لامپ UV چیست و انواع آن کدامند؟

لامپ UV چیست؟

لامپ UV یا لامپ فرابنفش که به آن لامپ سیاه نیز می گویند، وسیله ای برای تولید تابش های الکترومغناطیسی در طول موج بین نور مرئی و اشعه ایکس است. پرتوهای خورشید سرشار از چنین تشعشعی هستند که گاهی به آن نور سیاه می گویند زیرا با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست. لامپ UV معمولاً از یک لامپ تخلیه الکتریکی با موادی تشکیل شده است که تابش هایی را در طول موج مورد نظر ایجاد می کند. لامپ های فرابنفش معمولاً در کوارتز یا شیشه های مخصوص قرار می‌گیرند که پرتوهای فرابنفش را راحت تر از شیشه های معمولی منتقل کنند. لامپ های فرابنفش پس از کشف ویژگی های میکروب کش اشعه فرابنفش در حدود سال 1900 توسط پزشک دانمارکی نیلز ریبرگ فینسن، برای استفاده پزشکی ساخته شدند. از لامپ های مدرن در صنعت و تحقیقات، تولید برنزه های مصنوعی و ایجاد جلوه های ویژه در مراحل نورپردازی و نمایشگرها با مواد فلورسنت استفاده می شود.

انواع لامپ UV

اشعه ماوراء بنفش (UV) بخشی از طیف الکترومغناطیسی را از 100 تا 400 نانومتر (nm) اشغال می کند. طیف UV از سه ناحیه تشکیل شده است:

• UV-A (315–400 نانومتر)
• UV-B (280–315 نانومتر)
• UV-C (100-280 نانومتر)

برای اکثر مردم، منبع اصلی قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، خورشید است. قرار گرفتن در معرض نور خورشید معمولاً محدود به ناحیه UV-A است، زیرا جو زمین از ما در برابر مناطق مضر UV-C و UV-B محافظت می کند. فقط منابع نور مصنوعی انرژی تابشی در باند UV-C منتشر می کنند. دستگاه های مولد UV ممکن است حاوی یک یا ترکیبی از یک یا چند منبع نور مصنوعی (لامپ UV) باشند تا به کیفیت نور مطلوب دست یابند. در زیر تعدادی از پرکاربردترین انواع لامپ UV ذکر شده است.

لامپ قوس زنون

لامپ قوس زنون (Xe) یک نوع تخصصی از لامپ تخلیه گاز است که با عبور برق از گاز زنون یونیزه شده با فشار بالا، نور تولید می کند. این لامپ یک نور سفید روشن تولید می کند که از نزدیک نور طبیعی خورشید را تقلید می کند. لامپ های قوس زنون در پروژکتورهای سینما و نورافکن ها و هم چنین در صنعت و تحقیقات برای شبیه سازی نور خورشید استفاده می شود.

سه نوع اصلی از لامپ های قوس زنون وجود دارد: قوس کوتاه با خروجی پیوسته، قوس بلند با خروجی پیوسته و فلش.

لامپ های قوس کوتاه Xe

در دو نوع متمایز وجود دارند: زنون خالص که فقط حاوی گاز زنون است و زنون-جیوه که حاوی گاز زنون و مقدار کمی فلز جیوه است. لامپ های قوس کوتاه زنون-جیوه دارای طیف سفید مایل به آبی و خروجی UV بسیار بالایی هستند. این لامپ ها عمدتاً برای کاربردهای فرآوری اشعه ماوراء بنفش، استریل کردن اجسام و تولید ازن استفاده می شوند.

لامپ های قوس بلند Xe

از نظر ساختاری شبیه لامپ های قوس کوتاه هستند با این تفاوت که حاوی قوس لوله شیشه ای تا حد زیادی کشیده است. هنگامی که این لامپ ها در یک بازتابنده بیضوی نصب می شوند، اغلب برای شبیه سازی نور خورشید استفاده می شوند. کاربردهای معمولی شامل آزمایش سلول های خورشیدی، شبیه سازی خورشیدی برای آزمایش سن مواد، پردازش حرارتی سریع و بازرسی مواد است.

همه لامپ های قوس کوتاه زنون، پرتو فرابنفش قابل توجهی تولید می کنند. زنون دارای خطوط طیفی قوی در باندهای UV است و این خطوط به راحتی از پوشش لامپ کوارتز ذوب شده عبور می کنند. اشعه UV منتشر شده توسط یک لامپ قوس کوتاه می تواند مشکل ثانویه تولید ازن را ایجاد کند. تجهیزاتی که از لامپ های قوس کوتاه به عنوان منبع نور استفاده می کنند، باید تابش اشعه ماوراء بنفش را مهار کرده و از تجمع ازن جلوگیری کنند.

بسیاری از لامپ ها دارای پوشش موج کوتاه مسدود کننده UV هستند و به عنوان لامپ های “بدون ازن” برای کاربردهای شبیه ساز خورشیدی فروخته می شوند. برخی از لامپ ها دارای پوشش هایی هستند که از سیلیس ذوب شده مصنوعی فوق العاده خالص (مانند “Suprasil”) ساخته شده اند، که به آن ها اجازه می‌دهد نور مفیدی را به ناحیه UV خلاء ساطع کنند. این لامپ ها معمولاً در فضای نیتروژن خالص کار می کنند.

لامپ های قوس زنون فلش

نمونه ای از لامپ قوس Xe لامپ های فلش Xe معمولاً 80 فلش در ثانیه را ارائه می دهند و در پروژکتورهای سینما و نورافکن ها و هم چنین در صنعت و تحقیقات برای شبیه سازی نور خورشید استفاده می شوند. کاربردهای دیگر شامل آنالیز آلودگی هوا، آنالیز بیوشیمیایی، آنالیز خون یا ادرار، سنجش رنگ، اتوماسیون کارخانه، آنالیز گاز، نورسنجی دقیق، بازرسی نیمه هادی، بازرسی شکل و اسپکتروفتومتری است.

لامپ قوس متال هالید

لامپ متال هالید یک لامپ الکتریکی است که نور را از طریق یک قوس الکتریکی از طریق مخلوط گازی از جیوه تبخیر شده و هالیدهای فلزی (ترکیبات فلزات با برم یا ید) تولید می کند. رایج ترین ترکیب متال هالید مورد استفاده، یدید سدیم است. هنگامی که لوله قوس به دمای کار خود می رسد، سدیم از ید جدا می شود، که با یونیزه شدن فلز، رنگ های نارنجی و قرمز را از خط D سدیم به طیف لامپ اضافه می کند. در نتیجه، لامپ های متال هالید نور سفید شدیدی تولید می‌کنند و بازده نوری بالایی در حدود ۷۵ تا ۱۰۰ لومن بر وات دارند، که تقریباً دو برابر لامپ های بخار جیوه و سه تا پنج برابر لامپ های رشته ای است. عمر لامپ 6000 تا 15000 ساعت است. لامپ های متال هالید که عمدتاً برای استفاده در نورپردازی فیلم و تلویزیون، که به ثبات زمانی بالا و تطابق رنگ نور روز نیاز دارد، برای نورپردازی بالای سطح وسیع برای فضاهای تجاری، صنعتی و عمومی مانند پارکینگ ها، زمین های ورزشی، کارخانه ها استفاده می شوند. اکثرا دارای یک لامپ شیشه ای بیرونی برای محافظت از اجزای داخلی و جلوگیری از اتلاف گرما هستند. لامپ بیرونی هم چنین می تواند برای مسدود کردن برخی یا همه آن ها استفاده شود

اشعه ماوراء بنفش تولید شده توسط تخلیه بخار جیوه. لامپ متال هالید به مدت زمان گرم کردن پنج دقیقه ای (بسته به نوع لامپ) نیاز دارد. در حالی که گرم می شود لامپ، رنگ های مختلفی را نشان می دهد زیرا هالیدهای فلزی مختلف در محفظه قوس تبخیر می شوند.

لامپ بخار جیوه

لامپ بخار جیوه یک لامپ تخلیه گاز است که از طریق یک قوس الکتریکی از طریق جیوه تبخیر شده نور تولید می کند. تخلیه قوس معمولاً به یک لوله کوچک قوس کوارتز ذوب شده که در یک لامپ شیشه ای بوروسیلیکات بزرگ تر نصب شده است محدود می شود.

در لامپ های بخار جیوه کم فشار، فقط خطوط 184 و 253 نانومتر (nm) وجود دارد. فقط نور 253 نانومتر قابل استفاده است. برای جلوگیری از جذب نور 184 نانومتری می توان از کوارتز مصنوعی در ساخت استفاده کرد. در لامپ های بخار جیوه با فشار متوسط، خطوط 200 تا 600 نانومتر وجود دارد. لامپ ها می توانند به گونه ای ساخته شوند که عمدتاً در UV-A (حدود 400 نانومتر) یا UV-C ساطع می کنند.

لامپ های بخار جیوه پرفشار لامپ هایی هستند که معمولاً برای مصارف روشنایی عمومی استفاده می شوند. آن ها عمدتا در رنگ های آبی و سبز منتشر می کنند.

برخی از لامپ های بخار جیوه (از جمله لامپ های متال هالید) باید دارای ویژگی هایی باشند که از خروج اشعه ماوراء بنفش جلوگیری کند. حتی با این روش ها، مقداری از اشعه ماوراء بنفش هم چنان می تواند از لامپ بیرونی لامپ عبور کند. این امر روند پیری برخی از پلاستی ها را تسریع می کند و تنها پس از چند سال استفاده از آن ها به میزان قابل توجهی تغییر رنگ می دهد. پلی کربنات به ویژه آسیب می بیند. مثالی از لامپ خیابانی متال هالید مثالی از لامپ بخار جیوه از این مشکل، و دیدن سطوح نسبتاً جدیدی از پلی کربنات در نزدیکی لامپ که تنها پس از مدت کوتاهی به رنگ قهوه ای مایل به زرد در آمده اند غیر معمول نیست.

لامپ قوس دوتریوم

لامپ قوس دوتریوم (یا به سادگی لامپ دوتریوم) یک منبع نوری با تخلیه گاز کم فشار است که اغلب در طیف سنجی زمانی که یک طیف پیوسته در ناحیه فرابنفش مورد نیاز است استفاده می‌شود. این نوع لامپ تشعشعات گسترده ای از 112 تا 900 نانومتر منتشر می کند، اگرچه طیف پیوسته آن تنها از 180 تا 370 نانومتر است. لامپ های دوتریوم اغلب با یک لامپ هالوژن تنگستن استفاده می شود تا اندازه گیری ها در هر دو ناحیه UV و قابل مشاهده انجام شود.

عمر لامپ معمولاً تقریباً 2000 ساعت است. (اکثر تولیدکنندگان 2000 ساعت را تضمین می کنند، اما لامپ های جدیدتر به طور مداوم تا 5000 ساعت یا بیش تر عملکرد خوبی دارند.)

لامپ هالوژن

لامپ هالوژن که با نام‌های هالوژن تنگستن، هالوژن کوارتز یا لامپ ید کوارتز نیز شناخته می شود، یک لامپ رشته ای است که مقدار کمی هالوژن مانند ید یا برم به آن اضافه شده است.

مانند همه لامپ های رشته ای، یک لامپ هالوژن طیف پیوسته ای از نور، از نزدیک به ماوراء بنفش تا عمق مادون قرمز را تولید می کند. از آن جایی که رشته لامپ می تواند در دمای بالاتری نسبت به یک لامپ غیر هالوژنی کار کند، طیف به سمت آبی تغییر می کند و نوری با دمای رنگ موثر بالاتر و بازده توان بالاتر تولید می کند. این امر باعث می شود لامپ های هالوژن تنها منبع نوری باشند که طیف تشعشعات بدن سیاه را شبیه به خورشید و مناسب ترین برای چشم تولید می کند.

رشته های با دمای بالا مقداری انرژی در ناحیه UV ساطع می کنند. مقادیر کمی از عناصر دیگر را می توان در کوارتز مخلوط کرد، به طوری که کوارتز دوپ شده اشعه مضر UV را مسدود می کند. از آن جایی که لامپ هالوژن در دماهای بسیار بالا کار می کند، می تواند خطر آتش سوزی و سوختگی ایجاد کند. برای کاهش قرار گرفتن در معرض ناخواسته اشعه ماوراء بنفش، و برای جلوگیری از تکه های داغ لامپ در صورت خرابی لامپ انفجاری، لامپ های همه منظوره معمولا دارای یک فیلتر شیشه ای جاذب UV روی لامپ یا اطراف آن هستند. از طرف دیگر، حباب های لامپ ممکن است برای فیلتر کردن اشعه ماوراء بنفش دوپ شوند. با فیلتر کافی، یک لامپ هالوژن کاربران را نسبت به یک لامپ رشته ای معمولی در معرض اشعه ماوراء بنفش کم تری قرار می دهد که همان میزان روشنایی موثر را بدون فیلتر ایجاد می کند.

لامپ فلورسنت

لامپ های فلورسنت برای ساخت UV در تعدادی از کاربردها استفاده می شوند. به طور خاص، از این موارد در مواقعی استفاده می‌شود که گرمای بیش از حد بخار جیوه نامطلوب باشد، یا زمانی که یک آیتم به بیش از یک منبع نور نیاز دارد و در عوض آن آیتم باید با نور احاطه شود.

دیودهای ساطع نور (LED) اخیراً در آزمایشگاه های تحقیقاتی برای ساخت شبیه سازهای خورشیدی استفاده شده اند. آن ها در آینده نویدی را برای تولید انرژی کارآمد نور مصنوعی خورشیدی متناسب با طیفی ارائه می دهند.

خطرات لامپ UV

لامپ های UV تابش نور را از فرابنفش از طریق اشعه مرئی به مادون قرمز تولید می کنند. بزرگ ترین خطر ناشی از UVR است. UVR را نمی توان دید و بلافاصله احساس نمی شود، اما هم برای چشم و هم برای پوست مضر است. کاربر ممکن است خطر را تا زمانی که قرار گرفتن در معرض آسیب ایجاد نکرده است متوجه نشود. علائم ممکن است 4 تا 24 ساعت پس از مواجهه ظاهر شوند.

اثرات بر روی پوست دو نوع است: حاد و مزمن. اثرات حاد در عرض چند ساعت پس از قرار گرفتن در معرض ظاهر می شوند، در حالی که اثرات مزمن طولانی مدت و تجمعی هستند و ممکن است برای سال ها ظاهر نشوند. یک اثر حاد UVR قرمزی پوست به نام اریتم (شبیه آفتاب سوختگی) است. اثرات مزمن شامل تسریع پیری پوست و سرطان پوست است.

اشعه ماوراء بنفش در لایه های بیرونی چشم – قرنیه و ملتحمه – جذب می شود. قرار گرفتن در معرض بیش از حد حاد منجر به التهاب موقت دردناک، عمدتاً قرنیه می شود که به عنوان فوتوکراتیت شناخته می شود. تکرار قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش به دلیل درد بعید است. قرار گرفتن در معرض مزمن منجر به افزایش خطر ابتلا به انواع خاصی از آب مروارید چشمی می شود.

کار بدون محافظت حتی برای چند دقیقه می تواند باعث آسیب شود. محاسبه آستانه حاد برای اثرات حاد و تعیین محدودیت های مواجهه ممکن است. با این حال، محاسبه آستانه برای اثرات مزمن ممکن نیست. بنابراین، از آن جایی که هیچ سطح نوردهی ایمن نیست، قرار گرفتن در معرض باید تا حد امکان کاهش یابد.

سایر خطرات مربوط به استفاده از لامپ های UV

انفجار لامپ

لامپ های قوسی مورد استفاده در شبیه سازهای خورشیدی حاوی گاز پرفشار هستند و در صورت عدم استفاده صحیح ممکن است منفجر شوند. از دست زدن یا خراشیدن قسمت شیشه ای لامپ خودداری کنید. اثر انگشت باید با ایزوپروپیل الکل و یک دستمال نرم تمیز پاک شود. در غیر این صورت پوشش لامپ را ضعیف می کنند. برای جابجایی لامپ از دستکش نخی استفاده کنید.

لامپ را با قطبیت مناسب اتصالات الکتریکی نصب کنید. هنگام سفت کردن اتصالات الکتریکی به قطعات شیشه ای فشار وارد نکنید. وقتی لامپ به حد مجاز عمر خود رسید آن را تعویض کنید. لامپ قدیمی با پاکت شیشه ای تیره احتمال انفجار زیاد دارد و باید تعویض شود.

جیوه (Hg)

برخی از شبیه سازهای خورشیدی از لامپ های قوس مبتنی بر جیوه (Hg یا HgXe) استفاده می کنند. اگر لامپ بشکند یا منفجر شود، ممکن است آلودگی جیوه رخ دهد. در مورد برخورد صحیح با آلودگی جیوه با بهداشتکار صنعتی مشورت کنید.

ازن

نور فرابنفش با طول موج کوتاه اکسیژن را به ازن تبدیل می کند. ازن تولید شده توسط لامپ های با خروجی UV بالا می تواند یک عامل تحریک کننده برای کاربر باشد. حتی لامپ های بدون ازن می‌توانند به اندازه‌ ای ازن تولید کنند که برای افرادی که به خصوص حساس هستند، ناراحت کننده باشد. قبل از استفاده از سیستم باید تهویه مناسب در نظر گرفته شود.

شوک الکتریکی

در طول کارکرد عادی، کاربر از تماس با هر گونه اتصالات الکتریکی دارای انرژی محافظت می شود. با این حال، اگر اینترلاک ها از بین بروند یا قسمت منبع تغذیه در حالی که دستگاه هنوز وصل است باز شود، خطر برق گرفتگی رخ خواهد داد.

حرارت

پاکت لامپ قوس الکتریکی در طول کار عادی به دمای بسیار بالایی می رسد و در صورت لمس می تواند باعث سوختگی شدید شود. اجازه دهید لامپ حداقل 15 دقیقه قبل از باز کردن درب محفظه لامپ خنک شود.

کاربردهای لامپ UV

فناوری UV به مهندسان نور اجازه می دهد تا تشعشعات UVC را تکرار کنند که خواص ضد عفونی بسیار مؤثری را ارائه می دهد. لامپ های UV اثر میکروب کشی را در بسیاری از کاربردها همراه با انبوهی از اهداف و کاربردهای دیگر در طیف گسترده ای از صنایع در سراسر جهان ارائه می کنند. برخی از رایج ترین کاربردهای نور UV عبارتند از:

روشنایی

هدف اصلی لامپ ها روشنایی است، با لامپ های UV که در بسیاری از صنایع مانند تولید، تولید اتاق تمیز، بازرسی کیفیت و بسیاری از کاربردهای دیگر که به محیطی با نور مناسب نیاز دارند، انرژی کارآمد و نور روشن ارائه می دهند.

تابلوهای روشن

تابلوهای روشن برای بسیاری از اهداف مانند روشن کردن خروجی های اضطراری در مکان های عمومی و برای اهداف بازاریابی و آگاهی از برند مورد نیاز هستند.

نور پس‌زمینه

لامپ های UV نور پس زمینه را برای صنعت هوانوردی و هوافضا فراهم می کنند و روشنایی قابل اعتمادی را در کابین هواپیما فراهم می کنند.

پخت با اشعه ماوراء بنفش

در بسیاری از کاربردهای تولیدی مورد استفاده قرار می گیرد، لامپ های UV برای پخت جوهرها، پوشش ها، کاربردهای تقویت شده ای برای پوشش فندک UV ایجاد می کند. چسب‌ها، لاک ها و لاک هایی که با لامپ های فرابنفش فرآوری شده‌اند، در محیط های سخت گیرانه مانند کاربردهای صنعتی، خودروسازی و هوافضا بادوام‌تر و ماندگارتر هستند.

برنزه کردن

لامپ های UV فناوری اصلی در سالن های برنزه سازی هستند که راهی برای لذت بردن از ظاهری آفتاب گیر از فناوری های ساخت بشر به مشتریان ارائه می دهند.

فتوتراپی

لامپ های UV فواید پزشکی زیادی برای بسیاری از بیماری ها از جمله بیماری های پوستی از جمله آکنه، زردی، پسوریازیس، اگزما و سایر شرایط مانند حساسیت های فصلی ارائه می کنند.

میکروب کش

لامپ های میکروب کش UVC برای تکثیر اشعه UVC طراحی شده اند که ثابت شده است خواص ضدعفونی و استریل کنندگی بسیار بالایی دارد. امروزه کاربردهای میکروب کش نور UVC اولین انتخاب برای بسیاری از صنایع در سراسر جهان است که نیاز به استریل کردن آب، هوا یا سطح دارند.

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.