UV lambalarının soğutmasının ayarlanması

Düşük basınçlı cıva lambaları, cıva buhar basıncının yaklaşık 0,8 Pa'ya karşılık geldiği yaklaşık 40 ila 50 °C'lik bir duvar sıcaklığında en yüksek UV çıkışına ulaşır. Çok soğuk lambalar çok az ışın yayar, çok sıcak lambalar ise yeniden soğurma nedeniyle çıkış kaybeder. Bu nedenle soğutma, maksimum soğutma kapasitesine değil, bu sıcaklık aralığına göre ayarlanmalıdır.

Düşük basınçlı cıva lambaları, 254 nm'de emisyon yapan ve su, hava ve yüzeylerin dezenfeksiyonu gibi UV uygulamalarında sıklıkla kullanılan lambalardır. Fosforla kaplanan bu lambalar ayrıca UVA ve UVB radyasyonu da yayar.

Düşük basınçlı cıva lambaları verimli ve ekonomiktir, bu nedenle yaygın olarak kullanılır. Bu lambalar az miktarda cıva (Hg) içerir; bu cıva çalışma sırasında gaz haline geçer ve elektrik deşarjıyla plazma olarak uyarılarak 254 nm ve 185 nm'de UV radyasyonu yayar.

UV lambalarının fiziksel prensipleri

Düşük basınçlı bir cıva lambasındaki cıvanın buhar basıncı, UV emisyonu için belirleyici bir faktördür. Buhar basıncı, lamba içindeki gaz halindeki cıvanın uyguladığı basıncı tanımlar. Sıcaklığa büyük ölçüde bağlıdır: Daha yüksek sıcaklıklarda buhar basıncı artar, daha düşük sıcaklıklarda azalır. UV emisyonunun verimliliği doğrudan cıvanın buhar basıncına bağlıdır. 

Ortam sıcaklığı yükseldikçe Hg basıncı artar. Bu, daha fazla Hg atomunun yayıldığı anlamına gelir, ancak rezonans radyasyonunun yeniden soğurulması da artar. Bu nedenle, yaklaşık 40 °C - 50 °C'lik optimum sıcaklıkta veya 0,8 Pa'lık optimum Hg basıncında maksimum bir radyasyon verimi vardır. Optimum değer, diğer faktörlerin yanı sıra tüp çapına da bağlıdır.

Düşük basınçlı cıva lambalarının sıcaklık aralıkları

Düşük basınçlı bir cıva lambasının performansı sıcaklığa büyük ölçüde bağlıdır. Lambanın optimum şekilde çalıştığı dar bir sıcaklık aralığı vardır:

Yaklaşık 40 °C ila 50 °C'lik optimum sıcaklıkta (düşük basınçlı lambalar için), lamba yaklaşık 0,8 Pa'lık (Pascal) ideal cıva buhar basıncına ulaşır. Verimlilik bu aralıkta optimaldir.

• Lamba çok fazla ısınırsa, cıvanın buhar basıncı optimum seviyenin üzerine çıkar. Bu, aşırı cıva buhar basıncına yol açar ve lambanın verimliliği düşer. Sonuç olarak UV radyasyon akısı da azalır.

• Sıcaklık çok düşükse, buhar basıncı optimum seviyenin altına düşer, bu da gaz fazında yeterli cıva atomu bulunmadığı anlamına gelir. Basitçe ifade edilirse, uyarıcı elektronlar çok hızlıdır veya cıva atomlarına çarpmaz. Bu da UV emisyonunun azalmasına yol açar.

   

UV lambalarındaki en soğuk nokta

Düşük basınçlı bir cıva lambasındaki en soğuk nokta, lamba içinde sıcaklığın en düşük olduğu noktadır. Bu nokta, cıva damlacıklarının burada toplanıp buharlaştığı için cıva buhar basıncının düzenlenmesinde belirleyicidir. Bu noktanın konumu ve sıcaklığı, ampuldeki mevcut cıva buharı miktarını doğrudan etkiler.

Pratik uygulama

Düşük basınçlı cıva lambaları, kendiliğinden ısınma ve soğutma dengede olduğunda optimum çalışma sıcaklığına ulaşır; bu nedenle ortam sıcaklığı çıkışı doğrudan etkiler. Lamba ateşlendiğinde ve yanma girişi aşaması (kendiliğinden ısınma) başladığında cıva buharlaşır. Daha yüksek bir cıva buharı oluşur ve lamba voltajı artar. 

Optimum nokta, ışınım akısının tekrar düşmeye başladığı noktada ulaşılır. Bu noktadan itibaren lamba çok sıcaktır. Genellikle (daha sonra) termal olarak kararlı bir durum gelişir. Bu, lambanın bir seviyede kararlı bir şekilde yanması anlamına gelir.

Bu kararlı seviyenin konumu, artık en soğuk noktadaki soğutmaya bağlıdır.

İyi soğutulan düşük basınçlı cıva lambaları, yaklaşık 40 °C ila 50 °C'lik optimum sıcaklıkta ulaşılan maksimumun yaklaşık %10-15 altında kararlı çalışmaya erişir.

Yetersiz soğutulan düşük basınçlı cıva lambaları bazen maksimum çıkışın yalnızca %30-70'ine ulaşır.

Çok fazla soğutulan düşük basınçlı cıva lambaları optimum sıcaklığa hiç ulaşamayabilir.

Alçak basınçlı cıva lambalarında sıcaklığın kontrol edilmesi pratikte büyük bir zorluk değildir. Yaygın sorunlar ve bunların çözümleri şunlardır

• Sorunlar:
  • Aşırı ısınma: Bu durum aşırı buhar basıncına ve dolayısıyla azalmış UV emisyonuna yol açar.
  • Yetersiz soğutma (düşük sıcaklık): Düşük ortam sıcaklıkları veya lambanın yetersiz ısınması nedeniyle ortaya çıkabilir. Bu durum çok düşük bir buhar basıncına ve dolayısıyla azalmış UV emisyonuna yol açar.
• Çözümler:

Alçak basınçlı cıva lambalarının verimliliği ve performansı, soğutmanın dikkatlice parametrelendirilmesi ve açıldıktan sonraki ısınma süresinin (run-up) ölçülmesiyle en üst düzeye çıkarılabilir.

Amalgam lambalar ve orta basınçlı lambalar için notlar

UV amalgam lambalar ve orta basınçlı lambalar, sıcaklık davranışları ve katkı maddelerinin buharlaşması açısından alçak basınçlı cıva lambalarından önemli ölçüde farklılık gösterir.

Amalgam lambalar daha yüksek çıkış gücü ve sıcaklıklara erişir. Bu amaçla UV amalgam lambalarda, yaklaşık 100 °C - 120 °C gibi daha yüksek sıcaklıklarda daha kararlı bir UV çıkışı sağlayan bir amalgam karışımı kullanılır. İndiyum veya galyum gibi başka bir metalle cıvanın alaşımı olan amalgam, bu sıcaklıklarda da cıva buhar basıncının düşük kalmasını sağlar. Bu sayede lamba, UV emisyonunun verimliliğini kaybetmeden daha yüksek çalışma sıcaklıklarında çalışabilir.

Orta basınçlı lambalar ise alçak basınçlı lambalara kıyasla çok daha yüksek sıcaklık ve basınçlarda çalışır. UV-A, UV-B ve UV-C dahil olmak üzere geniş bir UV ışınım spektrumu üretirler ve daha yüksek güç gereksinimi olan uygulamalar için uygundur. Bu lambalarda cıva ve ek metallerden gelen her türlü katkı tamamen buharlaşır. Bu lambalar için soğuk nokta yaklaşık 600 °C - 800 °C'ye erişmelidir.

Soğutma burada kritik önem taşır, çünkü aşırı ısınma lambaları tahrip edebilir.

Çok fazla soğutma ışınımın verimliliğini ciddi şekilde bozabilir ve tek tek katkı maddeleri yoğuşabilir veya süblimleşebilir. Bunun sonucunda bu maddeler deşarjda bulunmaz ve dolayısıyla spektrumdaki çizgiler "kayıp" olur