Кварцевая лампа: устройство и применение¶

Кварцевая лампа — газоразрядный источник ультрафиолетового излучения, в котором электрический разряд происходит в колбе из кварцевого стекла, заполненной парами ртути или инертными газами. Кварцевое стекло, в отличие от обычного, пропускает ультрафиолет, что и определяет основное назначение приборов этого класса: генерацию УФ-излучения для обеззараживания, медицинских процедур и технических задач.

¶Устройство и принцип работы

Конструктивно лампа представляет собой герметичную трубку из кварцевого стекла с двумя электродами, покрытыми оксидами металлов для эмиссии электронов. Внутри создаётся разрежение, колба наполняется инертным газом (чаще аргоном) и каплей ртути. При подаче напряжения между электродами возникает тлеющий или дуговой разряд, возбуждающий атомы ртути. Их возврат в основное состояние сопровождается излучением, значительная часть которого приходится на ультрафиолетовый диапазон.

Спектр ртутного разряда содержит характерные линии: 253,7 нм (основная бактерицидная линия), 184,9 нм, а также видимое свечение около 404–436 нм, из-за которого работающая лампа выглядит синевато-голубой. Именно линия 253,7 нм обеспечивает гибель микроорганизмов, поскольку эта длина волны близка к максимуму поглощения нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК.

Пусковой режим требует повышенного напряжения, поэтому в схему включают дроссель (балласт) и стартер либо электронный пускорегулирующий аппарат. Время выхода на рабочий режим составляет от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от типа и температуры окружающей среды.

¶История

Явление электрического разряда в парах ртути изучалось ещё в первой половине XIX века. Практическое применение началось в 1900-х годах, когда немецкий физик Рихард Кюх получил ртутную лампу высокого давления, а американский инженер Питер Хьюитт разработал конструкцию с кварцевой колбой. В 1906 году компания Westinghouse начала выпуск подобных ламп для освещения, а позднее их стали использовать в медицине.

В СССР массовое производство бактерицидных и кварцевых ламп для обеззараживания воды и воздуха развернулось в 1930-е годы. Наибольшее распространение в быту и медицинских учреждениях получили приборы на основе лампы ДРТ (дуговая ртутная трубчатая) и её модификаций.

¶Классификация

По давлению паров ртути выделяют:

По назначению различают бактерицидные (обеззараживание), витальные (искусственное «солнечное» облучение в медицине), технические (фотолитография, сушка лаков, люминесцентный анализ) и осветительные лампы.

Отдельно выделяют безозоновые лампы: кварцевое стекло с добавками оксидов титана или легированное стекло задерживает жёсткое излучение 184,9 нм, под действием которого в воздухе образуется озон. Озоновые лампы, напротив, пропускают эту линию, и озон выступает дополнительным дезинфицирующим агентом.

¶Применение

¶Обеззараживание

Бактерицидное действие УФ-излучения используют для дезинфекции воздуха, воды, поверхностей и медицинского инструмента. В лечебных учреждениях применяются рециркуляторы (облучатели закрытого типа), где воздух прогоняется вентилятором через камеру с лампой, и открытые облучатели, работающие в отсутствие людей. Доза облучения измеряется в Дж/м² и подбирается в зависимости от вида микроорганизма: спорообразующие формы устойчивее вегетативных.

Для обеззараживания воды кварцевые лампы применяются на станциях водоподготовки, в бассейнах, системах аквакультуры. Метод не требует реагентов и не образует побочных хлорорганических соединений.

¶Медицина

В физиотерапии кварцевое облучение (чаще — средневолновое УФ) применяется при лечении кожных заболеваний, рахита, для стимуляции синтеза витамина D и повышения неспецифической резистентности организма. Процедуры проводятся по строгим схемам с дозированием, поскольку передозировка вызывает эритему и ожоги.

¶Технические задачи

В промышленности кварцевые лампы используются для отверждения полимерных покрытий, фотолитографии, флуоресцентного анализа минералов и биологических проб, в устройствах очистки воды и воздуха.

¶Безопасность

Ультрафиолетовое излучение кварцевых ламп опасно для глаз (риск фотоофтальмии, «сварщикова глаза») и кожи. При работе открытых облучателей персонал использует защитные очки, экраны и ограничивает время пребывания в зоне облучения. Озоновые лампы требуют проветривания помещения после обработки, так как озон токсичен.

Кварцевые лампы содержат ртуть, поэтому отработавшие приборы подлежат утилизации в соответствии с правилами обращения с ртутьсодержащими отходами. Повреждение колбы требует демеркуризации помещения.

¶Отличие от ультрафиолетовых и бактерицидных ламп

В быту термины часто смешивают. Ультрафиолетовая лампа — общее название источников УФ-излучения, включая светодиодные и эксимерные. Бактерицидная лампа — частный случай УФ-лампы, оптимизированный для дезинфекции. Кварцевая лампа выделяется материалом колбы: именно кварцевое стекло обеспечивает пропускание жёсткого УФ и позволяет получать озон. Лампы из увиолевого стекла задерживают коротковолновую часть спектра и озона не образуют.

¶Источники

• Большая российская энциклопедия: статьи «Ультрафиолетовое излучение», «Бактерицидные лампы».
• ГОСТ 22483-2014. Лампы ртутные высокого давления.
• Руководства по ультрафиолетовому обеззараживанию воды и воздуха Роспотребнадзора.
• Технические каталоги производителей газоразрядных ламп.