Кіріспе
Галлогендік шам (вольфрам-галогенді, кварц-галогенді және кварц-йодты шам деп те аталады) – иодин немесе бром сияқты инертті газ және аздаған мөлшерде галоген қоспасымен толтырылған, тығыз, мөлдір қаптамаға мөрленген вольфрам жібінен тұратын шам. Галоген газы мен вольфрам жібінің үйлесімі галоген циклының химиялық реакциясын тудырады, ол буланып кеткен вольфрамды жіпке қайта орналастырып, оның қызмет ету мерзімін ұзартады және қаптаманың тазалығын сақтайды. Бұл жіпті ұқсас қуатты және қызмет ету ұзақтығына ие стандартты шамға қарағанда жоғары температурада жұмыс істеуге мүмкіндік береді; сонымен қатар, бұл жарық шығару тиімділігі мен түс температурасы жоғары жарық тудырады. Галлогендік шамдардың шағын өлшемі проекторлар мен жарықтандыруға арналған ықшам оптикалық жүйелерде қолдануға мүмкіндік береді. Шағын шыны қаптама әлдеқайда үлкен сыртқы шыны шамға орналастырылуы мүмкін, ол төмен температурада болады, ішкі шамды ластанудан қорғайды және шамды механикалық тұрғыдан дәстүрлі шамға ұқсатады. Стандартты және галогендік шамдар LED және жинақы люминесцентті шамдарға қарағанда әлдеқайда аз тиімді, сондықтан көптеген елдерде олар қолданудан шығарылды немесе шығарылуда.
A halogen lamp (also called tungsten halogen, quartz halogen, and quartz iodine lamp) is an incandescent lamp consisting of a tungsten filament sealed in a compact transparent envelope that is filled with a mixture of an inert gas and a small amount of a halogen, such as iodine or bromine. The combination of the halogen gas and the tungsten filament produces a halogen cycle chemical reaction, which redeposits evaporated tungsten on the filament, increasing its life and maintaining the clarity of the envelope. This allows the filament to operate at a higher temperature than a standard incandescent lamp of similar power and operating life; this also produces light with higher luminous efficacy and color temperature. The small size of halogen lamps permits their use in compact optical systems for projectors and illumination. The small glass envelope may be enclosed in a much larger outer glass bulb, which has a lower temperature, protects the inner bulb from contamination, and makes the bulb mechanically more similar to a conventional lamp. Standard and halogen incandescent bulbs are much less efficient than LED and compact fluorescent lamps, and therefore have been or are being phased out in many places.
Тарих
1882 жылы шамның колбасын қараңғылаудың алдын алу үшін хлор қолданылатын көміртегі жіпшелі лампаға патент алынған, ал хлормен толтырылған "NoVak" шамдары 1892 жылы саудаға түскен. 1933 жылғы патентте йодты пайдалану ұсынылған, сондай-ақ вольфрамның жіпшеге циклді түрде қайта жиналуы сипатталған. 1959 жылы General Electric компаниясы патент алған.
Кезеңнен-кезеңге жою
2009 жылы ЕО және басқа да еуропалық елдер тиімсіз шамдарды кезең-кезеңімен тоқтатуды бастады. 2016 жылдың 1 қыркүйегінен бастап бағытталған желілік вольттағы галогендік шамдардың өндірілуі мен импортталуына тыйым салынды, ал 2018 жылдың 1 қыркүйегінен бастап бағытталмаған галогендік шамдарға да тыйым салынды. Австралия 2021 жылдың қыркүйегінен бастап 10 Вт-тан жоғары қуаттылығы бар кейбір галогендік шамдарды экологиялық галогендік шамдардың пайдасына тыйым салды, бұл шара 2020 жылдың қыркүйегінде жоспарланған мерзімнен кейін қабылданды, себебі саясатты Еуропалық Одақпен үйлестіру қажет болды. 2021 жылдың маусым айында Ұлыбритания үкіметі де қыркүйектен бастап галогендік шамдардың сатылуын тоқтату жоспарларын жариялады, бұл Ұлыбританияның климаттық өзгерістермен күресу жөніндегі кең ауқымды шараларының бір бөлігі болып табылады.
Галогендік цикл
Қарапайым қыздырғыш шамдарда буланып кеткен вольфрам көбінесе шамның ішкі бетіне тұнады, бұл шамның қараюына, сүт ілмегінің әлсіреуіне және ақырында үзілуіне себеп болады. Дегенмен, галогеннің болуы буланып кеткен вольфраммен қайтымды химиялық реакция циклын құрады. Галогендік цикл шамды таза ұстайды және шамның қызмет ету мерзімі бойы жарық шығару шамамен тұрақты болып қалады. Орташа температурада галоген буланып кеткен вольфраммен әрекеттеседі, ал түзілген галид инертті газ ішінде қозғалады. Бірақ, белгілі бір уақыттан кейін ол шамның ішіндегі жоғары температуралы аймақтарға жетеді, онда ол ыдырайды, вольфрамды қайтадан сүт ілмегіне шығарып, галогенді процесті қайталау үшін босатады. Алайда, бұл реакцияның сәтті болуы үшін шамның жалпы температурасы дәстүрлі қыздырғыш шамдарға қарағанда айтарлықтай жоғары болуы керек: галоген буы вольфраммен бірігіп, оны шыныға тұнатын вольфрамның орнына сүт ілмегіне қайтару үшін тек шыны қаптаманың ішкі жағында 250 °C (482 °F) температура болуы қажет. Толық қуатпен жұмыс істейтін 300 ваттты түтікшелі галогендік шам шамамен 540 °C (1004 °F) температураға жылдам жетеді, ал 500 ваттты дәстүрлі қыздырғыш шам 180 °C (356 °F) және 75 ваттты дәстүрлі қыздырғыш шам 130 °C (266 °F) температурада жұмыс істейді. Шам балқытылған кремнийден (кварцтан) немесе жоғары балқу температурасы бар шыныдан (мысалы, алюминосиликатты шыныдан) жасалуы керек. Кварц өте берік болғандықтан, газ қысымы жоғары болуы мүмкін, бұл сүт ілмегінің булану жылдамдығын азайтады, осылайша оның жоғары температурада (және жарық беру тиімділігі) сол орташа қызмет ету мерзімі бойы жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Жылы аймақтарда босатылған вольфрам әдетте қайдан шыққанын қайта орналаспайды, сондықтан сүт ілмегінің жылы бөліктері ақырында жұқарып, бұзылады. 1959 жылы GE компаниясы ұсынған алғашқы коммерциялық галогендік шамдар элементар йодты қолданған кварцты йодты шамдар болды. Бірақ, көп ұзамай бромның артықшылықтары анықталды, бірақ оны элементар түрде қолданбады. Кейбір көмірсутек-бром қосылыстары жақсы нәтижелер көрсетті. Сүт ілмегін фтормен де қалпына келтіруге болады, бірақ оның химиялық реакциялық қабілеті соншалықты жоғары, басқа шам бөліктері зақымдалады. Галоген әдетте инертті газбен, көбінесе криптонмен немесе ксенонмен араластырылады. Алғашқы шамдарда сүт ілмегін тіреу үшін тек вольфрам қолданылды, бірақ кейбір конструкцияларда молибден қолданылады, мысалы, еуропалық асимметриялық шағылыстыру сәулесіне арналған H4 екі сүт ілмекті фарадағы молибден қалқаны. Белгілі бір қуат пен қызмет ету мерзімі үшін барлық қыздырғыш шамдардың жарық беру тиімділігі белгілі бір жобалық кернеуде ең жоғары болады. 12-24 вольтқа арналған галогендік шамдар жақсы жарық шығарады, ал өте ықшам сүт ілмектері оптикалық басқару үшін өте пайдалы (суретті қараңыз). 20–50 ваттты көп қырлы "MR" шамдарының диапазоны бастапқыда 8 мм пленканы проекциялау үшін ойластырылған, бірақ қазір олар дисплейді жарықтандыруда және үйде кеңінен қолданылады. Соңғы уақытта 120 немесе 230 В желілік кернеуде тікелей пайдалануға арналған кең сәулелі нұсқалар қол жетімді болды.
of multifaceted reflector "MR" lamps of 20–50 watts were originally conceived for the projection of 8 mm film, but are now widely used for display lighting and in the home. More recently, wider beam versions have become available designed for direct use on supply voltages of 120 or 230 V.
Кернеудің өнімділікке әсері
Вольфрам-галогендік шамдар басқа қыздыру шамдары сияқты, басқа кернеуде жұмыс істегенде де ұқсас түрде әрекет етеді. Дегенмен, жарық шығару шамамен пропорционалды, ал жарық беру тиімділігі пропорционалды. Қызмет ету мерзіміне қатысты қалыпты байланыс – ол пропорционалды. Мысалы, номиналды кернеуінен 5% артық кернеумен жұмыс істейтін шам шамамен 15% көбірек жарық шығарады, ал жарық беру тиімділігі шамамен 6,5% артады, бірақ оның қызмет ету мерзімі номиналды мерзімнің жартысына дейін қысқаруы мүмкін. Галогендік шамдар вольфрамның булану жылдамдығына сәйкес мөлшерде галогенмен жасалады. Кернеуді арттыру булану жылдамдығын арттырады, сондықтан белгілі бір уақытта жеткілікті галоген болмауы мүмкін, нәтижесінде шам қараңғы болып қалады. Артық кернеумен жұмыс істеу әдетте ұсынылмайды. Кернеуді төмендеткенде булану азаяды және тым көп галоген болуы мүмкін, бұл шамның бұзылуына әкелуі мүмкін. Өте төмен кернеуде шамның температурасы галогендік циклды қолдау үшін жеткіліксіз болуы мүмкін, бірақ осы кезде булану жылдамдығы шамның қараюына жеткіліксіз болады. Егер шамдар қарарып кетсе, циклды қайта іске қосу үшін шамдарды номиналды кернеуде қосу ұсынылады. Галогендік шамдарды сәтті димдеуге (жайландыруға) көптеген жағдайлар бар. Алайда, шамның қызмет ету мерзімі күтілгендей ұзартылмауы мүмкін. Димдеу кезіндегі шамның қызмет ету мерзімі шамның конструкциясына, қолданылған галогендік қоспаға және осы типтегі шамдар үшін димдеу қарастырылған-қарастырылмағанына байланысты.
Спектр
Барлық қыздырғыш шамдар сияқты, галогендік шам да ультракүлгін сәуледен инфрақызылға дейінгі үздіксіз жарық спектрін шығарады. Шамның жіпшесі галогендік емес шамға қарағанда жоғары температурада жұмыс істей алатындықтан, спектр көк түске қарай ығысады, нәтижесінде жоғары тиімді түстік температурасы және жоғары қуаттылығы бар жарық пайда болады. Жоғары температуралы жіпшелер ультракүлгін аймақта энергия шығарады. Кварцқа аз мөлшерде басқа элементтер қосылып, допингтелген кварц (немесе таңдамалы оптикалық жабын) зиянды ультракүлгін сәулеленуді тоқтатады. Қатты шыны ультракүлгін сәулелерді тоқтатады және автомобиль фараларында кеңінен қолданылады. Балама ретінде, галогендік шамды қалыпты қыздырғыш шамға ұқсас сыртқы шамның ішіне орнатуға болады, бұл шамның жоғары температурасынан туындайтын қауіпті де азайтады. Допингтелмеген кварцты галогендік шамдар кейбір ғылыми, медициналық және стоматологиялық құралдарда ультракүлгін В сәулесінің көзі ретінде қолданылады.
Қауіпсіздік
Галогендік шамдар дұрыс жұмыс істеуі үшін қалыпты қыздырғыш шамдарға қарағанда әлдеқайда жоғары температурада жұмыс істеуі тиіс. Олардың кішкентай өлшемі жылуды кішкентай конверт бетіне шоғырландыруға көмектеседі, бұл галогендік емес қыздырғыш шамдарға қарағанда сүт ілмегіне жақын. Өте жоғары температураның салдарынан галогендік шамдар өрт және күйік қаупін тудыруы мүмкін. Австралияда жыл сайын көптеген үй өрттері төбеге орнатылған галогендік шамдарға байланысты болады. Батыс Австралияның Өрт және Төтенше жағдайлар департаменті үй иелеріне салқындата жұмыс істейтін компакт-флуоресцентті шамдарды немесе жарықдиодты шамдарды пайдалануды ұсынады. Галогендік торшерлі еден шамдары кейбір жерлерде, мысалы жатақханаларда тыйым салынған, себебі олар көптеген өрттерге себепкер болды. АҚШ-тың Тұтынушылар өнімдерінің қауіпсіздігі комиссиясы оларды 1992 және 1997 жылдар аралығында 100 өрт пен 10 өлімге жауапты деп тапты. Галогендік шамдар жоғары температурада жұмыс істейді және шамдардың биіктігі оларды перделер сияқты жанғыш материалдарға жақын орналастыруы мүмкін. Кейбір қауіпсіздік ережелері галогендік шамдарды, әсіресе театрларда қолданылатын жоғары қуатты (1–2 кВт) шамдарды тормен немесе қоршаумен қорғауды талап етеді, сондай-ақ шаммен жанасатын перделер немесе жанғыш заттардың тұтануын болдырмау үшін шамның шыны және металл корпусын пайдалануды талап етеді. Кездейсоқ ультракүлгін (УК) сәулесіне ұшырауды азайту және жарылғыш шамның істен шығуы жағдайында ыстық шам сынықтарын ұстап тұру үшін жалпы мақсаттағы шамдар әдетте шамның үстінде немесе айналасында УК сәулесін сіңіретін шыны сүзгісімен жабдықталған. Балама ретінде, шамдар УК сәулесін сүзгілеу үшін жабылуы немесе қапталуы мүмкін. Жетекті сүзгілеу болған жағдайда, галогендік шам пайдаланушыларды стандартты қыздырғыш шамға қарағанда аз УК сәулесіне ұшыратады, ол сүзгілеусіз бірдей тиімді жарықтандыру деңгейін береді. Кез келген беттік ластану, әсіресе адам саусақтарынан қалған май, қызған кезде кварцты жабынды зақымдауы мүмкін. Ластаушы заттар, шыныға қарағанда көбірек жарық пен жылуды сіңіретіндіктен, шам қосылғанда шам бетінде ыстық нүкте тудырады. Бұл шектен тыс, жергілікті жылу кварцты оның шыны тәрізді түрінен әлсіз, кристалдық түрге өзгертеді, ол газды сыртқа шығарады. Бұл әлсіреу шамның ішінде көпіршік пайда болуына, оны әлсіретуге және жарылуына әкелуі мүмкін. Кішкентай шыны конвертті әлдеқайда үлкен сыртқы шыны шамға орналастыруға болады, бұл кішкентай өлшем қажет болмаса, бірнеше артықшылықтар береді: MR белгісі "Көп қырлы шағылыстырғыш" дегенді білдіреді, одан кейінгі сан жалпы шамның диаметрін дюймнің сегізінші бөлігімен көрсетеді. Егер шамда "G" коды болса, бұл шамның екі түтік пішіні бар екенін білдіреді, ал G-ден кейінгі сан шыналар арасындағы қашықтықты миллиметрмен көрсетеді, әдетте 4, 6.35 немесе 10; егер G-ден кейін "Y" әрпі келсе, шамның шыналары қалыптыдан қалың болады – демек, G6.35 шыналары 1 мм диаметрде, ал GY6.35 шыналары 1.3 мм диаметрде болады. Егер "C" коды болса, бұл сүтқорықтың бойындағы катушкалардың санын білдіреді. Кез келген екі ұшты цилиндрлі шамның ұзындығы (кейде "биіктігі" деп те аталады) оның форма фактор кодынан бөлек, әдетте миллиметрмен, сондай-ақ шамның кернеуі мен қуаты көрсетілуі тиіс – демек, T3 120 В 150 Вт 118 мм – бұл екі ұшты түтік пішінді шам, диаметрі 120 В кернеуде жұмыс істейтін және 150 Вт қуаты бар, сондай-ақ ұзындығы 118 мм. R7S – екі ұшты, бір түйісулі (RSC) сызықтық галогенді шам, әдетте ұзындығы 118 мм немесе 78 мм болады. Кейбір сирек кездесетін ұзындығы 189 мм, 254 мм және 331 мм. Бұл шамдар RSC/R7S негізінде T3 пішінінде болады. Оларды J және T типті шамдар деп те атайды.
Қолданбалар
Галогенді фаралар көптеген автомобильдерде қолданылады. Сыртқы жарықтандыру жүйелері мен су кемелері үшін галогенді прожекторлар коммерциялық және ойын-сауық мақсаттарында да өндіріледі. Олар қазір үстел шамдарында да қолданылады. Вольфрам-галогенді шамдар жиі инфрақызыл спектроскопияда жақын инфрақызыл сәуле көзі ретінде қолданылады. 1999-2006 жылдар аралығында Таймс-сквер шарларында галогенді шамдар қолданылды. Бірақ 2007 жылдан бастап галогенді шамдар LED шамдарымен ауыстырылды, себебі LED шамдарының қыздыру шамдарына қарағанда қызмет ету мерзімі шамамен он есе ұзақ. Таймс-сквер шарлары тұғырына жеткенде жарықтандырылатын «Жаңа жыл» сандары 2009 жылғы шардың түсу кезінде галогенді жарықтандыруды соңғы рет қолданды.
Жылыту
Галогендік шамдар – галогендік пештерде, инфрақызыл жылытқыштарда және керамикалық плиталардағы жылыту элементтері болып табылады. Төмен қуатты галогендік шамдар тізімі монитор ящерицаларын ұстаушылар тарапынан кеңінен қолданылады. Екі-үш кішкентай галогендік шамдар террариумда қажетті барлық жылуды өндіре алады және жануарлар оларды жылу көзі ретінде таниды, бұл оларға қызығушылық танытқандардың оларға тиісуіне тырысуын болдырмайды. Галогендік шамдардың қалың шыны линзалары жоғары ылғалдылық деңгейі бар бауырымен жорғалаушылар террариумдарында қолдануға қауіпсіз. Күшті түтікшелі галогендік шамдар тізімі ғарыш кемелерінің қайта кіру кезіндегі қызуын имитациялау үшін қолданылды.
Жалпы жарықтандыру
Бекітілген шамдар ішкі және сыртқы жарықтандыруда қолданылады, бірақ LED жүйелерінің жетілдірілуі галогендік шамдарды ығыстырып жатыр. Салынған көп қырлы жарық反射器ы бар дөңгелек прожекторлар тұрғын және коммерциялық жарықтандыруда кеңінен қолданылады. Құбырлы галогендік шамдар шағын көзден көп мөлшерде жарық береді, сондықтан архитектуралық жарықтандыру эффекттері үшін немесе сыртқы кеңістіктерді жарықтандыру үшін қуатты прожекторлар жасауға қолданылуы мүмкін. Төмен вольтты шамдар GU5.3 және ұқсас екі тіреуіш негіздерді пайдаланады, ал желілік вольтты шамдар әдеттегі желілік вольфрамды шамдар сияқты немесе арнайы GU10/GZ10 негізін пайдаланады. GU10/GZ10 негіздері алюминийленген жарық反射器ы бар шамдарға арналған жарықтандыру құралдарында дихроидты жарық反射器ы бар шамдарды қолдануға жол бермейтіндей етіп жасалған, бұл құралдың қызып кетуіне әкелуі мүмкін. Осы шамдардың барлық түрлерінің жоғары тиімділіктегі LED нұсқалары қазір қолжетімді. Электрлік контактілері екі басында орналасқан құбырлы шамдар енді жеке тұрған шамдарда және үй шаруалық жабдықтарында қолданылады. Олар әртүрлі ұзындықта және қуаттылықта (50–300 Вт) келеді. Көбірек қуатты шамдар 250 немесе 500 ваттты шамдармен портативті жұмыс шамдары ретінде қолданылады.
Сахна жарығы
Вольфрам-галогендік шамдар театрлық және студиялық (кино және теледидар) жарықтандыру құрылғыларының басым бөлігінде қолданылады, оның ішінде эллипсоидты рефлекторлы прожекторлар, Source Four және Френель шамдары. PAR шамдары да көбінесе вольфрам-галогенді болып келеді.
Мамандандырылған
Проекциялық шамдар үйлерде, шағын кеңселерде немесе мектептерде қолданылатын кинофильмдер мен слайд-проекторларында қолданылады. Галогендік шамның ықшамдылығы портативті проекторлардың қолайлы өлшемде болуына мүмкіндік береді, бірақ шам мен пленканың арасына жылуды сіңіретін сүзгілер орнатылуы тиіс, осылай пленканың еруіне жол берілмейді. Галогендік шамдар кейде тексеру шамдары ретінде және микроскоп сахнасын жарықтандыруға қолданылады. Галогендік шамдар алғашқы жазық экранды LCD дисплейлерді арттан жарықтандыру үшін қолданылды, бірақ қазір CCFL және LED сияқты басқа шам түрлері қолданылады.
Тарату
Галогендік шамдарда ешқандай сынап табылмайды. General Electric компаниясы өздерінің кварцты галогенді шамдары қауіпті қалдықтарға жатпайды екенін мәлімдейді.