों के विसंक्रमण जैसे यूवी अनुप्रयोगों में किया जाता है। फॉस्फर से लेपित होने पर, ये लैंप UVA और UVB विकिरण भी उत्सर्जित करते हैं।

निम्न-दाब मर्करी लैंप कुशल और किफायती हैं और इसलिए इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इन लैंपों में थोड़ी मात्रा में मर्करी (Hg) होती है, जो प्रचालन के दौरान गैसीय अवस्था में बदल जाती है और विद्युत विसर्जन द्वारा प्लाज़्मा के रूप में उत्तेजित होकर 254 nm और 185 nm पर यूवी विकिरण उत्सर्जित करती है।

यूवी लैंप के भौतिक सिद्धांत

निम्न-दाब मर्करी लैंप में मर्करी का वाष्प दाब यूवी उत्सर्जन के लिए एक निर्णायक कारक है। वाष्प दाब लैंप के भीतर मर्करी द्वारा अपनी गैसीय अवस्था में डाले गए दाब का वर्णन करता है। यह तापमान पर अत्यधिक निर्भर है: उच्च तापमान पर वाष्प दाब बढ़ता है, निम्न तापमान पर यह घटता है। यूवी उत्सर्जन की दक्षता सीधे मर्करी के वाष्प दाब पर निर्भर करती है। 

परिवेश तापमान बढ़ने के साथ Hg दाब बढ़ता है। इसका अर्थ है कि अधिक Hg परमाणु उत्सर्जित होते हैं, लेकिन अनुनाद विकिरण का पुनःअवशोषण भी बढ़ता है। इसलिए लगभग 40 °C - 50 °C के इष्टतम तापमान या 0.8 Pa के इष्टतम Hg दाब पर अधिकतम विकिरण उत्पादन होता है। यह इष्टतम मूल्य, अन्य बातों के साथ, ट्यूब व्यास पर भी निर्भर करता है।

निम्न-दाब मर्करी लैंप के तापमान परिसर

निम्न-दाब मर्करी लैंप का प्रदर्शन तापमान पर अत्यधिक निर्भर है। एक संकीर्ण तापमान परिसर है जिसमें लैंप इष्टतम रूप से कार्य करता है:

लगभग 40 °C से 50 °C के इष्टतम तापमान पर (निम्न-दाब लैंप के लिए), लैंप लगभग 0.8 Pa (पास्कल) के मर्करी के आदर्श वाष्प दाब तक पहुँचता है। इस परिसर में दक्षता इष्टतम होती है।

• यदि लैंप बहुत अधिक गर्म हो जाता है, तो मर्करी का वाष्प दाब इष्टतम स्तर से ऊपर बढ़ जाता है। इससे अत्यधिक मर्करी वाष्प दाब होता है और लैंप की दक्षता घट जाती है। परिणामस्वरूप, यूवी विकिरण फ्लक्स भी घट जाता है।

• यदि तापमान बहुत कम है, तो वाष्प दाब इष्टतम स्तर से नीचे गिर जाता है, जिसका अर्थ है कि गैस अवस्था में पर्याप्त मर्करी परमाणु नहीं होते। सरल शब्दों में, उत्तेजक इलेक्ट्रॉन बहुत तेज़ होते हैं या मर्करी परमाणुओं से नहीं टकराते। इससे भी यूवी उत्सर्जन कम हो जाता है।

   

यूवी लैंप पर सबसे ठंडा बिंदु

निम्न-दाब मर्करी लैंप में सबसे ठंडा बिंदु लैंप के भीतर वह स्थान है जहाँ तापमान सबसे कम होता है। यह बिंदु मर्करी वाष्प दाब को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यहीं मर्करी की बूंदें एकत्रित होती हैं और वाष्पित होती हैं। इस बिंदु की स्थिति और तापमान बल्ब में उपस्थित मर्करी वाष्प की मात्रा को सीधे प्रभावित करते हैं।

व्यावहारिक अनुप्रयोग

निम्न-दाब मर्करी लैंप केवल तभी अपने इष्टतम प्रचालन तापमान तक पहुँचते हैं जब स्व-तापन और कूलिंग संतुलन में हों; इसलिए परिवेश तापमान का उत्पादन पर सीधा प्रभाव पड़ता है। जब लैंप को प्रज्वलित किया जाता है और बर्न-इन चरण (स्व-तापन) शुरू होता है, तो मर्करी वाष्पित होती है। अधिक मर्करी वाष्प उत्पन्न होता है और लैंप वोल्टेज बढ़ जाता है। 

इष्टतम बिंदु तब पहुँचता है जब विकिरण फ्लक्स फिर से घटने लगता है। इस बिंदु से आगे, लैंप बहुत गर्म हो जाता है। सामान्यतः, इसके बाद (बाद में) एक तापीय रूप से स्थिर अवस्था विकसित होती है। इसका अर्थ है कि लैंप एक स्तर पर स्थिर रूप से जलता है।

इस स्थिर स्तर की स्थिति अब सबसे ठंडे बिंदु पर कूलिंग पर निर्भर करती है।

अच्छी तरह से ठंडे किए गए निम्न-दाब मर्करी लैंप लगभग 40 °C से 50 °C के इष्टतम तापमान पर पहुँचे अधिकतम मूल्य से लगभग 10–15% कम स्थिर प्रचालन प्राप्त करते हैं।

अत्यधिक ठंडे किए गए निम्न-दाब मर्करी लैंप कभी-कभी अधिकतम उत्पादन का केवल 30–70% ही प्राप्त कर पाते हैं।

जो निम्न-दाब मर्करी लैंप अत्यधिक ठंडे किए जाते हैं, वे इष्टतम तापमान तक बिल्कुल भी नहीं पहुँच सकते हैं।

निम्न-दाब पारद लैंपों में तापमान को नियंत्रित करना व्यवहार में कोई बड़ी चुनौती नहीं है। सामान्य समस्याएँ और उनके समाधान निम्नलिखित हैं

• समस्याएँ:
  • अतितापन: इससे वाष्प दाब अत्यधिक बढ़ जाता है और परिणामस्वरूप यूवी उत्सर्जन कम हो जाता है।
  • अपर्याप्त शीतलन (अंडरकूलिंग): यह कम परिवेश तापमान या लैंप के अपर्याप्त तापन के कारण हो सकता है। इससे वाष्प दाब बहुत कम हो जाता है और यूवी उत्सर्जन भी कम हो जाता है।
• समाधान:

शीतलन को सावधानीपूर्वक पैरामीटरीकृत करके और चालू करने के बाद रन-अप को मापकर निम्न-दाब पारद लैंपों की दक्षता और निष्पादन को अधिकतम किया जा सकता है।

अमलगम लैंप और मध्यम-दाब लैंप के लिए नोट्स

यूवी अमलगम लैंप और मध्यम-दाब लैंप अपने तापमान व्यवहार और अपने डोपेंट के वाष्पीकरण के संदर्भ में निम्न-दाब पारद लैंपों से काफी भिन्न होते हैं।

अमलगम लैंप उच्चतर आउटपुट और तापमान प्राप्त करते हैं। इस उद्देश्य के लिए, यूवी अमलगम लैंप एक अमलगम मिश्रण का उपयोग करते हैं जो लगभग 100 °C - 120 °C के उच्चतर तापमान पर अधिक स्थिर यूवी आउटपुट संभव बनाता है। अमलगम, जो पारद और इंडियम या गैलियम जैसी किसी अन्य धातु का मिश्रधातु है, यह सुनिश्चित करता है कि इन तापमानों पर भी पारद वाष्प दाब कम बना रहे। इससे लैंप यूवी उत्सर्जन की दक्षता खोए बिना उच्चतर प्रचालन तापमान पर कार्य कर सकता है।

दूसरी ओर, मध्यम-दाब लैंप निम्न-दाब लैंपों की तुलना में कहीं अधिक तापमान और दाब पर प्रचालित होते हैं। ये यूवी-ए, यूवी-बी और यूवी-सी सहित यूवी विकिरण के व्यापक स्पेक्ट्रम का उत्पादन करते हैं और उच्चतर शक्ति आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। इन लैंपों में, पारद और अतिरिक्त धातुओं की कोई भी डोपिंग पूरी तरह से वाष्पित हो जाती है। इन लैंपों के लिए कोल्ड पॉइंट को लगभग 600 °C - 800 °C तक पहुँचना चाहिए।

यहाँ शीतलन अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि अतितापन लैंपों को नष्ट कर सकता है।

बहुत अधिक शीतलन विकिरण की दक्षता को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकता है और अलग-अलग डोपेंट संघनित या ऊर्ध्वपातित हो सकते हैं। परिणामस्वरूप, ये डिस्चार्ज में अनुपस्थित हो जाते हैं और इसके फलस्वरूप स्पेक्ट्रम में रेखाएँ "अनुपस्थित" हो जाती हैं।