Просмотр кода страницы Ксеноновая лампа-вспышка

[[Файл:Xenon-flash-lamp.svg|thumb|300px|{{center|Устройство ксеноновой импульсной лампы}}]]
[[Файл:Xenon-flash.gif|thumb|{{center|Фотовспышка в действии.}}]]
[[Файл:Лампа ИФК-120.JPG|thumb|Лампа ИФК-120 советских фотовспышек. На наружную поверхность стеклянной трубки нанесена электропроводящая обмазка (третий электрод)]]
'''Импульсная лампа''' — электрическая [[газосветная лампа]], предназначенная для генерации мощных, некогерентных краткосрочных импульсов света, [[цветовая температура]] которого близка к солнечному свету.

== Устройство ==
Импульсная лампа представляет собой запаянную трубку из [[Кварцевое стекло|кварцевого стекла]], которая может быть прямой или согнутой в виде различных фигур, в том числе спирали, в форме буквы <math>U</math>, или окружности, для размещения вокруг объектива фотоаппарата при «бестеневой» фотографии. Трубка заполнена смесью [[Благородные газы|благородных газов]], преимущественно [[ксенон]]ом. Электроды впаяны в оба конца трубки и подключены к [[Электролитический конденсатор|электролитическому конденсатору]] большой [[Электрическая ёмкость|ёмкости]] (в некоторых случаях подключение через [[Катушка индуктивности|дроссель]]). [[Электрическое напряжение|Напряжение]] на обкладках конденсатора составляет от 180 до 2 000 [[вольт]] в зависимости от длины трубки и состава газовой смеси. Третий электрод представляет собой [[Металлизация|металлизированную]] дорожку вдоль внешней стенки трубки или тонкую [[Проволока|проволоку]], намотанную вокруг трубки лампы спиралью с отступом от основных электродов.

Затем на третий (поджигающий) электрод подаётся импульс высокого напряжения, вызывающий [[Ионизация|ионизацию газа]] в трубке, [[электрическое сопротивление]] газа в лампе уменьшается и происходит [[электрический разряд]] между электродами лампы.

Импульсная лампа может иметь только два электрода, в этом случае поджигающий электрод совмещён с [[катод]]ом.

== Принцип работы ==
Вспышка происходит после [[Ионизация|ионизации]] газа и прохождении через него мощного импульса электрического тока. Ионизация необходима, чтобы уменьшить [[электрическое сопротивление]] газа, чтобы ток силой в сотни [[ампер]] смог пройти через газ внутри лампы. Первоначальную ионизацию можно получить, например [[трансформатор Теслы|трансформатором Теслы]]. Кратковременный высоковольтный импульс, поданный на поджигающий электрод, создаёт первые ионы. Ток, начинающий протекать через газ, возбуждает атомы ксенона, заставляя электроны занимать орбиты с более высокими энергетическими уровнями. Электроны немедленно возвращаются на прежние орбиты, излучая разницу энергий в виде фотонов. В зависимости от размеров лампы, давление ксенона в лампе может быть от нескольких [[Паскаль (единица измерения)|кПа]] до десятков кПа (или 0,01-0,1 [[Атмосфера (единица измерения)|атм]]. или 10-100 [[Миллиметр ртутного столба|мм рт. ст.]]).

На практике для первоначальной ионизации газа используется поджигающий импульсный [[трансформатор]]. Короткий импульс высокого напряжения прикладывается относительно одного из электродов (чаще всего катода) к поджигающему электроду, тем самым ионизируя содержащийся в лампе газ и вызывая разряд конденсаторов на лампу. Поджигающий импульс, в среднем превышает '''рабочее напряжение''' лампы в 10 раз. Для поджига двухэлектродной лампы накопительные конденсаторы заряжаются напряжением, выше '''напряжения самопробоя''' лампы (данный параметр присутствует у всех типов импульсных ламп), вследствие чего происходит ионизация и разряд в газе.

Для зажигания импульсной лампы важно знать её параметры, такие как: '''рабочее напряжение''', '''энергия вспышки''', '''напряжение самопробоя''', '''интервал между вспышками''' и '''фактор нагрузки'''.

Энергия вспышки рассчитывается по формуле: <math>W = \frac {C \times U^2} {2} </math>, где

<math>W</math> — энергия вспышки, [[Джоуль|Дж]];

<math>C</math> — [[электрическая ёмкость|ёмкость]] [[Электрический конденсатор|конденсатора]], [[Фарад]];

<math>U</math> — [[электрическое напряжение]] на конденсаторе, [[Вольт]].

Прохождение электрического тока через ионизированный газ прекращается, как только напряжение на обкладках конденсатора снизится до определённого значения, '''напряжения гашения''' <math>U_g</math>, обычно 50—60 [[Вольт]].

Формула энергии вспышки будет выглядеть так: <math>W = \frac {C \times (U^2 - U_g^2)} {2} </math>

Параметр '''напряжение самопробоя''' используется для расчёта двухэлектродных ламп.

Также особое внимание необходимо обратить на фактор нагрузки (размерность — '''[[Фарад|мкФ]] × кВ<sup>4</sup>'''). Этот параметр превышать не рекомендуется — это повлечёт ускоренный выход лампы из строя. То есть — работать при данной энергии лампы и не превышать рабочего напряжения.

Также при вспышке в лампе происходит выделение тепла. Необходимо соблюдать '''интервал между вспышками'''. Для обычного стекла максимальная температура составляет 200&nbsp;°C, для кварцевого стекла — 600&nbsp;°C. Для мощных ламп используется охлаждение — вода, иногда — кремнийорганические соединения (наиболее эффективное охлаждение).
{{Панорама|Схема электронной сетевой фотовспышки.gif|700px|<center>Схема электронной сетевой фотовспышки.</center>}}
{{Скрытый
 |Рамка                  = 
 |Ссылка                 = 
 |Выравнивание_заголовка = 
 |Заголовок              = Принцип работы схемы фотовспышки
 |Наклон_текста          = 
 |Фон_заголовка          = #ccccff
 |Содержание             =
Накопительный [[Электрический конденсатор|конденсатор]] '''C<sub>1</sub>''' большой [[Электрическая ёмкость|ёмкости]] (типичные значения ёмкости — сотни мкФ, рабочее напряжение — 300…400 В в зависимости от типа импульсной лампы), включённый [[Последовательное и параллельное соединение проводников|параллельно]] [[электрод]]ам ксеноновой лампы '''EL<sub>1</sub>''', заряжается от [[Электрическая сеть|сети]] [[Переменный ток|переменного тока]] через [[выпрямитель]] ([[Полупроводниковый диод|диоды]] '''VD<sub>1</sub>''' и '''VD<sub>2</sub>''' с ограничивающим ток [[резистор]]ом '''R<sub>1</sub>''') или от высоковольтной [[Батарея (электротехника)|батареи]], или от низковольтной батареи и [[Инвертор (электротехника)|инвертора]]. Одновременно, через резисторы '''R<sub>4</sub>''' и '''R<sub>5</sub>''', заряжается конденсатор '''C<sub>2</sub>'''. [[лампа тлеющего свечения|Неоновая лампа]] '''HL<sub>1</sub>''', включённая через [[делитель напряжения]] ('''R<sub>2</sub>''', '''R<sub>3</sub>'''), своим свечением сигнализирует о готовности фотовспышки. При срабатывании [[синхроконтакт]]а фотоаппарата (или тестовой кнопки '''SA<sub>1</sub>''') конденсатор '''C<sub>2</sub>''' замыкается на первичную обмотку повышающего [[трансформатор]]а '''T<sub>1</sub>''', на вторичной обмотке которого формируется высоковольтный (десятки тысяч вольт) импульс, [[Ионизация|ионизирующий]] газ в лампе через её контакт зажигания. [[Газовый разряд|Разряд]] конденсатора '''C<sub>1</sub>''' через лампу сопровождается яркой световой вспышкой. По окончании вспышки цикл повторяется. Следующая вспышка возможна только после полной зарядки конденсатора '''C<sub>1</sub>''', которая отражается загоранием неоновой лампы '''HL<sub>1</sub>''' в его цепи. Время перезарядки конденсатора (минимальный интервал между вспышками) ограничено {{comment|мощностью преобразователя|Требуемая мощность преобразователя равна энергии вспышки, делённой на время между вспышками, и достигает значительной величины для обеспечения частых вспышек}} и максимальным током, который могут дать элементы питания.
}}

== Спектр излучения ==
Как и у всех ионизированных газов, спектр излучения ксенона содержит различные [[Спектральная линия|спектральные линии]]. Это тот же механизм, который дает характерное свечение [[неон]]у. Но у ксенона спектральные линии распределены по всему видимому спектру, так что его излучение кажется человеку белым.

== Интенсивность и длительность вспышки ==
[[Файл:Xenon Flash Wiki.ogv|thumb|Это высокоскоростное видео с ксеноновой фотовспышкой, снятое со скоростью более 44 000 кадров в секунду. Одиночный импульс вспышки в замедленном движении выявляет колебания заряженного газа.]]
При коротком импульсе количество эмитированных катодом электронов ограничено. При более длительном импульсе отвод тепла тоже ограничен. У большинства ламп фотовспышек длительность импульса от микросекунд до нескольких миллисекунд, с частотой повторения до нескольких сотен герц.

У ламп фотовспышек (с большой энергией вспышки и большой длительностью между вспышками) мощность в импульсе превышает сотни кВт.

Интенсивность излучения ксеноновой импульсной лампы настолько высока, что может поджечь легковоспламеняющиеся объекты в непосредственной близости от лампы.

== Применение ==
[[Файл:Nokia N8 (rear view).jpg|thumb|Ксеноновые лампы-вспышки, используемые в [[смартфон]]ах и камерах, обычно запускаются извне.]]
[[Файл:Ruby laser pumping cavity assembled and disassembled.JPG|thumb|Головка [[Твердотельный лазер|рубинового лазера]] в собранном и разобранном виде, видна полость накачки, рубиновый стержень и две охлаждаемые водой вспышки.]]
Лампы по режимам работы делятся на осветительные (применяются, в основном, в фотовспышках) и стробоскопические. У стробоскопических ламп энергия вспышки намного меньше, но частота вспышек может доходить до нескольких сотен герц. При частотах около 400 [[Герц (единица измерения)|Гц]] возможно зажигание [[Электрическая дуга|электрической дуги]], что крайне нежелательно.

Так как длительность вспышки хорошо контролируется и интенсивность её довольно высока, она используется в основном в фотовспышках. Также используется в высокоскоростной фотографии, пионером которой был [[Эджертон, Гарольд Юджин|Гарольд Эджертон]] в 1930-х гг.

Лампы с пониженной длительностью вспышки используются в [[стробоскоп]]ах.

Благодаря высокой интенсивности излучения в коротковолновой части спектра (вплоть до УФ) и малой продолжительности вспышки, данные лампы отлично подходят в качестве лампы накачки в [[лазер]]е. Подбор состава газа лампы позволяет добиться максимума излучения в областях максимального поглощения рабочего тела лазера.

Лампы-вспышки получили применение и в [[косметология|косметологии]]: они применяются для [[фотоэпиляция|фотоэпиляции]] и фотоомоложения кожи совместно с фильтром, отсекающим ультрафиолетовую и синюю составляющие.

== См. также ==
* [[Фотовспышка]]
==Литература==
* {{книга|автор=Рохлин Г. Н.|заглавие=Газоразрядные источники света|место=М.|издательство=Энергоатомиздат|год=1991|isbn=5-283-00548-8|ref=Рохлин}}
* {{БСЭ3|статья=Импульсная лампа|том=10|ref=БСЭ}}
* {{БСЭ3|статья=Лампа-вспышка|том=14|автор=С. В. Кулагин.|ref=БСЭ}}
{{нет сносок|дата=2022-02-27}}

{{Источники искусственного света}}

[[Категория:Ксенон]]