Stanislav Slabyhoudek: Halogenidové výbojky - historie výroby, technologie, prototypy.

V roce 1966 se na světovém trhu objevily halogenidové výbojky. Princip, známý od roku 1905, byl oprášen a od počátku 60.let důkladně zkoumán Gilbertem H. Reilingem, pracovníkem firmy General Electric. Reiling vyzkoušel 59 různých prvků, které vnášel do výboje klasické rtuťové výbojky. S podstatnou změnou. Samotné kovy, abychom je odpařili a vybudili ve výboji, potřebují obvykle velmi vysoké teploty, těžko snesitelné většinou průhledných materiálů. Hustota par musí být taková, aby ve výboji bylo dostatečné množství iontů. Reiling vnesl do výboje kovy ve formě halogenidů, jodidů, bromidů a chloridů. Halogenidy se v ose výboje rozloží a poskytnou dostatečnou hustotu par.

Rozdělení

Abychom se mohli orientovat v následujícím textu, musíme si říci o základních kategoriích halogenidových výbojek:

1. výbojky plněné jodidy sodíku, thalia a india, barva světla bílá, modrobílá.

2. výbojky plněné jodidem sodíku a skandia, obvykle teple bílé světlo.

3. výbojky plněné thaliem a dysproziem, barva světla denní.

Zatímco druhá a třetí kategorie nemá žádné, nebo jen nepatrné varianty, první skupina (Na, Tl, In) byla hojně modifikována, s nejrůznějšími poměry příměsí, nebo s přídavky celé řady dalších halogenidů. Tyto přísady měly za úkol buď modifikovat barvu světla, nebo upravovat charakter výboje, ač se ve spektru neprojevovaly (cesium, cín, hliník atd.). Holešovická Tesla hned od počátku vývoje používala základní kombinaci jodidů Na, Tl, In. Hned po uvedení na trh ale vyvstala potřeba zlepšení barevného podání a zvýšení účinnosti, aby mohly být nahrazeny dovozové výbojky, což se ne vždy povedlo. První variantou byl přídavek jodidu lithia, které zčásti nahradilo sodík (50%), vyvinuté pro zlepšení barvy světla v hokejové hale v bývalém Parku kultury a oddechu JF v Holešovicích. Takovým výbojkám RVI se říkalo čtyřkomponentové a akce byla dosti úspěšná. Kromě toho byly v 80.letech vyvíjeny výbojky dysproziové, především o příkonu 2000 a 3500 watt, které se dostaly do katalogu, ale nikoliv do seriové výroby.

Dózování

Plnění hořáku přísadami je nazýváno dózováním. Protože všechny halogenidy jsou hygroskopické, je kvalita dózování naprosto závislá na dokonalém odvodnění příměsí, což je zajištěno nejen dlouhodobým skladováním ve speciálním prostředí, ve vakuu, v sušičkách s kyselinou sírovou, zejména ale v prostoru vymražovaném kapalným dusíkem. Hořáky byly kalibrovány ve třech velikostech, podle toho byly i dózovány rtutí a halogenidy. Pouze jodid sodný byl vždy dávkován ve značném přebytku. To, co vidíme uvnitř hořáku, je vždy loužička jodidu sodného, ve které jsou rozpuštěna nepatrné přesně určené dózy jodidů thalia a india.

Po zvládnutí pravidelné výroby výbojek RVI všech příkonů (400, 1000, 2000 a 3500 watt) začali vývojáři experimentovat s různými barvami světla. Nebudeme se zabývat odnožemi typu 250, 125, 80, 55 nebo 35 watt, zůstaneme především u zavedených příkonů. Ihned na samém začátku byly vyráběny modře svítící RVIM 400, dokonce ještě dříve, než RVI bílé. V průběhu dalších let byly zkoušeny některé přísady pro zlepšení barevného podání. Pro hokejovou halu v bývalém Parku KOJF v Holešovicích byly vyvinuty čtyřkomponentové výbojky RVI 400. Byly vyrobeny v poměrně velkém množství ve zkušební sérii a osvědčily se. Část sodíku byla zaměněna lithiem 1:1, což umožnilo doplnění spektra v oblasti nad 600 nm (oranžová a červená oblast). Měrný výkon zůstal prakticky stejný. V téže době byla zkoušena přísada samotného lithia, což umožnilo vyrobit výbojky s růžovým světlem příjemné barvy, ale ekonomie provozu byla srovnatelná s obyčejnou rtuťovou výbojkou. Přitom lithium nepříjemně atakovalo vnitřní stěnu hořáku. Docházelo až k odskelnění a zvyšovalo se riziko poškození hořáku. To se později potvrdilo u pokusných výbojek, vyvinutých pro Mikrobiologický ústav v Třeboni.

Výroba v Tesle

Přelom 60. a 70. let byl ve znamení úspěchu halogenidových výbojek. Tesla se dostala mezi světovou špičku a spolu se zvládnutím sériové výroby zavládl optimismus, umožňující vývojářům rozpracovat větší množství úkolů. Vedle modře svítící výbojky RVIM se celkem běžně vyráběla i zelená RVIZ, plněná jodidem thalia. Obě tyto výbojky byly použity v lékařství, architekti jimi nasvěcovali fasády různých staveb, zelená RVIZ byla velmi vhodná pro TV studia pro tzv. klíčování. Následoval vývoj výbojek, plněných thaliem a dysproziem, které mají bohaté čárové spektrum, vysokou účinnost a perfektní barevné podání. Jejich barevná teplota je kolem 6000K (náhradní teplota chromatičnosti), což je předurčilo pro osvětlení v TV i jinde. Představa byla používat je především pro velkoplošné osvětlení stadionů, proto byly rozpracovány nejprve v příkonech 2000 a 3500 watt. Aby se odstranilo čekání na ochlazení při mžikovém přerušení proudu, byl vypracována technologie pro okamžitý znovuzápal za horka.

Požadavek polygrafického průmyslu na tuzemské (levnější) silné výbojky přinesl vývoj typů RVIG a RVIF 3500W. Pravděpodobně byly zkoušeny ve variantách bez baňky i s vnější baňkou, ale jistě to nevíme. Holé výbojky byly opět velmi úspěšné a směle konkurovaly zavedeným výrobkům západních firem jako Theimer a podobně. Používaly se pro různé kopírovací stroje světlotiskové, diazo atd.

RVIG i RVIF nakonec v 90.letech uzavřely vývoj na 400 watt typech, ale už se nikdy nedostaly do regulérní výroby v důsledku změny přístupu managementu i změn na mezinárodních trzích, kdy jsme přišli o většinu kontaktů. Výbojka RVIF 400 byla původně vyvinuta jako holý hořák, pro provoz BEZ vnější baňky, ale pak byla zabudována standardním způsobem. Hořáky byly upraveny tak, aby při provozu na vzduchu nedocházelo k oxidaci přívodních molybdenových drátů, dráty byly chráněny speciálním cementem. Pozůstatek této ideje je vidět i na hořácích uvnitř obvyklé válcové baňky. Vývoj pak bohužel stagnoval, až umřel úplně. Výbojky RVIG, plněné galliem, svítí intenzivně modrofialově, ale ultrafialové záření není nijak výrazné. RVIF výbojky svítí azurovou barvou a mají četné spektrální čáry, jsou, mimo jiné, vhodné i jako horská slunce.

Speciální typy výbojek

Ještě bych se chtěl zmínit o speciálních typech s netradičními náplněmi a jejich kombinacemi. V roce 1995 bylo zkoušeno ještě další dózování podle informací z cizojazyčné literatury. Několik set výbojek bylo nadávkováno kryolitovou směsí, t.j. vedle klasické trojkombinace také chloridem-fluoridem hliníku a sodíku. Tím měla být zvýšena účinnost (předpokládalo se až o 15%) i zlepšená barva světla. Technologické potíže s dózováním i následné potíže se zapalováním tento program ukončily, přičemž se navíc zjistilo, že hořáky s dlouhým obloukem nejsou pro aplikaci hliníkových sloučenin vhodné. Ve spektru se hliník při standardním vybuzení téměř neobjevoval. Vývojový program ale byl současně rozšířen o zkoušky tzv. vnitřních getrů, což bylo použití prvků vzácných zemin, například nejčastěji yttria. Slabé čáry yttria lze ve spektru výbojek najít, ale teploty v hořáku na dostatečné vybuzení nestačily. Mezi speciální zkoušené přísady dále patří thorium a cesium. Thorium září po vybuzení v celé viditelné oblasti spektra, má však jeden nešvar – oblouk se silně kontrahuje a vyklene tak, že horní stěna hořáku je pravidelně přehřátá, často dochází k odskelnění. Tomu měla odpomoci druhá přísada, jodid cesný, který naopak oblouk silně roztahuje. Samotné cesium by mělo perfektní teple bílou barvu výboje, ale je opět špatně vybuditelné v hořácích typu RVI.

Ostatní přísady, jako thulium, holmium a jiné lanthanidy, nebyly v Tesle zkoušeny, nebo možná jen na jednotlivých vzorcích, které se nedochovaly. Pokud vím, nikdy nebyly v Tesle zkoušeny přísady běžné u jiných výrobců, tedy jodidy sodíku a skandia. Velmi pěknou zlatou barvu mají výbojky RVI plněné jodidem sodným a thalným, barva podle poměru příměsí může být až žlutozelená. Velmi intenzivním modrozeleným světlem svítí náplň thalia a india. Naprostým unikátem je výbojka, plněná čistou sírou, vyvíjená ve spolupráci s Izraelem. Barevné podání je výborné, barevná teplota kolem 6000K. Sirné páry jsou sice šetrné ke křemeni, ale velmi agresivně napadají elektrody, ty proto musí být vyrobeny ze vzácného kovu rhodia. Těmito pokusy v podstatě skončily v Tesle vývojové práce. Výroba byla převzata firmou S-LAMP, v současné době řadu výrobků produkuje ukrajinská ISKRA, využívající znalostí, strojů a materiálů bývalé Tesly, s Teslou navíc spojená osobami některých vývojářů.

Fotogalerie:

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

halogenidhalogenidhalogenidhalogenid

Pro více informací:

[1] - Výbojkopedie: Halogenidové výbojky Tesla.

[2] - Růžová výbojka: Zapomenutý projekt Tesly Holešovice.

[3] - Webové stránky Stanislava Slabyhoudka.

zpět