مصباح البلازما

مصابيح البلازما هي نوع من مصابيح التفريغ الغازي الخالية من الأقطاب الكهربائية والتي تعمل بطاقة التردد اللاسلكي (RF). وهي تختلف عن مصابيح البلازما المبتكرة التي كانت شائعة في ثمانينيات القرن العشرين.

تم اختراع المصباح الخالي من الأقطاب الكهربائية الداخلية بواسطة نيكولا تيسلا بعد تجاربه على التيارات عالية التردد في أنابيب زجاجية مفرغة لأغراض الإضاءة ودراسة ظواهر الجهد العالي . كانت مصابيح الكبريت التي تصنعها شركة فيوجن لايتنج هي أول مصابيح بلازما عملية . عانى هذا المصباح من العديد من المشاكل العملية ولم يزدهر تجاريًا. تسمى مصابيح البلازما ذات الطلاء الداخلي بالفوسفور مصابيح الفلورسنت ذات الأقطاب الكهربائية الخارجية (EEFL)؛ توفر هذه الأقطاب الكهربائية الخارجية أو الموصلات الطرفية المجال الكهربائي للتردد اللاسلكي.

مصابيح البلازما الحديثة هي عائلة من مصادر الضوء التي تولد الضوء عن طريق إثارة البلازما داخل موقد شفاف مغلق أو مصباح باستخدام طاقة التردد اللاسلكي (RF). عادةً ما تستخدم هذه المصابيح غازًا نبيلًا أو خليطًا من هذه الغازات ومواد إضافية مثل هاليدات المعادن أو الصوديوم أو الزئبق أو الكبريت . في مصابيح البلازما الحديثة، يتم استخدام موجه ضوئي لتقييد وتركيز المجال الكهربائي في البلازما. أثناء التشغيل، يتم تأين الغاز، وتصطدم الإلكترونات الحرة ، التي يتم تسريعها بواسطة المجال الكهربائي ، بذرات الغاز والمعادن. يتم إثارة بعض الإلكترونات الذرية التي تدور حول ذرات الغاز والمعادن من خلال هذه التصادمات، مما يجعلها في حالة طاقة أعلى. عندما يعود الإلكترون إلى حالته الأصلية، فإنه ينبعث منه فوتون ، مما ينتج عنه ضوء مرئي أو إشعاع فوق بنفسجي ، اعتمادًا على مواد التعبئة.

كان أول مصباح بلازما تجاري عبارة عن مصباح معالجة بالأشعة فوق البنفسجية مع لمبة مملوءة بالأرجون وبخار الزئبق طورته شركة Fusion UV. قاد هذا المصباح شركة Fusion Lighting إلى تطوير مصباح الكبريت ، وهو مصباح مملوء بالأرجون والكبريت يتم قصفه بالموجات الدقيقة من خلال موجه مجوف . كان لابد من تدوير المصباح بسرعة لمنع الكبريت من الاحتراق. لم تزدهر شركة Fusion Lighting تجاريًا، لكن الشركات المصنعة الأخرى استمرت في السعي وراء مصابيح الكبريت . مصابيح الكبريت، على الرغم من كفاءتها النسبية، واجهت العديد من المشاكل، وأهمها:

1. عمر محدود – كانت للمغنطرونات عمر محدود.
2. حجم كبير
3. الحرارة – يحترق الكبريت من خلال جدار المصباح ما لم يتم تدويره بسرعة.
4. طلب طاقة مرتفع - لم يتمكنوا من الحفاظ على البلازما بقوة أقل من 1000 وات.

في الماضي، كانت مدة حياة مصابيح البلازما محدودة بالمغنطرون المستخدم لتوليد الموجات الدقيقة. يمكن استخدام رقائق التردد اللاسلكي ذات الحالة الصلبة والتي تمنح عمرًا طويلاً. ومع ذلك، فإن استخدام رقائق الحالة الصلبة لتوليد التردد اللاسلكي أغلى حاليًا بمقدار كبير من استخدام المغنطرون وبالتالي فهي مناسبة فقط لمنافذ الإضاءة عالية القيمة. وقد أظهرت شركة ديبولار [1] السويدية مؤخرًا أنه من الممكن إطالة عمر المغنطرون إلى أكثر من 40000 ساعة، ^[1] مما يجعل مصابيح البلازما منخفضة التكلفة ممكنة.

سمح استخدام موجه ضوئي عالي العزل بإدامة البلازما عند قوى أقل بكثير - حتى 100 وات في بعض الحالات. كما سمح أيضًا باستخدام مواد تعبئة مصباح التفريغ الغازي التقليدية التي أزالت الحاجة إلى تدوير المصباح. كانت المشكلة الوحيدة مع الموجه الضوئي الخزفي هي أن الكثير من الضوء الناتج عن البلازما كان محاصرًا داخل الموجه الضوئي الخزفي المعتم.

الإضاءة البلازمية عالية الكفاءة هي فئة مصابيح البلازما التي تتمتع بكفاءة نظام تبلغ 90 لومن لكل واط أو أكثر. المصابيح في هذه الفئة هي مصدر الإضاءة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة للإضاءة الخارجية والتجارية والصناعية. وهذا لا يرجع فقط إلى كفاءة نظامها العالية ولكن أيضًا إلى مصدر الضوء الصغير الذي تقدمه مما يتيح كفاءة عالية جدًا للإضاءة.

تصنيف كفاءة الإنارة (LER) هو الرقم الوحيد الذي حددته الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية للمساعدة في معالجة المشاكل المتعلقة بمطالبات كفاءة مصنعي الإضاءة ^[2] وهو مصمم للسماح بالمقارنة القوية بين أنواع الإضاءة. يتم تحديده من خلال حاصل ضرب كفاءة الإنارة (EFF) في إجمالي خرج المصباح المقدر باللومن (TLL) في عامل الصابورة (BF)، مقسومًا على طاقة الإدخال بالواط (IP):

LER = EFF × TLL × BF / IP

إن "كفاءة النظام" لمصباح البلازما عالي الكفاءة تعطى من خلال المتغيرات الثلاثة الأخيرة، أي أنها تستبعد كفاءة المصباح. ورغم أن مصابيح البلازما لا تحتوي على صابورة، إلا أنها تحتوي على مصدر طاقة تردد لاسلكي يقوم بالوظيفة المكافئة. وفي المصابيح الخالية من الأقطاب الكهربائية، فإن إدراج الخسائر الكهربائية، أو "عامل الصابورة"، باللومن لكل واط المطالب به، يمكن أن يكون ذا أهمية خاصة لأن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة تردد لاسلكي يمكن أن يكون عملية غير فعّالة للغاية.

تحتوي العديد من مصابيح البلازما الحديثة على مصادر ضوء صغيرة جدًا - أصغر بكثير من مصابيح HID أو المصابيح الفلورية - مما يؤدي إلى كفاءة إنارة أعلى بكثير أيضًا. تتمتع مصابيح التفريغ عالية الكثافة بكفاءة إنارة نموذجية تبلغ 55%، ومصابيح الفلورسنت 70%. تتمتع مصابيح البلازما عادةً بكفاءة إنارة تتجاوز 90%.

تم استخدام مصابيح البلازما في تطبيقات الإضاءة العالية والشوارع ، وكذلك في إضاءة المسارح . كما تم استخدامها لفترة وجيزة في بعض أجهزة التلفاز ذات العرض . ^{[3] [4] [5]}