Исследования физических процессов в люминофорах при воздействии на них излучений безэлектродных высокочастотных разрядов в парортутных средах с целью создания высокоэффективных световых приборов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ВОДОВАТОВ Леонид Борясопи

ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛЮМИНОФОРАХ

при воздействии па них излучений ббзэлеютодных

ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ РАЗРЯДОВ В ПАРОРТУШЫХ СРЕДАХ С ;г: . Гг.К > СОЗДАН Ш ВЫСОКОЭФФЕК'ГМВШЛХ СВЕТОВЫХ

ПРИБОРОВ

Специальность 01.04.07 — физика конденсированного состояния

Автореферат диссертация, на соискание ученой степени

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Наз^ш'о-исследовагельский учебный центр новых технологий и материалов

«АТОМ»

Научны и руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мария В.П.

доктор технических наук, профессор Жданов С.М. доктор технических наук, профессор Атаев А.Е.

Ведущая организация: ■ ОАО «ОКБ МЭЛЗ»

Защита состоится « » _2006г. в

на заседании диссертационного совета Д 212.141.17 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 248600, г. Калуга, ул. Баженова, 4, МГТУ имени Н.Э. Баумана, Калужский филиал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал (г. Калуга, ул. Баженова, 4)

Автог>ефетат разослан «

5 у ,

2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Лоскутов С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Среди объектов физики конденсированного состояния люминофоры занимают особое место. Эффективность люминофоров и люминесцентных ламп на протяжении длительного периода развития росла и достигла высокого уровня, однако в настоящее время возможности ее дальнейшего повышения близки к предельным. Вместе с тем, в связи с созданием новой элементной базы для электронной аппаратуры питания, стало возможным быстрое развитие научно-технического направления по созданию безэлектродных люминесцентных источников света. Наиболее актуальным является создание высокочастотных (ВЧ) люминесцентных ламп с горелками в виде замкнутого витка и индукционным возбуждением разрядов с помощью тороидальных индукторов. Их применение, исходя из анализа «Строительных норм и Правил РФ», наиболее актуально в виде светильников для общего равномерного освещения в осветительных установках производственного назначения, а также помещений административных и общественных зданий.

Выполненные к настоящему времени исследования физических процессов в люминофорах и плазме ртутных разрядов низкого давления (НД) показали, что переход к высокочастотному индукционному возбуждению соответствует получению высоких удельных электрических нагрузок в лампах при больших диаметрах разрядных трубок за счет резкого увеличения разрядных токов, что обеспечивает новый путь создания энергоэффективных ВЧ люминесцентных ламп больших единичных мощностей при уменьшенных габаритах кольцевых горелок.

Учитывая определяющую роль фотолюминесценции в процессе двойного преобразования подводимой электрической энергии, включая ее преобразование в излучение ртутного разряда, а затем в выходящее излучение люминофора, актуальным является разработка эффективного метода оценки качества люминофоров, основанного на базе анализа их основных технических характеристик, а также разработка методики, алгоритмов и программы компьютерных расчетов технических параметров. С целью получения объективной технической информации об исследуемых объектах целесообразна разработка метода нахождения оптимальных составов люминофорных смесей, обеспечивающих требуемые цветности, включая и расчеты их спектральных характеристик излучения, и определение соотношений энергетических потоков цветных люминофорных компонентов в зависимости от их доли в смеси.

Целью работы явились комплексные исследования и оптимизация световой эффективности, цветности излучений и качества цветопередачи . редкоземельных люминофоров в условиях функционирования ВЧ ртутных разрядов НД для обеспечения создания высокоэффективных люминесцентных безэлектродных ламп и рациональных световых приборов на юс базе.

Для достижения указанных целей необходимо было решить ряд основных задач, включая:

- исследование физических свойств люминофорных смесей редкоземельных узкополосных люминофоров в условиях возбуждения высокочастотными ртутными разрядами НД на основе их компьютерных расчетов спектральными и колориметрическими методами;

- разработку метода расчета спектров излучения редкоземельных люминофорных смесей задаваемых цветностей и изучение возможности повышения их световых эффективностей за счет допустимых отклонений их цветностей от нормируемых значений при сохранении требуемого качества цветопередачи;

- исследование физических процессов и оптимизация электрических и излучательных характеристик высокочастотных ртутных разрядов низкого давления, возбуждающих фотолюминесценцию из люминофорных смесей;

- исследование эффективности создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп в зависимости от характеристик используемых редкоземельных люминофорных смесей, удельных световых отдач столба и условий ртутных разрядов НД;

- создание па базе автоматизированной лазерной установки для измерений тонкоструктурных спектров возбуждения и. излучения методики исследования, обеспечивающей при проведении экспериментальных исследований диагностику параметров новых узкополосных люминофорных компонентов;

- расчет светооптических систем и световых характеристик эффективных светильников, создаваемых на базе высокочастотных люминесцентных ламп и обеспечивающих проектирование осветительных установок общего освещения с оптимальной экономичностью.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:

- для нахождения долей компонентов в реальных люминофорах разработан метод диагностики оптимальных теоретических люминофорных смесей из редкоземельных узкополосных люминофоров, который при задаваемых цветностях излучения обеспечивает, на оснований векторного изображения цветов в колориметрической системе ХУТ!. Международной комиссии по освещению (МКО) и закономерностях аддитивного сложения цветов, определение их спектральных характеристик излучения;

- на основании полученных спектральных распределений излучения оптимизированных люминофорных смесей и разработанной методики многовариантных компьютерных расчетов предложены закономерности обеспечения световых эффективностей, цветности излучений и качества цветопередачи редкоземельных люминофоров, используемых в высокочастотных люминесцентных лампах;

- определены основные пути повышения световой эффективности редкоземельных люминофорных смесей в случае введения допустимых цветовых различий их излучений относительно нормируемых цветностей;

— на основе анализа полученных параметров напряженности поля в безэлектродных лампах, электронной температуры и концентрации электронов показана применимость существующей теории ртутных разрядов НД и для случая высокочастотных разрядов ВЧ-ламп с редкоземельными. люминофорами;

— разработан метод расчета оптимальных светооптических систем светильников на базе создаваемых ВЧ-ламп, включая системы с эвольвентными отражателями, предотвращающими обратное падение лучей света от отражателя на горелку лампы, и рассеивателями с направленно-рассеянным пропусканием для косинусных светораспределений, а также конических круговых светооптических систем на основе предложенных аксиконовых отражателей для концентрированных светораспределений.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

— внедрение в производство ВЧ-ламп редкоземельных люминофоров с требуемой цветностью излучений и высоким качеством цветопередачи дает возможность разработать и осуществить выпуск отечественных ВЧ-ламп (70, 100, 150 и 200 Вт) в комбинации с разрабатываемыми светильниками, имеющими образцовые кривые сил света ДЗ, Г2 и г1, что обеспечит проектирование установок общего люминесцентного освещения практически для всего-используемого диапазона высот помещений (2,5-6 м).

При этом будут реализованы преимущества высокочастотных безэлектродных люминесцентных ламп, включая существенно более высокие сроки службы (60-100 тыс. часов), возможность установки светильников в труднодоступных для обслуживания местах и снижение эксплуатационных затрат на обслуживание при меньшей сменяемости ламп, а также в связи с переходом к светильникам с одноламповой схемой на кольцевых ВЧ-лампах больших мощностей будет обеспечено значительное уменьшение габаритов светильников.

Кроме того, на основе редкоземельных люминофорных смссей получены ВЧ-лампы оптимальных для общего освещения цветовых характеристик, включая «тепло-белую» цветность, соответствующую привычному освещению с помощью ламп накаливания, а также «холодно-белую» цветность цветового тона естественного света.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Метод исследований и оптимизации световой эффективности, цветности излучений и качества цветопередачи люминофорных смесей, основанный на многовариантных компьютерных расчетах их основных характеристик в условиях возбуждения свечения высокочастотными ртутными разрядами низкого давления. ■

2. Метод определения оптимальных теоретических люминофорных смесей из редкоземельных узкополосных люминофоров для задаваемых цветностей излучений и методика расчета их относительных спектральных распределений плотности излучения.

3. Способ повышения световых эффективностей редкоземельных лю-минофорных смесей за счет использования допустимых отклонений их цвет-ностей от нормируемых значений, что обеспечивает повышение удельных световых отдач высокочастотных люминесцентных ламп (примерно на 14 %) при сохранении требуемого качества цветопередачи и получении значительного экономического эффекта.

4. Расчетные выражения и экспериментальные результаты для удельных величин световых потоков и светоотдач столба разряда высокочастотных люминесцентных ламп, определяющие требуемые мощности ламп для систем общего освещения оптимальной экономичности с учетом рационального размещения светильников и вида образцовых кривых их сил света.

5. Зависимости цветности излучения высокочастотных люминесцентных ламп от излучения видимой линии ртути А,=436 нм в связи с ее близостью к максимуму спектральной чувствительности синих цветовоеприни-мающих рецепторов среднего глаза и увеличенным выходом излучения видимых линий ртути при используемых условиях интенсивных ВЧ-разрядов.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Международная релаксация в полиматериалах», ПОЛИМАТЕРИАЛЫ - 2003, 25-29 ноября 2003г., Москва; V Международной светотехнической конференции, 2-5 ноября 2003 г., Санкт-Петербург; 12 Международном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого разрешения, 1996г., Санкт-Петербург; 4 Международной конференции по лазерной физике и спектроскопии, 1999г., Москва; 22 съезде по спектроскопии, 2001г., Звенигород.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в т.ч. 5 в реферируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы (105 наименований). Общий объем диссертации 235 страниц, включая 56 рисунков и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' Во введении показана актуальность темы исследований и создания безэлектродных ламп, работающих за счет энергии высокочастотных электромагнитных полей, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, раскрывается ее научная и практическая значимость. ■

В первой главе на основе анализа спектральных и колориметрических методов оценки излучения люминофоров выбраны основные технические характеристики оценки их эффективности, включая световую эффективность (люмен-эвольвент), среднюю взвешенную длину волны спектра излучения, координаты цветности и коррелированную цветовую температуру, а также общий индекс цветопередачи. Согласно положений колориметрической системы МКО 1931 г., а также отечественных ГОСТ определены критерии оценки указанных технических характеристик люминофоров. Для выполне-

ния многовариантных расчетов возможностей люминофоров и люминофор-кых смесей разработаны методика, алгоритмы и программа компьютерных расчетов их основных технических характеристик.

Для основных групп люминофоров, применяемых в люминесцентных лампах, включая люминофоры на основе галофосфата кальция (ГФК), орто-фосфатные, силикатные и арсенатные люминофоры с улучшенной цветопередачей, а также редкоземельные люминофоры с узкополосными спектрами излучения, проведен анализ физико-химического строения, технических характеристик, эксплуатационной стойкости и обоснована целесообразность использования в люминесцентных безэлектродных лампах с высокочастотным возбуждением ртутных разрядов группы редкоземельных люминофоров. Показано, что в качестве таких люминофоров целесообразно использовать выпускаемые в России люминофоры ФЛЦК, представляющие собой люми-нофорные смеси на основе редкоземельных узкополосных цветных компонентов ФЛ-543-1, ФЛ-612-1 и ФЛ-447, составляемые в определенных пропорциях для разных нормируемых цветностей излучений. При этом излуча-тельные характеристики указанных люминофорных компонентов и люмино-форных смесей будут устойчиво сохраняться при изменении условий их работы в лампах, что обусловлено особенностями электронных переходов, связанных с термами внутренней электронной оболочки 4Гв ионах редких металлов, хорошо защищенной от внешних воздействий.

Вторая глава посвящена исследованиям физических процессов в редкоземельных узкополосных люминофорах, их световой эффективности, цветности излучения и качества цветопередачи в условиях возбуждения высокочастотными ртутными разрядами НД. На основании спектров излучения, колориметрических характеристик цветности узкополосных люминофоров ФЛ-543-1, ФЛ-612-1, ФЛ-447 и соответствующего им треугольника цветового охвата на цветовом графике МКО 1931 г. показаны возможности получения широкой номенклатуры цветностей редкоземельных люминофорных смесей. Однако их спектральные характеристики имеют линейчатую структуру, создаваемую спектральными линиями ионов редкоземельных металлов, а также видимыми линиями ртутного разряда при недостаточной заполненности спектров излучения смесей. При этом возможно снижение качества цветопередачи, а также существенные разбросы параметров конкретных люминесцентных ВЧ-ламп относительно нормируемых характеристик, что характеризуется полученным разбросом точек расчетных световых эффектив-ностей (точки 6-Н), рис.1), вычисленных на основании характеристик излучения люминесцентных ВЧ-ламп, представленных в материалах иностранных производителей.

Для получения общих зависимостей для технических характеристик нами разработан метод расчета спектров излучения оптимальных теоретических люминофорных смесей для задаваемых цветностей излучений, основанный на векторном изображении цветов в колориметрической системе МКО и

закономерностях аддитивного сложения цветов используемых люминофор-ных компонентов. При этом определяются доли энергетических потоков излучения люминофорных компонентов в общем энергетическом потоке требуемой люминофорной смеси на основании расчета модулей цветов зеленого, красного и синего компонентов в смеси согласно выражению (1):

(х{2~хзл) тКР^М-ЗЛ'

тСП = МЗЛ

(ХКР ~XQ)

(х№> ~ ХЗЛ )(XQ ~xs) (ХКР ~xQ)(xS ~хСН)'

(О

где у; — координаты цветности точек на схеме сложения цветов люминофорных компонентов, М\ - соответствующие модули самих изолированных цветных люминофорных компонентов, где М\ =Х\а т\ — соответствующие модули цветных компонентов в спектре требуемой люминофорной смеси. В качестве основного составляющего смеси используется зелёный компонент, относительно которого рассчитываются требуемые значения модулей красного и синего компонентов в смеси. Сопоставление модулей цветных компонентов в смеси с модулями цвета изолированных цветных компонентов определяет требуемые соотношения цветных компонентов в спектре излучения смеси и относительное спектральное распределение энергии излучения создаваемой люминофорной смеси, а также соотношение энергетических потоков компонентов в энергетическом потоке смеси, как

Г тСН I, ФСН

1МСЯ J &ЗЛ

;1:

(2)

Г тКР 1 фКР

\Мкр) &ЗЛ

На основании спектральных распределений излучений оптимальных теоретических люминофорных смесей и существующих ВЧ-ламп получены расчетные данные по световым эффективностям (рис. 1), цветностям излучений (рис. 2) и качеству цветопередачи.

К^ЛМ/ВТ

400 , « ' Г ..... J

350 . ......... - -.......-

5 /»i i •

МО. -------... . ----— —-• ..............

260 •

200-

Рис. 1. Расчетные световые эффективности оптимальных теоретических люминофорных смесей и существующих ВЧ-ламп. Точки 1-5 для оптимальных теоретических люминофорных смесей цветностей ЛТБ, ЛБ, ЛЕЦ, ЛХБ и ЛДЦ соответственно. Точка 6 - для ВЧ-лашш ICE 150/835 цветности ЛБ. Точки 7 и 9 соответствуют ВЧ-лампам ICE 150/841 и ENDURA 150W/840 цветности ЛЕЦ, а точка 8 - ВЧ-лампе ENDURA 150W/830 цветности ЛТБ

Рассчитанные световые эффективности оптимальных редкоземельных люминофорных смесей достаточно высоки. Так световая эффективность оптимальной смеси цветности ЛБ составляет Кфл=320 лм/Вт, что всего на 6% ниже световой эффективности ГФК-люминофора Л-34, являющегося наиболее эффективный люминофором стандартных люминесцентных ламп. Расчетные координаты цветности оптимальных теоретических люминофорных смесей практически совпадают с нормируемыми значениями и лежат в пределах допусков по ГОСТ. Для анализируемых ВЧ-ламп имеются заметные отступления цветностей от нормируемых значений. Рассчитанные величины общих индексов цветопередачи соответствуют высокому уровню качества по принятым критериям (Иа> 85). Показана также взаимосвязь основных технических характеристик редкоземельных люминофорных смесей и возможность их совместной оптимизации. Согласно проведенным'многовариантным расчетам определены также возможности повышения световых эффективно-стей исследуемых редкоземельных люминофорных смесей при введении допустимых цветовых различий их излучений относительно нормируемых цветцостей (по количеству цветовых порогов). Показана возможность повышения световых эффективностеи редкоземельных люминофорных смесей на 16-17 % при сохранении нормируемого среднего качества цветопередачи (К^=73-=-75)) что может обеспечить получение значительного экономического эффекта при массовом применении люминесцентного освещения.

О.Э 0.36 0.35 a. rí-ii. з

Ш

7 ■—

Л. у

V <"71 1л у

■ь / А *

к: >

У

0.33 0,3« 0.35 0.3Ö 0.3? о.эв 0.39 0<«0 0.*1 D.-чг 0.4Э О.*« 0.4S

Рис. 2. Координаты цветности оптимальных теоретических люминофорных смесей и излучений существующих ВЧ-ламп. Эллипсы I, П, Ш соответствуют зонам допусков . по ГОСТ 6825-95 для цветностей ЛБ, ЛХБ и ЛТБ. Точки 1,2 и 3 соответствуют оптимальным теоретическим люминофорным смесям. Точка 4 соответствует ВЧ-лампе ICE 150/835 цветности ЛБ. Точки 5 и б соответствуют ВЧ-лампам ICE 150/841 и ENDURA 150W/840, а точка 7-ламле ENDURA 150W/830 цветности ЛТБ

В целях экспериментальных исследований возможностей получения оптимальных люминофоров на базе новых узкополосных люминофорных компонентов, а также исследований эффективности возбуждения люминесценции излучением нетрадиционных газоразрядных сред в работе усовер-

7,отн.е1

го

Ж

Жл

иг

i!

ЛЯ» »,см

шенствована методика измерений и создана автоматизированная лазерная установка для измерения спектров возбуждения и излучения люминесци-рующих веществ при их нахождении в сверхзвуковой газовой струе, что обеспечивает получение наиболее достоверных тонкоструктурных спектров. На рис. 3 в качестве примера представлены полученные результаты спектральных измерений при весьма высоком спектральном разрешении порядка

1 А для ультрафиолетовой области спектра (300-370 нм) и около 20 А для середины видимого спектра (~500 нм).

В третьей ■ главе исследованы эффективности физических процессов, электрических и излу-чательных характеристик высокочастотных ртутных разрядов низкого давления, возбуждающих фотолюминесценцию.

При этом выполнены расчетные оценки времен релаксации (передачи энергии) при основных видах столкновений между электронами и нейтральными атомами в плазме разрядов НД, а также процессов рождения электронов в разряде. На основании полученных характеристик физических процессов разработан метод расчета распределения концентрации электронов • и оценки электронных температур для высокочастотных разрядов. Полученные данные об идентичности физических процессов и наличии постоянно-токовой аналогии дали возможность использовать для высокочастотных ртутных разрядов НД имеющиеся теоретические и экспериментальные сведения о зависимостях электрических и из-лучательных характеристик от условий разряда, введенные ранее для ртутных разрядов стандартных люминесцентных ламп. Показано, что

дзаюу.пм

Рис. 3 Спектры возбуждения флуоресценции пирена (а); флуоресценции пир ена при возбуждении частотой уа=27204см-1 (спектральное разрешение 5 см"1) (6) и при возбуждении в области электронных полос йа Бз. Б», спектральное разрешение 50 см"1 (в): 1-\ъ=ЗШ0 см"\ 2-5 5. 37576 см"1, 3 - 34. АН58 см"1; 4-между 5а и 5з, \гв= »33472см"1. Начальное давление аргона 1 атм, начальная температура смеси 150 °С.

фактор выбора частоты не является доминирующим для безэлектродных ртутных ламп НД в достаточно широком диапазоне частот (100 кГц до 10 МГц) с точки зрения выхода излучения разряда.

Использование способа введения энергии в разрядный объем с помощью высокочастотных электромагнитных полей для ртутного разряда НД может обеспечить высокие удельные электрические нагрузки при больших диаметрах разрядных трубок за счет резкого увеличения токов разрядов при сохранении небольших значений градиентов потенциала в разряде примерно на уровне стандартных люминесцентных ламп. При наполнении разрядных трубок высокочастотных ламп инертными буферными газами при низком давлении может обеспечиваться высокий выход излучения резонансных линий ртути при больших токах в разрядах за счет повышения электронных температур, уменьшения концентрации электронов и числа тушащих соударений, а также изменения механизма излучения линии 254 нм. Экспериментально подтверждены высокие выходы излучения резонансных.линий для высокочастотных ртутных разрядов НД, которые составили 53% для линии X = 254 нм и 10,5% для линии к = 185 нм от мощности, выделявшейся в столбе разряда при эксперименте. В отличие от электродных люминесцентных ламп предлагаемый переход к высокочастотному возбуждению разрядов с помощью тороидальных индукторов при больших разрядных токах, низком давлении и кольцевой форме горелок высокочастотных ламп обеспечивает создание энергоэффективных высокочастотных люминесцентных источников света с большими величинами единичных мощностей люминесцентных ламп и уменьшением их габаритов (особенно длин), а также уменьшением габаритов используемых световых приборов.

Четвертая глава посвящена исследованиям эффективности создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп, выполненным на оснований оптимальных теоретических характеристик редкоземельных люминофорных смесей, а также необходимых излучательных и электрических параметров высокочастотных ртутных разрядов НД, которые были определены выше в главах 2 и 3. Наряду с этим в настоящей главе также представлены результаты исследований оптимальных способов освещения и световых характеристик рациональных светильников, разрабатываемых для использования создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп. Получены общие расчетные выражения для удельных величин светового потока и световой отдачи (па единицу длины) в столбе разряда высокочастотной безэлектродной люминесцентной лампы, которые определяются световой эффективностью используемой люминофорной смеси, энергетическим выходом люминесценции, включая квантовый выход и квантовые отношения, учитывающие сто-ксовские потери, а также величинами удельных энергетических потоков излучения ультрафиолетовых резонансных и видимых линий ртути и удельных мощностей в столбе разряда. При этом основным соотношением при расчетах эффективности высокочастотных люминесцентных ламп будет являться

выражение для удельной световой отдачи, которое имеет вид:

680-7

'Кф, -V-T1,.,.

где Кфл, tj— соответственно световая эффективность используемого люминофора, квантовый выход и квантовое отношение для резонансных линий ртути Х=254 нм и Х=185 им применительно к используемому люминофору, Л - эффективный коэффициент потерь в люминофоре излучения разряда и выходящего излучения люминесценции, а и Рш - удельные энерге-

тические потоки излучения резонансных и видимых линий ртути и удельная мощность столба (на единицу, длины) высокочастотного безэлектродного разряда.

Полученные результаты многовариантных расчетных исследований удельных световых отдач для введенных ранее оптимальных теоретических редкоземельных лгоминофорных смесей на базе узкополосных люминофор-ных компонентов и оптимальных условий высокочастотных ртутных разрядов НД представлены на рис. 4.

Рис. 4. Удельные световые отдачи столба разряда высокочастотных люминесцентных безэлектродных ламп при различных цвстностях их излучений. I — световые эффективности, рассчитанные ранее (рис. 1), для вариантов оптимальных теоретических лю-минофоркых смесей, где точки 1-5 последовательно соответствуют цветносгям излучений, нормируемым по ГОСТ 6825-95 для ламп ЛТБ, ЛБ, ЛЕЦ, ЛХБ и ЛДЦ.

П - удельные световые отдачи столба ламп для тех же вариантов оптимальных теоретических люмино-форных смесей. Ш — удельные световые отдачи столба ламп для рациональных вариантов оптимальных теоретических лгоминофорных смесей при допустимых отклонениях от нормируемых цветностей в порогах цвегоразличення. .Точки 7, 8, 9 и 10 для ламп с цветностями ЛБ, ЛЕЦ ЛХБ и ЛДЦ при отклонениях, равных пяти порогам цветоразличения, точка б - для цветности ЛТБ при четырех порогах

.. — 5 1 м --"l

»10 5 5 • 9 8 3 2 7 t 1

Данные рис. 4 показали, что световые отдачи ВЧ-ламп различных нормируемых цветностей близки (отклонение ~ 4%). Найденный ранее (рис. 1) различия только для световых эффектйвностей используемых редкоземельных смесей были существенно больше (до 20%). Указанные расхождения объясняются учетом имеющих место величин квантовых отношений при расчетах световых отдач ВЧ-ламп, в связи с чем возможен достаточно, свободный выбор цветностей их излучений. При этом координаты цветности

создаваемых ВЧ-ламп будут с высокой точностью совпадать с требуемыми по ГОСТ 6825-95 значениями, а общие индексы цветопередачи составляют Ra > 85, что соответствует высокому качеству цветопередачи. При использовании предлагаемых редкоземельных люминофорных смесей со световыми эффективностями, повышенными за счет допустимых отклонений их цветно-стей от нормируемых значений, световые отдачи создаваемых ВЧ-ламп могут быть увеличены примерно на 14% (рис. 4), что весьма существенно для получения экономического эффекта. При этом общие индексы цветопередачи несколько снижаются, но находятся выше значения Ra = 70, т.е. обеспечивается уровень цветопередачи не ниже среднего, что допустимо при общем освещении. Анализ СНиП 23-05-95 в части норм и правил искусственного освещения показал, что основным назначением создаваемых ВЧ-ламп должно являться общее освещение в установках промышленного назначения, а также при освещении административных и общественных зданий. В части цветности излучений показана целесообразность создания ВЧ-ламп цветности ЛЕЦ (Тс = 4000 К), соответствующей естественному цвету с правильной цветопередачей, а также цветности ЛТБ (Тс= 3000 К) цветового тона тепло-белого света, приближающегося к привычному освещению лампами накаливания. Результаты исследования зависимости цветности ВЧ-ламп от излучения видимых линий ртути показали резкое влияние линии А,= 436 нм, близкой к максимуму чувствительности синих цветовоспринимающих рецепторов среднего глаза. Существенное влияние связано также с увеличением выхода излучения видимых УФ-линий ртути в условиях ВЧ-разрядов. В связи с этим показана необходимость соответствующих уточнений с изготовителями люминофорных смесей для ВЧ-ламп долей цветных компонентов относительно серийных редкоземельных люминофорных смесей ФЛЦК. В главе содержатся также материалы исследований эффективности способов освещения и световых приборов на базе создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп. На основе существующего метода расчета оптимальной экономичности систем равномерного освещения и найденных величин удельных световых отдач показана эффективность перехода от номенклатуры существующих многоламповых люминесцентных светильников к одноламповым с ВЧ-лампами больших мощностей. При этом в качестве ряда номинальных мощностей создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп обоснованы мощности 70, 100, 150 и 200 Вт. Полученные расчетные зависимости требуемых световых потоков при оптимальном размещении светильников показали, что ВЧ-лампы указанных мощностей в комбинации с разрабатываемыми рациональными светильниками с образцовыми КСС ДЗ, Г2 и Г1 могут обеспечить необходимые параметры оптимального освещения установок практически во всем диапазоне высот помещений, в которых используется общее люминесцентное освещение (2,5-бм). При этом будут реализованы преимущества создаваемых высокочастотных безэлектродных люминесцентных ламп.

В пятой главе представлены результаты изготовления и экспериментальных исследований образцов создаваемых ВЧ-ламп, которые в основном дали положительные результаты. В порядке перспективы показана целесообразность применения в ВЧ-лампах амальгам ртути, использование которых может обеспечить максимальный выход резонансных линий ртути и светоот-дач при более высоких температурах горелок ВЧ-ламп больших мощностей. Приняты меры по организации разработки и последующего использования амальгам ртути. Определен размерный ряд световых приборов, разрабатываемых на базе создаваемых ВЧ-ламп и разработаны методы расчета оптимальных светооптических систем светильников.

С целью подтверждения перспективности внедрения осветительной техники на базе создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп выполнены расчеты их технико-экономической эффективности. Показана также возможность получения социального и экологического эффектов при значительном снижении выбросов в атмосферу вредных веществ (на 250-260 тыс. тонн в год) за счет экономии электроэнергии на освещение при внедрении оптимальных технических решений по создаваемым ВЧ-лампам и оптимальным светильникам на их базе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В связи с определяющей ролью фотолюминесценции в процессах преобразования подводимой электрической энергии в излучение выявлена необходимость выполнения многовариантных расчетных исследований основных характеристик люминофоров при их работе в составе высокочастотных люминесцентных ламп, в качестве которых выбраны световая эффективность, средняя взвешенная длина волны спектра излучения, координаты цветности и коррелированная цветовая температура, а также общий индекс цветопередачи. Разработаны методы и расчетные выражения, а также методика, алгоритмы и программа компьютерных расчетов указанных характеристик.

. 2. На основании полученных расчетных характеристик, анализа физико-химического строения и эксплуатационной стойкости существующих групп люминофоров обоснована целесообразность использования в высокочастотных люминесцентных лампах люминофорных смесей на основе редкоземельных узкополосных цветных компонентов.

3. Для получения объективных общих зависимостей на основании векторного изображения цветов в колориметрической системе XYZ МКО и закономерностей аддитивного сложения цветов разработан метод расчета спектров излучения оптимальных теоретических редкоземельных люминофорных смесей, позволяющий также рассчитать доли энергетических потоков люминофорных компонентов в потоке смеси, определяющие объемные или весовые соотношения люминофорных составляющих в изготавливаемых смесях.

4. Рассчитанные световые эффективности оптимальных редкоземель-

ных люминофорных смесей находятся на уровне параметров наиболее эффективных люминофоров стандартных люминесцентных ламп. При этом координаты цветности лежат в пределах допусков по ГОСТ 6825-95. Величины общих индексов цветопередачи соответствуют высокому уровню качества О». >85).

5. Согласно выполненных многовариантных расчетов определены возможности повышения световых эффективностей исследуемых редкоземельных люминофорных смесей при введении допустимых цветовых различий их излучений относительно нормируемых цветностей (по количеству цветовых порогов). При этом возможно повышение световых эффективностей на 16-17% при сохранении нормируемого среднего качества цветопередачи (1^=73-5-75), что может обеспечить значительный экономический эффект при массовом применении люминесцентного освещения.

6. В целях экспериментальных исследований возможностей получения оптимальных люминофоров на базе новых узкополосных люминофорных компонентов, а также для исследований эффективности возбуждения люминесценции излучением нетрадиционных газоразрядных сред была усовершенствована методика измерений и создана автоматизированная лазерная установка для измерения спектров возбуждения и излучения люминесци-рующих веществ при их нахождении в сверхзвуковой газовой струе, что обеспечивает получение наиболее достоверных тонкоструктурных спектров.

7. Показана применимость существующей теории ртутных разрядов НД на промышленной частоте и постоянном токе для случая высокочастотных разрядов. При этом переход к высокочастотному возбуждению соответствует получению высоких удельных электрических нагрузок в ртутных разрядах НД при больших диаметрах разрядных трубок за счет резкого увеличения разрядных токов, , что обеспечивает создание энергоэффективных высокочастотных ламп больших единичных мощностей при уменьшенных габаритных размерах кольцевых горелок ламп. Экспериментально подтверждена возможность получения высоких выходов излучения основных резонансных линий для высокочастотных ртутных разрядов НД при оптимальных условиях разрядов.

8. Получены общие расчетные выражения для удельных величин светового потока и световой отдачи в столбе разряда высокочастотной безэлектродной люминесцентной лампы, которые определяются световой эффективностью используемой люминофорной смеси, квантовым выходом и квантовыми отношениями и стоксовскими потерями, а также удельными величинами энергетических потоков излучения ультрафиолетовых резонансных и видимых линий рхуги и мощностей в столбе разряда.

9. Расчетные исследования показали, что при использовании в создаваемых ВЧ-лампах оптимальных теоретических люминофорных смесей получаемые величины световых отдач будут близки к соответствующим параметрам современных энергоэффективных электродных люминесцентных

ламп. При. этом цветности излучений будут соответствовать нормируемым по ГОСТ 6825-95 значениями, а общие индексы цветопередачи составят Ra > 85, что соответствует высокому качеству цветопередачи.

10. При использовании предлагаемых люминофорных смесей со световыми эффективностями, повышенными за счет допустимых отклонений их цветностей от нормируемых значений, световые отдачи создаваемых ВЧ-ламп при наличии стоксовских потерь могут быть увеличены примерно на 14%, что весьма существенно для экономии электроэнергии. При этом общие индексы цветопередачи несколько снижаются, но находятся выше значения Re = 70, т.е. обеспечивается уровень цветопередачи не ниже среднего, что допустимо для общего люминесцентного освещения.

11. Исследована зависимость цветности ВЧ-ламп от излучения видимых линий ртути, включая резкое влияние линии Х= 436 нм, близкой к максимуму чувствительности синих цветовоспринимающих рецепторов среднего глаза, в связи с чем необходимы соответствующие уточнения с изготовителями люминофорных смесей для ВЧ-ламп долей цветных компонентов относительно серийных редкоземельных люминофоров ФЛЦК.

12. Исследования эффективных способов освещения и световых приборов на базе создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп, выполненные на основе существующего метода расчета оптимальной экономичности систем равномерного общего освещения и рассчитанных выше удельных световых отдач, показали эффективность перехода от номенклатуры существующих многоламповых люминесцентных светильников к одноламповым светильникам с ВЧ-лампами больших мощностей. При этом в качестве ряда номинальных мощностей создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп обоснованы мощности 70, 100,150 и 200 Вт.

13. Полученные расчетные зависимости требуемых световых потоков при оптимальном размещении светильников показали, что В Ч-лампы указанных мощностей в комбинации с разрабатываемыми рациональными светильниками при образцовых КСС ДЗ, Г2 и Г1 могут обеспечить необходимые параметры оптимального освещения практически во всем диапазоне высот помещений, в. которых используется общее люминесцентное освещение (2,5-6м), что позволяет реализовать преимущество создаваемых высокочастотных безэлектродных люминесцентных ламп.

14. Определен параметрически-размерный ряд световых приборов на базе создаваемых ВЧ-ламп. Разработаны методы расчета оптимальных свето-оптических систем светильников. Выполнены экспериментальные исследования образцов создаваемых ВЧ-ламп и светильников на их базе, в ходе которых показана перспективность разработки и последующего использования в ВЧ-лампах амальгам ртути вместо открытой ртути.

15. В целом, основными преимуществами высокочастотных безэлектродных люминесцентных ламп будут являться весьма высокие сроки службы (60-100 тыс. часов) и возможность в связи с этим установки светильников

в труднодоступных для обслуживания местах при меньшей сменяемости ламп и снижении эксплуатационных затрат, а также переход от многоламповых светильников к одноламповым с кольцевыми ВЧ-лампами больших мощностей, что обеспечивает значительное уменьшение габаритов светильников.

16. Перспективность внедрения осветительной техники на базе создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп подтверждена расчетами их технико-экономической эффективности. Показана также возможность получения социального и экологического эффектов при значительном снижении выбросов в атмосферу вредных веществ (на 250-260 тыс. тонн в год) за счет экономии электроэнергии на освещение при внедрении создаваемых ВЧ-ламп и оптимальных светильников на их базе.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Водоватов Л.Б. Исследования эффективности люминофоров при возбуждении излучением безэлектродных высокочастотных разрядов в паро-ртутных средах с целью создания энергоэкономичных средств освещения // Наукоемкие технологии. - 2004.- Т. 5, № 1.- С. 19-24.

2. Водоватов Л.Б. Исследования излучательной способности и стабильности световых параметров люминофорных композиций при возбуждении безэлектродными высокочастотными разрядами // Полиматериалы — 2003: Материалы Международной научно-технической конференции. — М., 2003. -Ч. 2,- С.147—149.

; 3. Водоватов Л.Б. Повышение эффективности процессов фотолюминесценции применительно к новым энергоэкономичным источникам света // Полиматериалы — 2003: Материалы Международной научно-технической конференции. - М., 2003. —Ч. 2. - С.141-146.

4. Водоватов Л.Б. Исследования световой эффективности и качества цветопередачи редкоземельных люминофорных смесей в условиях возбужт дения высокочастотными разрядами в парортутных средах // Наукоемкие технологии. - 2006 - Т. 7, № 4-5. - С.27-35.

5. Юшков Д.Д., Водоватов Л.Б. Распределение концентрации электронов при диффузном режиме бёзэлектродного разряда. Оценка электронной температуры // Материалы V Международной светотехнической конференции. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 150-151.

6. Экспериментальное определение и расчет интенсивностей линий в электронно-колебательных спектрах струйно-охлажденных антраценов / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. // Оптика и спектроскопия. - 2000,- Т. 89, №2. - С.249-256.

7. Электронно-колебательные спектры 9,10- диметилантрацена, охлажденного в сверхзвуковой струе / НА. Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. // Тезисы докладов на 22 съезде по спектроскопии. - Звенигород, 2001. - С. 87.

8. Интенсивности электронно-колебательных переходов в спектрах возбуждения и флюоресценции струйно-охлажденного антрацена 1 Н.А.Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. // Тезисы докладов на 4 международной конференции по лазерной физике и спектроскопии. -Гродно, 1999. - Ч. 2. - С.20.

9. Флуоресценция агрегатов пирена, образующихся в сверхзвуковой струе / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др, // Оптика и спектроскопия. - 1996. - Т. 80, № 5. - С. 758-761.

10. Колебательная структура уровней свободных молекул аценафтена в основном и возбужденном электронных состояниях / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. Н Оптика и спектроскопия. - 1996. — Т. 81, №5.-С. 757-761.

- 11. Флуоресценция свободных молекул пирена, охлажденного в сверхзвуковой струе / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. // Журнал прикладной спектроскопии. - 1995. - Т. 62, №3. — С.96-103.

12. Vibronic structures of the ground and first excited states of aromatic hydrocarbons cooled in a supersonic jet / N.A. Borisevich, L.B. Vodovatov, G.G. Dyachenko et al. // Тезисы международного симпозиума по молекулярной спектроскопии высокого разрешения. - СПб, 1996. - С.91.

13. Spectroscopy of ругепе clusters formed in a supcrsonic jet / N.A. Borisevich, L.B. Vodovatov, G.G. Dyachenko et al. // Laser Phiysics. -1997. - V.7," № 2. - C.400-402.

14. Vibronic structures of the ground and excited singlet electronic states of dimethylnaphtalenes cooled in a supersonic jet / N.A. Borisevich, L.B. Vodovatov,-G.G. Dyachenko et al. // Spectroscopy Letters. - 1997. - V. 30, № 5. -P. 879-899.

Водоватов Леонид Борисович:

Исследования физических процессов в люминофорах при воздействии на них излучений безэлектродных высокочастотных разрядов в парортутных средах с целью создания высокоэффективных световых приборов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 2 . 06,2006г. Формат бумаги 60x84 1 /16. Бумага типографская № 2. Печать офсетная. У сл. печ. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ №

Московски й государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Калужский филиал 248600, г. Калуга, ул. Баженова, 4

ВВЕДЕНИЕ. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 1. СПЕКТРАЛЬНЫЕ И КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРОВ ПРИ ИХ ВОЗБУЖДЕНИИ РТУТНЫМИ РАЗРЯДАМИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ РАСЧЕТОВ

1.1. Определение характеристик люминофоров и критериев их оценки на основании спектральных и колориметрических расчетов.

1.2. Разработка методики и программы компьютерных расчетов основных параметров люминофоров.

1.3. Физико-химическое строение и технические характеристики существующих ламповых люминофоров применительно к их использованию в люминесцентных безэлектродных лампах.

1.3.1. Люминофоры на основе галофосфата кальция.

1.3.2. Люминофоры на ортофосфорной, силикатной и арсенатной основах с улучшенной цветопередачей.

1.3.3. Редкоземельные люминофоры с узкополосными спектрами излучения.

Выводы к главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ УЗКОПОЛОСНЫХ ЛЮМИНОФОРАХ, ИХ СВЕТОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ, ЦВЕТНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЙ И КАЧЕСТВА ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ В УСЛОВИЯХ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМИ РТУТНЫМИ РАЗРЯДАМИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

2.1. Спектральные и колориметрические характеристики цветных компонентов и люминофорных смесей редкоземельных узкополосных люминофоров.

2.2. Определение расчетно-теоретическим путём спектров излучений люминофорных смесей редкоземельных УПЛ люминофоров

2.3. Исследования световых эффективностей, цветностей излучений и качества цветопередачи редкоземельных узкополосных люминофоров, работающих в составе люминесцентных БИЛ.

2.4. Исследования по оптимизации основных технических характеристик редкоземельных узкополосных люминофоров с целью повышения их эффективностей при сохранении допустимых цветностей излучения и качества цветопередачи.

2.5. Развитие методики измерений тонкоструктурных спектров излучения и возбуждения люминесцентных материалов и разработка комплексной измерительной установки.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ РТУТНЫХ РАЗРЯДОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ.

3.1. Применение теории столба ртутных разрядов низкого давления для случая их возбуждения высокочастотными электромагнитными полями.

3.1.1. Время релаксации при основных видах столкновений

3.1.2. Рождение электронов в разряде, условия постоянно-токовой аналогии.

3.1.3. Распределение концентрации электронов и оценка электронных температур для высокочастотных разрядов.

3.2. Исследование зависимости электрических и излучательных характеристик высокочастотных ртутных разрядов низкого давления от условий разряда.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЗДАВАЕМЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЛЮМИНОФОРАМИ И РТУТНЫМИ РАЗРЯДАМИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ, А ТАКЖЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СВЕТОВЫХ

ПРИБОРОВ НА ИХ БАЗЕ.

4.1. Исследование световых КПД, колориметрических и электрических параметров создаваемых высокочастотных люминесцентных безэлектродных ламп в зависимости от характеристик используемых редкоземельных люминофорных смесей и условий ртутных разрядов НД.

4.2. Исследование эффективности способов освещения и световых приборов на базе высокочастотных люминесцентных безэлектродных ламп.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНЫХ И МАКЕТНЫХ ОБРАЗЦОВ СОЗДАВАЕМЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП И СВЕТОВЫХ ПРИБОРОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ИХ ВНЕДРЕНИЯ

5.1. Экспериментальные исследования лабораторных и макетных образцов создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп.

5.2. Экспериментальные исследования проектируемых светильников, предназначенных для применения создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп. Выбор оптимальных светооптических систем и светотехнические испытания светильников, расчеты технико-экономического эффекта.

Выводы к главе 5.

Явление фотолюминесценции, обнаруженное более 300 лет назад и остававшееся необъясненным до начала XX века, когда была установлена квантовая природа преобразования излучения, не находило длительное время практического применения. Положение коренным образом изменилось после того, как в 1924 году С.И. Вавилов экспериментально установил [1], что квантовый выход преобразования возбуждающего излучения в люминесценцию может быть весьма высоким, а также возглавил работы по созданию люминесцентных источников света.

К этому времени были обстоятельно исследованы характеристики электрических разрядов в парах ртути, которые охватывали широкий диапазон л f л давлений от 1-10" Па до 10 Па и плотностей тока от десятков шА/см до десятков А/см2 в связи с возможностью путем изменения температуры в исключительно широких пределах менять давление паров ртути, что обеспечило систематическое изучение физических процессов в плазме и построение теории столба разряда. Исследования Б.Н. Клярфельда [2] выявили основные области давлений и плотностей тока, наиболее перспективные для создания высокоэффективных источников оптического излучения. В том числе было показано, что столб ртутного разряда низкого давления является весьма эффективным источником резонансных линий ртути с длинами волн 254 и 185 нм, на долю которых может приходиться более 70 % подводимой к столбу электрической мощности. Однако, световое излучение разряда, складывающееся из излучения довольно слабых видимых линий ртути, не превышало 3-4 % от мощности (порядка 5-7 лм/Вт). В результате для повышения световой отдачи ртутных разрядов и улучшения цветности их излучений были начаты исследования по применению процессов фотолюминесценции люминофоров и созданию люминесцентных ламп.

Фотолюминесценция является процессом преобразования оптического излучения, заключающимся в возбуждении частицы люминесцирующего вещества поглощенным фотоном с последующим излучением требуемого фотона люминесценции при переходе возбужденной частицы в нормальное состояние. При создании источников света наибольшее применение нашла фотолюминесценция, в процессе которой происходит преобразование ультрафиолетового излучения ртутных разрядов в световое излучение видимого диапазона спектра. Используемые при этом люминофоры являются твердыми люминесцирующими веществами, наносимыми в виде слоев на внутреннюю поверхность колбы разрядной лампы, излучение которой возбуждает фотолюминесценцию. Слой люминофора является основной составной частью люминесцентного источника света и в большой степени определяет его технические и эксплуатационные параметры, в том числе:

- поток излучения (световой поток), распределение излучения по спектру и цвет излучения;

- яркость и размеры излучающего тела;

- световой КПД или световую отдачу, зависящие от долей энергетического потока, превращаемого в световое излучение;

- полезный срок службы, определяемый зависимостью спада светового потока и допустимым нормируемым значением его снижения в процессе горения лампы.

В целом эффективность люминофоров и люминесцентных ламп на их основе определяется таким фундаментальным понятием как квантовая природа и спектральные аспекты процесса фотолюминесценции, электронное и физико-химическое строение кристаллических люминесцирующих веществ, а также физическими процессами в плазме газовых разрядов. Исследуя возможности повышения эффективности фотолюминесценции при создании новых источников света, целесообразно раздельно рассмотреть влияние основных факторов, не упуская, однако, из вида их взаимную связь.

Выход свечения люминесценции определяется квантовым и энергетическим выходами, которые соответствуют первому и второму законам фотолюминесценции, наиболее строго сформулированным

С.И. Вавиловым [3,4]. Данные закономерности оказывают определяющее влияние на эффективность создаваемых люминесцентных источников света. Так при соответствующем выборе физико-химического строения применяемых люминофоров возможно получение больших величин квантового выхода, близких к 1, что в люминесцентных лампах может обеспечить высокие значения КПД преобразования возбуждающего излучение разряда в фотолюминесценцию. Из второго закона фотолюминесценции следует, что энергия испускаемого кванта, как правило, меньше энергии поглощаемого.

Получаемое излучение лежит в более длинноволновой области спектра, что вызывается безызлучательным переходом части энергии, поглощаемой люминофором, в тепло (так называемые стоксовские потери). В связи с этим уменьшение спектрального интервала между длинами волн возбуждающего и испускаемого излучения может обеспечить рост энергетического выхода люминесценции за счет снижения безызлучательных потерь энергии. В реально существующих люминесцентных лампах для возбуждения люминофоров используются резонансные линии ртути 254 нм и Хя=185 нм), в связи с чем при преобразовании поглощенного ультрафиолетового излучения в видимое теряется от 30 до 50 % энергии возбуждающего излучения. Таким образом, для люминофоров целесообразно приближение длины волны возбуждающего излучения к средней взвешенной длине волны спектра излучения люминофора. Основные люминофоры, применяемые при производстве люминесцентных ламп, были разработаны с учетом использования УФ-излучения ртутного разряда низкого давления. Люминофоры обладают высоким коэффициентом поглощения для резонансных линий ртути, однако из-за стоксовских потерь получаемые значения энергетических выходов люминесценции достаточно низки (т]э -0,4), что является возможным резервом повышения КПД люминесцентных источников света.

В настоящее время разработано большое количество ламповых люминофоров (порядка сотен марок [5, 6]), представляющих собой как однокомпонентные люминофоры, так и многокомпонентные люминофорные смеси. На их основе создана достаточно широкая номенклатура люминесцентных ламп для промышленного освещения, освещения общественных зданий и сооружений, а также жилых помещений. Генерируемый ими световой поток составляет около 85 % от общего потока, используемого в осветительных установках. Это прежде всего лампы общего освещения ЛД, ЛХБ, ЛБ и ЛТБ, воспроизводящие естественный свет в различных видах и созданные на основе галофосфата калия (ГФК), активированного сурьмой и марганца [5, 6]. Стандартные лампы с ГФК, обладая достаточно большими световыми отдачами, имеют недостатки в качестве цветопередачи. К лампам с улучшенной цветопередачей относятся типы ЛДЦ, ЛХЕЦ, ЛЕЦ и ЛТБЦ, обеспечивающие повышение комфортной световой среды при освещении предприятий торговли, квартир, а также используемые при производственном контроле цветных изделий и др. В них применяются смеси, состоящие из нескольких люминофоров (от двух до четырех), что обеспечивает получение более широких спектральных областей излучения ламп и улучшение качества цветопередачи. Однако при этом имеет место снижение светоотдач ламп. Позднее в люминесцентных лампах «нового поколения» началось использование редкоземельных узкополосных люминофоров (УПЛ). Спектр излучения ламп состоит из трех узких полос в синей, зеленой и красной зонах спектра. При этом возможно получение достаточно хорошей цветопередачи при сохранении высоких значений светоотдач [7].

В целом, в результате длительной работы по совершенствованию люминофоров, технологии их производства и применения, исследованиям ртутных разрядов низкого давления, а также совершенствованию конструкции узлов ламп эффективность и надежность люминесцентных ламп доведены до высокого уровня. Так для люминесцентных ламп общего назначения за период применения наиболее массового люминофора - галофосфата калия в отечественной промышленности с 1954 по 1981 годы начальный световой поток стандартных ламп ЛБ 40 возрос с 1900 до 3200 лм, а срок службы с 3 до 12 тысяч часов [8]. Однако в процессе развития был выявлен принципиальный недостаток стандартных люминесцентных ламп [3, 8], заключающийся в сравнительно малых мощностях в разряде, малых яркостях ламп и, соответственно, необходимых больших габаритных размерах (особенно длина) и высокой материалоемкости, как самих ламп, так и светильников на их основе. Получение высоких уровней освещенности на рабочих поверхностях с такими лампами затруднено и требует значительных затрат.

Например, яркости обычных осветительных ламп накаливания выше яркостей стандартных люминесцентных ламп примерно на два порядка, однако при этом их средний срок службы существенно уступает люминесцентным лампам (в 13-15 раз).

Известны исследования по увеличению яркости люминесцентных ламп за счет повышения удельных электрических нагрузок в лампах [9, 10]. Однако простое повышение мощности в лампах путем увеличения силы тока достаточно быстро приводит к падению выхода резонансного излучения в ртутном разряде и существенному падению светоотдачи люминесцентных ламп.

В результате был выбран путь повышения удельных электрических нагрузок за счет уменьшения диметра разрядной трубки ламп и, соответственно, увеличения градиента потенциала напряжения при сохранении условий разряда, соответствующих высокому выходу резонансного излучения ртути.

В 80-е годы были созданы энергоэкономичные люминесцентные лампы с диаметром разрядной трубки 26 мм вместо 38 мм у стандартных ламп. При соответствии рабочих токов и напряжений параметрам стандартных ламп удельные электрические нагрузки были повышены ~ на 30 %. Наиболее значимые результаты в этом направлении получены фирмами Osram и Phlips в последние годы при создании нового поколения «тонких» люминесцентных ламп с диаметром разрядной трубки 16 мм [10].

При этом был обеспечен дальнейший рост удельных электрических мощностей до двух раз, а также достигнуто дальнейшее повышение световых характеристик ламп. Следует заметить, что уменьшение диаметра трубки люминесцентной лампы одновременно может обеспечить некоторый рост КПД светильника за счет снижения потерь на экранировку выходящего из светильника светового потока самой лампой, а также возможность использования более точной зеркальной оптики. Однако дальнейшие возможности по совершенствованию линейных люминесцентных ламп и светильников на их основе за счет уменьшения диаметра трубки колбы в настоящее время практически исчерпаны.

В осветительных установках используются многоламповые светильники (до 4-х ламп), объем которых плотно заполнен, как самими лампами, так и отражающими элементами, устанавливаемыми раздельно для каждой лампы, что приводит к сложной компоновке световых приборов и существенным световым потерям.

Начиная с высоты помещений Ь>4м, необходим переход к светильникам с люминесцентными лампами больших мощностей (60 и 80 Вт), длина которых увеличивается в 2-2,5 раза (до 1,5-2 метров), что ведет к увеличению материалоемкости, усложняет строительные решения и эксплуатацию осветительных установок.

В связи с этим в ряде работ при участии диссертанта [11, 12, 13] показано, что дальнейшее заметное совершенствование люминесцентных ламп и световых приборов на их основе возможно только при переходе к люминесцентным лампам, работающим на новых физических принципах, а именно к безэлектродным лампам с высокочастотным возбуждением разряда. При этом может достигаться повышение удельных электрических нагрузок в лампах с большими диаметрами разрядных трубок при одновременном увеличении градиента потенциала и тока в разряде, что обеспечивает сохранение высокого выхода резонансного излучения. Повышение удельных электрических нагрузок достигается путем использования нового метода введения энергии в разряд за счет высокочастотных полей возбуждения. Требуемые условия в разряде могут обеспечиваться использованием иных буферных инертных газов с меньшей атомной массой при оптимальном давлении, а также ростом электронной температуры, уменьшением концентрации электронов, снижением роли тушащих соударений и ступенчатого возбуждения, что соответствует повышению относительного выхода резонансного излучения ртутного разряда. Для оценки данного предложения необходимо последовательно рассмотреть возможную эффективность люминесцентных высокочастотных ламп, которые в связи с иными техническими решениями по введению электрической мощности в разряд могут существенно отличаться излучательной способностью, световой эффективностью, формой и габаритами разрядных объемов и в связи с этим возможностями лучшего согласования с параметрами рациональных светооптических систем создаваемых световых приборов.

Как известно, для традиционных источников света одним из основных факторов, ограничивающих срок службы и эксплуатационные возможности, является долговечность электродов, их дезактивация и распыление. В связи с этим достаточно давно предпринимались попытки отказаться от применения электродов и возбуждать безэлектродный разряд в газовых средах с помощью высокочастотных электромагнитных полей. По имеющим данным первые успешные опыты в этом направлении проводил Г.И. Бабат в 1940-41 г. на заводе «Светлана» [15].

Выполненный анализ научных публикаций и патентов (глубина поиска 25 лет, более 120 названий) позволил выявить состояние развития и недостатки, а также пути повышения эффективности использования безэлектродных высокочастотных разрядов и световых приборов на их основе.

Принято делить безэлектродные разряды по величине давления буферных газов и паров светоизлучающих добавок в рабочем состоянии (разряды низкого (НД) и высокого (ВД) давления), а также по диапазону частот, возбуждающих электромагнитных полей и типу разряда, который преимущественно обеспечивает передачу мощности в плазму [16-18]. При этом выделяются высокочастотные разряды (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) разряды. По типу разряда безэлектродные разряды возможно разделить на: емкостные безэлектродные разряды, или Е- разряды, создаваемые электрическим полем напряженностью Е, когда ток проводимости в разряде не замкнут и существует в виде тока смещения; индуктивные кольцевые безэлектродные разряды, или Н- разряды, вызываемые переменным магнитным полем, в которых элементарные токи проводимости замкнуты сами на себе.

На протяжении длительного времени (с 60-х до конца 80-х годов прошлого века) развитие безэлектродных высокочастотных ламп происходило в направлении использования горелок в виде прозрачных замкнутых объемов. При этом энергия вводилась в разряд посредством внешнего многовиткового индуктора, охватывающего горелку и подключаемого к ВЧ- генератору.

Известны экспериментальные данные по использованию ряда буферных газов (аргон, криптон и ксенон) и излучающих веществ в виде ртути и других светящихся добавок, в том числе металлогалогенов натрия или лития, талия, индия и др. [19-24]. При выборе наполнения горелок должны также учитываться вопросы зажигания и поддержания разряда, имеющие свою специфику для безэлектродных разрядов в связи с отсутствием эмиссионных электродов [25-29].

Для рассмотренных вариантов высокочастотных ламп наличие внешнего индуктора приводит к значительным потерям светового потока, генерируемого плазмой горелки. В связи с этим большое число патентов [31, 32, 33, 34] посвящено попыткам уменьшить степень экранировки излучения разряда индуктором. Конструктивное исполнение узлов лампы, формирующих электромагнитное поле в объеме горелки, форма и размеры не должны искажать требуемый вид светораспределения, а также вызывать потери светового КПД прибора за счет экранировки выходного светового потока конструкцией лампы.

Следует отметить, что приведенные материалы для конструкций с внешним расположением индуктора относятся к лампам высокого давления (10*103-70*103 Па) при достаточно больших входных мощностях горелок (200 -300 Вт). Результаты их исследований дали обширный материал для понимания физических явлений в безэлектродных разрядах и оценки работоспособности конструкций ламп. Однако, практического внедрения данный вид безэлектродных высокочастотных ламп не получил.

Практическое внедрение было получено в области безэлектродных люминесцентных ламп, которые представляют собой лампы низкого давления с соленоидным индуктором (люминесцентные БИЛ), который расположен в центре внешнего по отношению к нему разрядного объема (стеклянной колбы лампы) [17, 18]. Колба покрывается изнутри слоем люминофора и наполняется смесью инертных газов и небольшим количеством ртути. Механизм возникновения видимого излучения люминофора аналогичен механизму обычных люминесцентных ламп. Фирмой Philips с 1993 г. выпускаются такие лампы (QL) мощностью 55 и 85 Вт со светоотдачей 64-70 лм/Вт и предельно большим сроком службы (порядка 60 тыс. часов). Однако, при столь высоких параметрах объемы выпуска ламп QL растут медленно. Принципиальным недостатком конструкций безэлектродных ВЧ ламп с центральным расположением индуктора является ограниченность объема, в котором эффективно возбуждается высокочастотный разряд. В 1997-1999 годах фирмой Osram создана безэлектродная люминесцентная лампа, в которой разряд имеет форму замкнутого витка, наподобие сплюснутой баранки, и поддерживается за счет ВЧ электромагнитного поля, создаваемого двумя соленоидами на кольцевых замкнутых ферритовых сердечниках, которые в виде двух колец плотно охватывают разрядную трубу с противоположных сторон. Такая конфигурация позволяет эффективно возбуждать ВЧ- разряд в кольцевых лампах большой длины и диаметра и, таким образом, достигать больших мощностей при достаточно компактной форме. В публикациях [28, 29] приведены данные о зависимости выбираемых частот возбуждения разряда в люминесцентных БИЛ от конструкции индуктора, его индуктивности и максимальной индукции, а также о возможных вариантах наполнения колб и их влиянии на величину напряжения на разряде и особенностях зажигания разрядов.

ВЧ-лампы с индукционным возбуждением разряда работают в диапазоне сравнительно низких частот возбуждения 0,25 - 2,65 МГц. Дальнейшее повышение удельных нагрузок возможно при увеличении частоты возбуждения разряда на порядок и более. В связи с этим имелись попытки перейти к емкостному возбуждению разряда.

Так в патентах [35, 36] используются горелки в виде короткой трубки, на торцевых концах которой закреплены спирализованные колпачки (внешние электроды), на которые подается высокочастотное питание.

Переход к емкостному возбуждению ВЧ- разрядов кажется перспективным, однако использование этого способа возбуждения безэлектродных разрядов практически не исследовано.

Применительно к безэлектродным разрядам, возбуждаемым СВЧ-полями, известны случаи их успешного применения в качестве интенсивных источников УФ излучения в различных промышленных фотопроцессах [37, 38].

Горелки СВЧ ламп имеют цилиндрическую или сфероидную форму. Питание ламп осуществляется на частоте 2,45 Гц и способы введения электромагнитной энергии в разряд соответствуют типичной СВЧ-технике, т.е. это применение волноводных систем, объемных резонаторов, магнетронов и т.п. Возможно, наполнение горелок от чисто ртутного, ртутного с галогенами, до металлогалогенных наполнений с инертными газами. В начале 90-х годов фирмой Fusion Lighting, США опубликованы данные об уникальных световых характеристиках СВЧ-плазмы в парах серы при высоком давлении (порядка атмосферы) [17]. В отличие от известного спектра серы при низком давлении (десятки мм. рт. ст.) с малым выходом видимого излучения серные СВЧ лампы дают непрерывный спектр, в котором до 80% приходится на видимую область, и обеспечиваются весьма высокие значения световых отдач, достигающих 100- 120 лм./Вт. Так как СВЧ- разряд в парах серы ВД практически не взаимодейсвует с горячим кварцевым стеклом горелки, лампа может работать десятки тысяч часов. Мощности СВЧ - БЭЛ обычно составляют около 1000 Вт.

Фирма Fusion Lighting в 1994 - 1995 годах начала выпуск СВЧ-лампы Solor -1000 и их использование в составе мощных световых приборов, в том числе совместно с полыми протяженными световодами в показательных осветительных установках, в том числе у штаб- квартиры Министерства энергетики США (г. Вашингтон), в научном аэрокосмическом музее (США) и др. Однако практика их применения показала, что общие потери в системах, обеспечивающих работу собственного СВЧ - разряда (система принудительного воздушного охлаждения магнетронов, волноводная система, блок воздушного охлаждения и вращения кварцевой горелки, система защиты от выхода СВЧ - излучения в окружающее пространство), достигают 37% от потребляемой из сети мощности. В ближайшее время вряд ли удастся добиться существенного снижения потерь. В связи с этим в 1999 г. фирма Fusion Lighting прекратила выпуск ламп Solor-1000 и ушла с рынка [17].

В России более 20 лет назад во ВНИСИ [16, 18], ВНИИИС (г. Саранск), а позднее в ВЭИ были начаты исследования безэлектродных разрядов, созданы образцы безэлектродных ламп. Однако, эти работы не получили необходимого развития в связи с ограниченным финансированием, в результате чего в нашей стране безэлектродные лампы и тем более световые приборы на их основе в настоящее время не производится. В 2002 году работы возобновлены в порядке выполнения важнейших конкурсных НИОКР, заданных Минпромнауки России по «критическим технологиям».

Результаты выполненного анализа и возможные технические характеристики базовых вариантов безэлектродных источников света при возбуждении разрядов электромагнитными полями обобщены в табл. 1. Представленные данные характеризуют процесс возникновения нового весьма перспективного вида источников света, в которых энергия вводится непосредственно в разряд с помощью высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых сложными электронными устройствами питания. Практическая реализация подобных систем стала технически возможной и экономически оправданной в начале 90-х годов прошедшего века благодаря, в основном, прогрессу в области электронной техники. Как следует из табл. 1, безэлектродные высокочастотные лампы могут обеспечить высокий выход излучения в световой и иных зонах оптического диапазона спектра. При этом основными преимуществами люминесцентных БИЛ являются их предельно большие сроки службы (до 60 тыс. час.). Люминесцентные БИЛ с шаровой колбой перспективны для использования в светильниках прямого света, например для акцентированного освещения в административных и общественных зданиях, и уже получили достаточно широкое применение [18,39]. Люминесцентные БИЛ с горелкой в виде замкнутого витка [17] перспективны для совершенствования люминесцентных светильников. Этот вид люминесцентных БИЛ может иметь наибольшие номинальные мощности ламп за счет использования высоких удельных нагрузок в разряде, а также обеспечить увеличение яркости ламп и сокращения их габаритов.

Таблица 1

Технические характеристики базовых вариантов безэлектродных источников света при возбуждении разрядов электромагнитными полями

Способ передачи мощности в безэлектродный разряд, тип источника света Узел возбуждения разряда Частота возбуждения разряда Форма и наполнение горелки КПД передачи мощности в системе «узел возбуждение-разряд» Стадия осуществления, особенности применения

1 2 3 4 5 6

1 .Индукционный, люминесцентные БИЛ с шаровой колбой Солиноидальный индуктор внутри колбы, размещенный в изолированной полости 2,65;13,56МГц, высокочастотн ый разряд. Шаровая колба с люминофорным покрытием, наполнение-ртуть и инертный газ (аргон,) Р=60-130 Па. 0,5-07 Внедрены серийно, люминесцентные БИЛ типаС>ЦРЫНр8.Голлан дия) ,1991-1993г.г. Замена ламп ДРЛ и КЛЛ.

2.Индукционный, люминесцентные БИЛ с горелкой в виде замкнутого витка Трансформаторное устройство с тороидальными ферритовыми индукторами на горелке, имеющей вид замкнутого плазменного витка 66-440 Кгц, разряд повышенной частоты Овальное кольцо из трубки большого диаметра и длины, Наполнение- амальгама ртути и инертный газ, Р= 25 Па. 0,9-1,0 Внедрена, люминесцентная БИЛ мощностью 150 Вт типа Endura Osram., 1997-99г.г;замена многоламповых люминесцентных светильников

З.Индкуционный, неоновые БИЛ для световой сигнализации Стержневой ферритовый индуктор при внешнем расположении плазменного объема 2,65МГц, высокочастотн ый разряд Горелка в виде коаксиального цилиндра, наполнение - неон 650-1300 Па. 0,8-0,9 Стадия патентования в России, для светосигнальных огней красной цветности

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

4.Индукционный, газоразрядные БИЛ высокого давления и большой мощности. Солиноидальный индуктор, расположенный поверх плазменного объема 13,5 6МГц высокочастотн ый разряд А. Квазишаровая горелка Наполнение: ксенон, Р=6,5*104 Па ,и иодиды натрия и хлорида церия Б тонкостенный цилиндр, наполнение: ксенон и металлогалогеные соединения 0,5 0,7 Исследования, 1975-85г.г. Мощности БИЛ 100-1000Вт. Промышленные фотопроцессы, ультрафиолетовое облучение.

5.Индукционный или емкостной, газоразрядные неоновые БЭЛ для световой сигнализации. А. Тороидальный или стержневой ферритовый индуктор. Б. Проводящие обкладки емкости (одна полупрозрачная), между которыми заключен плазменный объем. 250- 1000 КГц 13,56-81 МГц Высокочастотн ый разряд. А. Тороидальная (кольцевая) горелка или горелка в виде полого диска Наполнение: неон Р=1300Па, Б. Горелка в виде кооксионального цилиндра. Наполнение -неон, Р=650 Па. 0,5 0,8 Патентование в России с участием диссертанта; получение направленного конусного светового пучка для светосигнальных огней. б.Сверхвысокочастотн ые БЭЛ высокой интенсивности. Система волноводного типа с СВЧ- резонатором. 915 МГц-2,45 ГГц, сверхвысокоча стотный разряд Сферическая колба диаметром 5-30 мм, наполнение- аргон и пары серы высокого давления (более 105 Па). 0,8 СВЧ-БЭЛ Solor-1000 (Fusion Liqhtinq., США) производилась в 1992-99гг.

Данные п.п. 3 и 5 табл. 1 относятся к возможным вариантам цветных безэлектродных высокочастотных ламп для светосигнальных приборов, в которых в настоящее время используются в большинстве случаев лампы накаливания с цветными колпаками-светофильтрами. В таких приборах потери светового потока достигают 80-85 % в зависимости от требуемого цвета сигнала, а срок службы составляет порядка 500 час (маяки 30J1-2, 30J1-2M и др.), что требует замены ламп накаливания в маяках примерно раз в квартал в условиях труднодоступных высоких сооружений. Таким образом, создание высокоэффективных цветных БЭЛ может существенно повысить энергоэффективность светосигнальных приборов (до 3-х раз). Переход от индукционных способов передачи мощности к емкостным потенциально может обеспечить более высокие удельные нагрузки в безэлектродной плазме и повышение КПД в диапазоне частот 30-100 МГц в связи с большой концентрацией энергии электромагнитных полей в объеме горелки. Однако процессы в безэлектродной плазме емкостных разрядов мало изучены.

Газоразрядные БИЛ высокого давления и больших мощностей (п.4 табл.1) могут обеспечить получение высокотемпературных безэлектродных разрядов в газах, парах и их смеси для различных веществ от простейших (Hg или S2) до многокомпонентных металлогалогенных соединений. Исследования в этом направлении являются актуальными и могут обеспечить конкуренцию с современными газоразрядными лампами.

При выполнении необходимых комплексных исследований и конструкторских разработок по большинству из представленных в табл. 1 направлений создания безэлектродных источников света с ВЧ и СВЧ возбуждением разрядов могут быть получены значительные научные и практические результаты. Однако наиболее актуальным, по нашему мнению, является научно-техническое направление по созданию люминесцентных безэлектродных источников света с горелками в виде замкнутого плазменного витка и индукционным возбуждением высокочастотных разрядов с помощью тороидальных ферритовых индукторов (рис. 1). При этом может достигаться эффективное возбуждение ВЧ-разрядов в витках различной длины при разных диаметрах разрядов и обеспечиваться получение больших мощностей в лампах при достаточно компактной их форме. Светильники с такими люминесцентными БИЛ перспективны для использования в осветительных установках общего освещения с большой установленной мощностью. Применение при этом указанных новых физических принципов возбуждения разрядов может обеспечить совершенствование разрядных сред, оптимизацию используемых в лампах люминофорных слоев, получение предельно больших сроков службы (до 60 ООО час.) в связи с отсутствием электродов, что, в целом, может существенно повысить энергоэффективность и экономичность люминесцентных ламп. В России на цепи освещения расходуется порядка 15 % всей вырабатываемой электроэнергии (около 120 млрд. кВт. ч. в год), причем около половины используется для освещения с помощью люминесцентных ламп. При увеличении энергоэффективности создаваемых новых люминесцентных БИЛ примерно на 10 % по сравнению со стандартными люминесцентными лампами возможна экономия расходов на освещение в размере порядка 12 млрд. руб. в год. Одновременно в связи с уменьшением вырабатываемой для освещения электроэнергии могут быть существенно снижены вредные выбросы в атмосферу (двуокись углерода и серы, окись азота и тяжелых металлов) [40]. При указанной экономии электроэнергии ежегодное сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ может составить 265 тыс. тонн. При этом может быть внесен существенный вклад в проблему сохранения устойчивой и экологически чистой среды обитания и выполнение обязательств по сокращению вредных выбросов в атмосферу, в том числе по недавно ратифицированному Россией «Киотскому протоколу». В соответствии с этим целью работы является исследования световых КПД, цветности излучений и качества цветопередачи люминофоров и люминофорных смесей при возбуждении высокочастотными ртутными разрядами низкого давления (НД) и их оптимизация, обеспечивающая создание высокоэффективных люминесцентных безэлектродных ламп и световых

Феррит Магнитное поле Люминофор Колба

Рис.1. Принципиальное устройство люминесцентной ВЧ-лампы приборов на их основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач, включая:

- определение критериев оценки и технических возможностей люминофоров на основе требуемых спектральных и цветовых характеристик высокочастотных люминесцентных ламп, разработка методов, алгоритмов и программ их компьютерных расчетов;

- исследование спектральных и колориметрических методов определения световой эффективности, цветности и качества цветопередачи люминофоров и люминофорных смесей в условиях возбуждения высокочастотными ртутными разрядами НД на основе их компьютерных расчетов;

- повышение световой эффективности используемых люминофорных смесей за счет оптимизации соотношения долей энергетических потоков излучения цветных люминесцентных компонентов в общем спектре излучения смеси;

- исследование физических процессов и оптимизация электрических и излучательных характеристик высокочастотных ртутных разрядов низкого давления, возбуждающих фотолюминесценцию;

- определение технических возможностей, световой отдачи и экономической эффективности оптимального параметрического ряда создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп и светильников для общего люминесцентного освещения на их базе.

При этом направление диссертационной работы соответствует критическим технологиям федерального уровня 3.3.6 «технологии новых поколений, повышающие производительность, энерго- и ресурсосбережение» и 3.6.5 «промышленная экология».

Общие выводы

1. Эффективность люминофоров и люминесцентных ламп на протяжении длительного периода развития достигла высокого уровня, однако в настоящее время возможности дальнейшего повышения их эффективности во многом исчерпаны. По результатам анализа научных публикаций и патентов показана перспективность развития научно-технического направления по созданию безэлектродных люминесцентных источников света, в которых энергия вводится в разрядную плазму с помощью высокочастотных электромагнитных полей.

2. В связи с определяющей ролью фотолюминесценции в процессе двойного преобразования подводимой к лампе электрической энергии, включая ее преобразование в излучение ртутного разряда и затем в выходящее излучение люминофора, выявлена необходимость выполнения многовариантных расчетных исследований основных характеристик люминофоров при их работе в составе высокочастотных люминесцентных ламп. В соответствии с закономерностями спектрального преобразования излучения при фотолюминесценции и основными положениями колориметрической системы МКО 1931 г., в качестве основных технических характеристик, определяющих эффективность люминофоров, выбраны световая эффективность, средняя взвешенная длина волны спектра излучения, координаты цветности и коррелированная цветовая температура, а также общий индекс цветопередачи. Разработаны методы и расчетные выражения, а также методика, алгоритмы и программа компьютерных расчетов указанных характеристик.

3. На основании полученных расчетных характеристик, результатов анализа физико-химического строения и эксплуатационной стойкости существующих групп люминофоров обоснована целесообразность использования в высокочастотных люминесцентных лампах люминофорных смесей на основе редкоземельных узкополосных цветных компонентов

ФЛ-543-1, ФЛ-612-1 и ФЛ-447. При этом излучательные характеристики указанных компонентов устойчиво сохраняются при изменении условий их работы в лампах, что обусловлено особенностями электронных переходов, связанных с термами внутренней электронной оболочки 4f в ионах редких металлов, хорошо защищенной от внешних воздействий.

4. С целью получения объективных общих закономерностей для основных технических характеристик редкоземельных люминофоров разработан метод определения оптимальных теоретических люминофорных смесей, обеспечивающих получение излучений с цветностями, нормируемыми по ГОСТ 6825-95. При этом на основании векторного изображения цветов в колориметрической системе XYZ МКО и закономерностей аддитивного сложения цветов указанных люминофорных компонентов расчетным путем определяются спектральные характеристики излучения оптимальных теоретических люминофорных смесей, а также соотношения энергетических потоков люминофорных компонентов в потоке излучения люминофорных смесей для нахождения соотношений объемных или весовых долей люминофорных компонентов в изготавливаемых люминофорных смесях.

5. Для оптимальных теоретических люминофорных смесей и существующих люминесцентных ВЧ-ламп получены расчетные данные о световых эффективностях, цветностях излучения и качестве цветопередачи, оценено их соответствие нормируемым параметрам. Определены также возможности повышения световых эффективностей редкоземельных люминофорных смесей на 16-17% за счет допустимых отклонений их цветностей от нормируемых значений при сохранении требуемого качества цветопередачи, что может обеспечить получение значительного экономического эффекта с учетом массового характера применения средств люминесцентного освещения.

6. Для исследования спектральных характеристик излучения люминесцирующих веществ, в том числе редкоземельных узкополосных люминофоров, усовершенствована методика измерений и создана автоматизированная лазерная установка для измерения тонкоструктурных спектров возбуждения и излучения в сверхзвуковой газовой струе. Таким образом обеспечена возможность проведения экспериментальных исследований для получения оптимальных люминофоров на базе новых узкополосных люминофорных компонентов, а также исследований возбуждения люминесценции излучением нетрадиционных газоразрядных сред.

7. Выполнены исследования эффективности физических процессов, электрических и излучательных характеристик высокочастотных ртутных разрядов низкого давления, возбуждающих фотолюминесценцию. Показана применимость существующей теории ртутных разрядов НД, разработанной для разрядов на промышленной частоте и постоянном токе, для случая высокочастотных разрядов, включая напряженности поля в безэлектродных лампах, а также электронные температуры и концентрацию электронов. Экспериментальными измерениями подтверждена также возможность получения высоких выходов излучения основных резонансных линий для высокочастотных ртутных разрядов НД при создании оптимальных условий разрядов. Показано, что переход к высокочастотному возбуждению соответствует получению высоких удельных электрических нагрузок в ртутных разрядах НД при больших диаметрах разрядных трубок за счет резкого увеличения разрядных токов, что обеспечивает новый путь создания энергоэффективных высокочастотных люминесцентных ламп больших единичных мощностей при уменьшенных габаритных размерах кольцевых горелок ламп.

8. Показано, что при использовании в создаваемых ВЧ-лампах оптимальных теоретических люминофорных смесей получаемые величины световых отдач будут близки к соответствующим параметрам современных энергоэффективных электродных люминесцентных ламп. При этом координаты цветности будут с высокой точностью совпадать с нормируемыми значениями, а общие индексы цветопередачи соответствовать обеспечению высокого качества цветопередачи. При использовании предложенных редкоземельных люминофорных смесей с повышенными световыми эффективностями за счет допустимых отклонений их цветностей от нормируемых значений, световые отдачи ВЧ-ламп могут быть увеличены примерно на 14% при сохранении требуемого среднего уровня цветопередачи, что соответствует получению значительного экономического эффекта.

9. Выполнены расчетные исследования зависимости цветности излучений ВЧ-ламп от длины волны излучения видимых линий ртутного разряда. Показано резкое влияние ртутной линии Х= 436 нм в связи с ее близостью к максимуму спектральной чувствительности синих цветовоспринимающих рецепторов среднего глаза. В связи с этим с поставщиками люминофоров для ВЧ-ламп должны уточняться технические условия с внесением в паспорта соответствующих координат цветности для поставляемых редкоземельных люминофорных смесей, на основании расчетов соотношений энергетических потоков и долей цветных люминофорных компонентов.

10. Выполненный анализ СНиП 23-05-95 в части норм и правил искусственного освещения показал, что основным назначением создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп должно являться общее освещение в установках промышленного назначения, а также освещение административных и общественных зданий. Показана целесообразность создания люминесцентных ВЧ-ламп цветности ЛХБ цветового тона ЛЕЦ, который соответствует естественному цвету с правильной цветопередачей, а также цветности ЛТБ цветового тона тепло-белого света с цветопередачей, приближающейся к привычному освещению с помощью ламп накаливания.

11. На основании расчетов требуемых световых потоков светильников с образцовыми типами кривых сил света для диапазона высот подвеса 2,5-6 м при оптимальном относительном размещении светильников выбран ряд номинальных мощностей создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп, соответствующий значениям 70, 100, 150, и 200 Вт.

12. Изготовлены лабораторные и макетные образцы безэлектродных люминесцентных ВЧ-ламп, проведены их экспериментальные исследования, которые в целом дали положительные результаты. При этом отмечено повышение температур на горелках ламп относительно оптимальной температуры, соответствующей максимальному выходу излучения резонансных линий ртутного разряда НД. В этой связи показана перспективность применения в ВЧ-лампах амальгам ртути, имеющих более низкую упругость паров ртути, соответствующую обеспечению максимальной световой отдачи при более высоких температурах амальгамы, а также слабую зависимость давления паров ртути от температуры амальгамы при изменении окружающих температур. Приняты меры по организации разработки и последующего использования амальгам ртути в отечественных люминесцентных лампах.

13. Определен размерный ряд световых приборов, разрабатываемых на базе указанных типономиналов создаваемых люминесцентных ВЧ-ламп. Разработаны методы расчета оптимальных светооптических систем светильников. Выполнены светотехнические испытания создаваемых светильников, включая класс светораспределения, КПД светильников и тип получаемых кривых сил света.

14. Предложенный ряд создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп и рациональных светильников на их базе может обеспечить создание оптимальных осветительных установок практически во всем диапазоне высот помещений (2,5-6 м), в которых используется общее люминесцентное освещение. При этом будут реализованы преимущества высокочастотных безэлектродных люминесцентных ламп, включая предельно высокие сроки службы (60-100 тыс. часов), возможность установки светильников в труднодоступных для обслуживания местах и снижение эксплуатационных затрат на обслуживание при меньшей сменяемости ламп. Перспективен также переход к светильникам с одноламповой схемой при использовании ВЧ-ламп больших мощностей взамен существующих многоламповых светильников, что может обеспечить сокращение габаритов светильников до размера стандартного модуля современных подвесных потолков помещении (600x600 мм).

15. Перспективность внедрения осветительной техники на базе создаваемых высокочастотных люминесцентных ламп подтверждена расчетами их технико-экономической эффективности на основе оценки окупаемости годовых приведенных затрат. Показана также возможность получения значительного эффекта экологического и социального характера по сохранению устойчивой и чистой среды обитания, что может способствовать выполнению обязательств по сокращению вредных выбросов в атмосферу, включая недавно ратифицированный Россией «Киотский протокол».

1. Вавилов С.И. Собрание сочинений. М.: Изд. АН СССР, 1952. -Т. II.-548 с.

2. Клярфельд Б.Н. Положительный столб газового разряда и его использование для получения света // Труды ВЭИ. 1940. - Вып. 41. -С.165-235.

3. Левшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ. -М.-Л.: Госиздат, 1951.-456 с.

4. Борисевич Н.А. Возбужденное состояние сложных молекул в газовой фазе. Минск: Наука и техника, 1967. - 247 с.

5. Гугель Б.М. Люминофоры для электровакуумной промышленности. М.: Энергия, 1967. - 342 с.

6. Марковский Л.Я., Пекерман Ф.М., Петошина Л.Н. Люминофоры. -М.-Л.: Химия, 1966.-231 с.

7. Мешков В.В. Основы светотехники.-М.: Энергия, 1979. -367 с.

8. Рохлин Г.Н. Газоразрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.-719с.

9. Весельницкий И.М., Боос В.Г. К вопросу о предельных нагрузках в люминесцентных лампах // Светотехника. 1966. -№ 10. - С. 11-16.

10. Альберген В., Ланге X. Новое поколение люминесцентных ламп и проблемы их эффективного применения // Светотехника. 1997. - № 1. -С.13-16.

11. И. Юшков Д.Д., Прикупец Л.Б. Безэлектродные ВЧ-лампы низкого давления: исследования и разработки, нацеленные на практическое применение // Тезисы докладов V Международной светотехнической конференции. Санкт-Петербург, 2003. - С.60-61.

12. Юшков Д.Д., Водоватов Л.Б. Распределение концентрации электронов при диффузном режиме безэлектродного разряда. Оценкаэлектронной температуры // Тезисы докладов V Международной светотехнической конференции. Санкт-Петербург, 2003. - С. 150-151.

13. Водоватов Л.Б. Повышение эффективности процессов фотолюминесценции применительно к новым энергоэкономичным источникам света //Полиматериалы 2003: Материалы Международной научно-технической конференции. - М., 2003. -Ч. 2. - С. 141-146.

14. Бобат Г.И. Безэлектродные разряды и некоторые связанные с ними вопросы // Вестник электропромышленности. 1942. - №2 - С. 11-18.

15. Троицкий A.M., Юшков Д.Д. Определение параметров безэлектродного разряда // Светотехника. 1984. - № 11. - С.6-7.

16. Рохлин Г.Н. Дуговые источники света 200 лет. М.: Вигма, 2001.69 с.

17. Юшков Д.Д. Исследование и создание безэлектродных газоразрядных ламп низкого давления: Дис. . канд. техн. наук М.: ВНИСИ, 1985.- 149 с.

18. Басов Ю.Г. Источники оптической накачки на основе высокочастотного разряда (обзор) // Радиотехника и электроника. 1989-Т.34, №9. - С. 1793-1808.

19. Юшков Д.Д. Безэлектродные источники света // Светотехника. -1984.-№ 2. С. 11-14.

20. Levine L.S. Ultraviolet curing using electrodeless lamps / Raditial physics and Chemistry. 1977 - V.9. - P.819-829.

21. Magome K, Komura H. Microwavedischage lighting equipment // Mitsubishi Elec. Adv. -1985- V.30. P. 1-3.

22. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980-415с.

23. А.с. 1156168 СССР. Безэлектродная люминесцентная лампа / A.M. Троицкий, В.В. Федоров, Д.Д. Юшков // Б.И. 1984. - №5.

24. Pat. 6.522.965 USA. Electrodeless fluorescent lamp with low wall loading.-2002.

25. Pat. 6.531.934 USA. Dielectric resonator, dielectric filter, dielectric duplexer, oscillator, and communication device. 2002.

26. Pat. 6.522.085 USA. High light output electrodeless fluorescent closed -loop lamp. 2002.

27. Pat. 6.522.084 USA. Electrodeless discharge lamp operating apparatus.2002.

28. Шлифер Э.Д. Безэлектродные СВЧ-газоразрядные лампы / Под ред. Ю.Б. Айзенберга // Энергосбережение в освещении. М.: Знак, 1999. - 250 с.

29. Pat. 6.803.724 USA. Electrodeless lamp and lamp bulb therefor. 2004.

30. Pat. 6.784.619 USA. Electrodeless lighting system.-2003.

31. Pat. 6.774.581 USA. Electrodeless lamp system. 2003.

32. Pat. 6.774.571 USA. Electrodeless lighting system. 2003.

33. Pat. 6.734.638 USA. Electrodeless lighting system. 2003.

34. Pat. 6.700.332 USA. Electrodeless discharge lamp system. 2002.

35. Pat. 6.712.488 USA. Globe type electrodeless lighting apparatus. 2003.

36. Maclennan D.A., Dolan J.J., Ury M.G. New long-lived stable light source for projection-display applications // Society for Information Display International Symposium: Digest of Technical Papers 1992 - V.23. - P.460-463.

37. Ury M.G., Matthews J. C., Wood C.H. New deep ultraviolet source for microlithography // Proc. Soc. photo opt. Instrum. Eng. - Technologies for Mid -Santa Clara, 1982 - P.241-248.1. С/

38. Ван дер Бургт П., Ван Кеменаде И. Компактные встраиваемые светильники прямого света // Светотехника. 1998. - № 1. - С.15-16.

39. Айзенберг Ю.Б., Шахпарунянц Г.Р. О концепции прогноза развития светотехники // Светотехника. 2000. - № 5. - С. 2-4.

40. Stiles W., Burch J. N.P.L. color matching investigation final report 1958 // Optica Acta. - 1959 - V.6. - P.l-14.

41. Мешков В. В., Матвеев А. Б. Основы светотехники. Физиологическая оптика и колориметрия. М.: Энергоатомиздат, 1989. -4.2.-430 с.

42. ГОСТ 23198-94. Лампы электрические. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик. Минск, 1994. - 85с.

43. ГОСТ 6825-74 СТ СЭВ 3181-81. и редакции 91, 95 гг. Лампы люминесцентные ртутные низкого давления. Технические условия. М., 1987.-40 с.

44. Джадц Д., Вишецки Г. Цвет в науке и технике. М.: Мир, 1978.590 с.

45. Справочная книга по светотехнике. М.: Энергоатомиздат, 1995.526 с.

46. СНиП 23-05-95 // Светотехника. 2004. - № 2. - С. 2-40.

47. Скобелев В. М., Афанасьева Е. И. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. -М.: Энергия, 1973. 367 с.

48. Иоффе Р. С., Усвяцова Е. П. Люминесцентные лампы с улучшенной цветопередачей для освещения жилых помещений // Светотехника. 1973. -№5.-С. 10-12.

49. Гугель Б.М., Лапир Е. С. Люминофоры для люминесцентных ламп с улучшенной цветопередачей // Светотехника. 1965. - № 5. - С. 7-11.

50. Мешков В. В. Осветительные установки. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1947.-640 с.

51. Thornton W. A. Luminocity and Color-Rendering Capabilitiy of White Light// J. Opt. Soc. Am.- 1971.- V. 61, № 9.-P. 1155.

52. Haft H. H., Tohrnton W. A. High Performance Fluorescent Lamp // J. Ielum. Eng. Soc. -1972 № 10. - P.29.

53. Бендерская Jl. П., Новикова Г. Н., Ратнер И. М. Фосфат лантана, активированный церием и тербием эффективный люминофор для люминесцентных ламп // Сборник научных трудов ВНИИ люминофоров. -1988.-Вып. 34.-С. 23-26.

54. Девятых Э.В., Скворцова Л.И., Федоренко А.С. Усовершенствование люминесцентных ламп мощностью 8 Вт на основе люминофоров, активированных редкоземельными элементами // Труды ВНИИИС.- 1987-Вып. 19.-С.74-77.

55. ТУ 2661-001-48591565-2000. Люминофор марки ФЛЦК.-Ставрополь: НПФ «Люминофор», 2000. 21с.

56. Люминесцентные лампы с трехполюсным спектром излучения / И.Ф. Голикова, Э.В. Девятых, Ю.А. Мещеряков и др. // Светотехника. -1980. № 10.-С. 15-16.

57. К вопросу о лампах с узкополосными спектрами излучения /Ф.А. Бутаева, И.Н. Дьяконова, Р.С. Иоффе и др. // Светотехника. 1980. -№10. - С.13-14.

58. Каталог фирмы Osram, 2002. 197с.

59. Каталог фирмы Philips, 2001-2002. -351с.

60. Альберсен В., Ланге X. Новое поколение тонких люминесцентных ламп и проблемы их эффективного использования // Светотехника. 1997. -№1. - С.13-16.

61. Измерение времен жизни возбужденного состояния молекул красителей по кривым просветления растворов поляризованным светом / А.В. Маслов, В.А. Петухов, Л.Б. Водоватов и др. // Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 6. - С. 749-757.

62. Додонов В.Ф., Мартынов В.И., Морозова Н.А. Характеристики миниатюрной люминесцентной лампы, работающей на повышенной частоте // Труды ВНИИИС. Саранск, 1989. - Вып. 21. - С.38-43.

63. Девятых Э.В., Иванцева Л.П. Перспективы развития малогабаритных люминесцентных ламп с люминофорными покрытиями на основе редкоземельных металлов // Труды ВНИИИС. 1989. - Вып. 21-С.33-38.

64. Product Information Bulletin, f. Osram.- Silvania, 1999. P. 1-4. 66.SchrodingerE. Grundlinien eine Theoric der Farbenmetrik im Tagesseben

65. Ann. d. Phys. 1920. - №63. - P.481.

66. Mac Adam D. L. Projective transformations of I. С. I. color specifications // JOS A. 1937. - V. 27. - P. 294.

67. Wright W. The sensitivity of the eye to small colour differences // Proc. Phys. London. 1941. - V. 53. - P.93.

68. Бляхман Э.А., Ратнер И.М., Халуповский М.Д. Выбор люминофоров для люминесцентных ламп низкого давления // Светотехника. 1976. -№ 4. - С.16-18.

69. Спектры излучения мощных светодиодов белого свечения /М.Г. Вершинин, Н.А. Гальчина, Л.М. Коган и др. // Светотехника. 2005-№ 1. - С.15-17.

70. Спектры возбуждения и флюоресценции пирена, охлажденного в сверхзвуковой струе / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, В.А. Петухов и др. // Оптика и спектроскопия. 1995. - Т. 78, №2. - С.242-248.

71. Колебательная структура уровней свободных молекул аценафтена в основном и возбужденном электронных состояниях / Н.А.Борисевич, Л.Б. Водоватов, Г.Г. Дьяченко и др. // Оптика и спектроскопия. 1996. -Т. 81, № 5. - С.757-761.

72. Флюоресценция свободных молекул пирена, охлажденных в сверхзвуковой струе / Н.А.Борисевич, Л.Б. Водоватов, В.А. Петухов и др. // Журнал прикладной спектроскопии. 1995. - Вып. 62, № 3. - С.96-103.

73. Флюоресценция агрегатов пирена, образующихся в сверхзвуковой струе / Н.А.Борисевич, Л.Б. Водоватов, В.А. Петухов и др. // Оптика и спектроскопия. 1996.-Т. 80, № 5. - С.758-761.

74. Экспериментальное определение и расчет интенсивностей линий в электронно-колебательных спектрах струйно-охлажденных антраценов / Н.А. Борисевич, Л.Б. Водоватов, В.А. Петухов и др. // Оптика и спектроскопия. -2000. Т. 89, №2. - С. 249-256.

75. Spectroscopy of pyrene clusters formed in a supersonic jet / N.A. Borisevich, L.B. Vodovatov, G.G. Dyachenko et al. // Laser Phiysics. -1997. -V.7, № 2. P. 400^102.

76. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982. - 375 с.

77. Весельницкий И.М. Определение оптимальных параметров и некоторые вопросы конструирования люминесцентных ламп повышенной мощности: Дис. канд. техн. наук. М., 1966. - 165 с.

78. Бутаева Ф.А., Фабрикант В.А. Влияние параметров разряда на интенсивность резонансных линий ртути 1850 А и 2537 А // ЖТФ. 1948. -Т. 18, вып. 9. - С.1127-1135.

79. Марин В.П., Фонин М.Н. Высокодолговечные источники света и сферы их применения // Наукоемкие технологии. 2005. - Т. 6, № 3-4. -С.101-104.

80. Tech.Inf. Elektrodeless Fluorescent Systems-Silvania,1999.-№5-P. 1-4.

81. Водоватов JI.Б. Исследования эффективности люминофоров при возбуждении излучением безэлектродных высокочастотных разрядов в парортутных средах с целью создания энергоэкономичных средств освещения // Наукоемкие технологии. 2004. - Т. 5, № 1. - С. 19-24.

82. Прикупец Л.Б., Юшков Д.Д., Меркулова А.П. К созданию высокоинтенсивных ламп на основе безэлектродного ВЧ-разряда низкого давления // Тезисы докладов V Международной светотехнической конференции. СПб., 2003. - С.166-167.

83. Каталог светильников фирмы « Световые технологии». М., 2003.

84. Айзенберг Ю.Б., Бухман Г.Н. О классификации и допусках на кривые сил света // Светотехника. 1978. - №6. - С.6-10.

85. Кнорринг Г.М. Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения. Л.: Энергия, 1973. - 200 с.

86. ГОСТ 17677-82. Светильники. Общие технические требования. -М., 1982.- 112 с.

87. Водоватов Л.Б. Исследования световой эффективности и качества цветопередачи редкоземельных люминофорных смесей в условиях возбуждения высокочастотными разрядами в парортутных средах // Наукоемкие технологии. 2006. - Т. 7, № 4-5. - С.27-35.

88. Айзенберг Ю.Б. Основы конструирования световых приборов. М.: Энергоатомиздат, 1996. - 703 с.

89. СН 357-77. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования производственных предприятий. М.: Стройиздат, 1977. - 96 с.

90. Отраслевые нормы, инструкция эксплуатации осветительных установок основных цехов предприятий станкостроительной и инструментальной промышленности. М., 1985. - 68 с.

91. Отраслевые документы по искусственному освещению предприятий электротехнической промышленности. М.: Информэлектро, 1985.-227 с.

92. Принципы освещения интерьеров административных зданий. М.: ВНИИТЭ, 1973. - С.42-43.

93. Рекомендации и типовые решения по освещению основных школьных помещений в г. Москве. М.: МНИИТЭП, 1980. - 36 с.

94. ГОСТ В 29110-91. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Порядок разработки и постановки на производство. М., 1992. - 113 с.

95. Трембач В.В. Световые приборы. Теория и расчет. М.: Высшая школа, 1991.-496 с.

96. Кущ O.K. Оптический расчет световых и облучательных приборов на ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 150 с.

97. Заявка о выдаче патента № 98114625/09(015983) на светоизлучатель с безэлектродной газоразрядной лампой / Б.М. Водоватов. -2000.

98. Клюев В.А. Технико-экономические расчеты при проектировании осветительных установок // Светотехника. 1981. - №7. - С.23-27.

99. Инструкция по эффективному использованию электроэнергии в осветительных установках // Светотехника. 1981. — №5. - С.4-13.

100. Айзенберг Ю.Б. Метод оценки технико-экономических характеристик осветительных приборов // Светотехника. 1984. -№3- С.3-6.

101. Айзенберг Ю.Б. Проблемы энергосбережения в осветительных установках // Светотехника. 1998. -№6. - С. 11-18.

102. Айзенберг Ю.Б., Шахпарунянц Г.Р. О концепции прогноза развития светотехники // Светотехника. 2000. - №5. - С.2-4.