Глава 9. Использование электрических источников оптического излучения в сельском хозяйстве

ГЛАВА 9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Излучение — особая форма материи, имеющая массу покоя, равную нулю, и распространяющаяся в вакууме со скоростью примерно 3 • 10⁸м/с. Излучение обладает волновыми и корпускулярными свойствами.

В природе излучения занимают диапазон от космических лучей до медленных электромагнитных колебаний. Свойства излучений существенно различаются и определяются энергией фотонов.

Оптическое излучение — излучение с длинами волн от 1 мм до 1 нм (1 нм = 10^-9 м). Оно включает в себя инфракрасное (невидимое), видимое и ультрафиолетовое (невидимое) излучение.

Участки спектра, занимаемые этими излучениями, следующие: инфракрасное — 1 мм...780нм, видимое — 780...380нм и ультрафиолетовое — 380...1 нм. Из приведенных данных следует, что видимое излучение занимает самую узкую часть оптического диапазона.

СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Поглощенное приемником излучение как один из видов энергии переходит в другие виды энергии: химическую или биохимическую, электрическую, механическую, тепловую, энергию вторичного излучения или в комбинацию этих энергий.

Приемники излучения, особенно биологические, имеют различную чувствительность к отдельным участкам спектра (длинам волн). Ввиду этого при расчетах наиболее часто используют понятие относительной спектральной чувствительности.

На рисунке 9.1 приведены относительные спектральные характеристики: /—человеческого глаза; 2— куриного глаза; 3— зеленого листа. Их используют при расчетах осветительных и облуча- тельных приборов.

Инфракрасное излучение.

Рис. 9.1. Характеристики спектральной чувствительности:

спектре инфракрасного излучения (ИК-излучения) различают области ИК-А (780... 1400 нм),

ИК-В (1400...3000 нм) и ИК-С (3 • 10⁸...10⁶нм). Инфракрасное излучение характеризуется большой проникающей способностью в ткани животных и оказывает на них тепловое воздействие. Облучение животных и птиц ускоряет их развитие, активизирует обмен веществ, кровообращение, уменьшает восприимчивость к болезням и т. д.

7—глаза человека; 2—глаза курицы; 3— зеленого листа

Наиболее эффективное для облучения животных и птиц — излучение зоны ИК-А, которое имеет наибольшую проникающую способность в ткани организма. Избыток инфракрасных лучей приводит к перегреву и гибели клеток живых тканей (при температуре выше 43,5 °С).

Инфракрасное излучение применяют для сушки зерна, так как оно значительно быстрее прогревает на определенную глубину зерно, чем при контактном или конвективном способе нагрева.

Дезинсекция инфракрасным излучением — эффективный метод обеззараживания зерна различных культур (овса, пшеницы, ржи, проса, кукурузы, гороха).

Инфракрасное излучение оказывает селективное действие на семена, микрофлору и насекомых-вредителей, которые имеют различные спектры поглощения. Облучение почти полностью уничтожает вредную микрофлору на поверхности семян.

Длительное воздействие на животных и растения ультрафиолетового излучения приводит к наследственным изменениям, которые можно использовать для выведения растений и других организмов с новыми свойствами.

В спектре ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) различают области УФ-А (315...380 нм), УФ-В (280...315 нм), УФ-С (менее 280 нм).

Длинноволновое излучение УФ-А с длинами волн 315...380 нм вызывает пигментацию кожи человека, обладает сравнительно небольшой биологической активностью. Излучение этой области способно при облучении некоторых веществ вызвать их свечение, называемое люминесценцией. Ультрафиолетовое излучение области А используют для люминесцентного анализа химического состава веществ, качественной оценки сельскохозяйственных продуктов (поврежденное™ зерна, степени загнивания картофеля, порчи мяса и других продуктов). Так, свежие белые куриные яйца флюоресцируют красным цветом, а лежалые — голубым. Это излучение используют также для получения видимых излучений путем облучения некоторых веществ (люминофоров).

Средневолновое излучение УФ-В с длинами волн 280...315 нм оказывает более сильное и разнообразное воздействие на живые организмы, его широко используют в медицине и ветеринарии. В результате поглощения квантов ультрафиолетового излучения этой зоны на коже человека спустя некоторое время возникает покраснение (эритема), а затем пигментация в виде загара. Переоблучение приводит к воспалительным процессам, что вредно для здоровья. Излучение области УФ-В способствует образованию витамина D в организме человека и животных, способствующего усвоению организмом фосфорно-кальциевых соединений, которые влияют на прочность костной системы животных, птицы и человека, то есть обладает антирахитным действием.

При переводе животноводства и птицеводства на промышленную основу, при которой широко используют безвыгульное содержание скота и птиц, проявляется сезонное солнечное голодание. Значительно уменьшить отрицательные последствия этого можно правильной организацией ультрафиолетового облучения и светового режима. Эти излучения обеспечивают сохранение витамина D в таких пищевых продуктах, как молоко, дрожжи, мука и др.

Ультрафиолетовое излучение УФ-С с длиной волны менее 280 нм, имеющее большую энергию квантов, используют для стерилизации, стимулирования и угнетения биологических процессов и химических реакций, для дезинфекции помещений, воздуха, воды, рабочих столов, посуды, инструментов, одежды и т. д. Наиболее эффективны для этих целей ультрафиолетовые излучения коротковолнового диапазона с длинами волн от 200 до 280 нм. При этом доза облучения оказывает существенное влияние на биологический процесс. Так, малые дозы облучения стимулируют развитие плесневых грибков. Более продолжительное облучение продуктов, фруктов и овощей снижает поражение их плесенью. Периодическое облучение мяса позволяет хранить его в незамороженном виде при обычной температуре, и оно остается сочным и свежим. Эти излучения применяют для дезинфекции складских помещений, для уничтожения амбарных вредителей и др.

Длительное воздействие на животных и растения ультрафиолетового излучения приводит к наследственным изменениям, которые можно использовать для выведения растений и других организмов с новыми свойствами.

 

ВЛИЯНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ

От условия облучения зависит не только фотосинтез, но и многие другие физиологические процессы растений: рост, развитие листьев и других органов.

Только под действием оптического излучения может протекать одна из распространенных в природе фотобиологических реакций — реакция фотосинтеза, при которой энергия оптического излучения в присутствии молекул воды и углекислого газа трансформируется в химическую энергию органических соединений растений с выделением кислорода — основного фактора формирования земной атмосферы и жизни на Земле, постоянного поддержания кислородного баланса.

Из всего спектра оптического излучения на рост и развитие большинства растений преобладающее действие оказывает излучение с длиной волны от 300 до 1000 нм. В зависимости от роли отдельных участков спектра в процессах жизнедеятельности растений из указанного диапазона можно выделить три условные области: 1000...700 нм — определяющую эффект вытягивания стебля; 700...400 нм — основную для жизнедеятельности;

400...300 нм — ответственную за формативный эффект. Излучение в диапазоне 400...700 нм, играющее важнейшую роль в реакциях фотосинтеза, получило название фотосинтетически активной радиации (ФАР).

Кроме спектрального состава, к наиболее влияющим параметрам оптического излучения следует отнести облученность, количество облучения (экспозицию) или продолжительность суточного облучения (фотопериодизм), временную и пространственную структуру светового поля в зоне расположения растений.

Круглосуточное освещение, резко стимулируя функциональную активность гормональной системы желтого тела, может приводить к преждевременной депрессии, степень которой зависит от продолжительности воздействия освещения на животных и физиологического состояния самок. В целом круглосуточная освещенность 100 лк в течение значительного срока избыточна и физиологически неоправдана, поскольку подавляет функции эндокринной системы животных.

Активизация гормональной деятельности эндокринной системы под влиянием светового режима в свою очередь сказывается на обмене веществ и энергии в организме животных. Установлено, что обмен газов в организме животных изменяется в зависимости от интенсивности и продолжительности освещения, а также от его спектрального состава. Так, с повышением искусственной освещенности в помещении от 15...20 до 100...120 лк у коров нарастает потребление кислорода на 11,0...26,0% и выделение углекислоты на 26,2...34,1 %, увеличивается образование теплоты на 1 кг массы тела животного на 16,0...22,0 %. Еще более активизируется газообмен в организме по мере нарастания продолжительности освещения от 6...8 до 12... 18 ч в сутки. Наоборот, низкий уровень освещенности и короткий световой день снижают обмен кислорода и углекислоты, что ведет к резкому замедлению окислительных процессов в организме животных.

Наиболее сильно стимулируют газообмен фиолетовые излучения. Усиление азотистого обмена в организме сельскохозяйственных животных под влиянием света отмечают многие исследователи. Выяснено, что свет способствует отложению в организме протеина корма, минеральных веществ и, как следствие, усилению роста внутренних органов, мышечной, костной и других азотсодержащих тканей.

По своему спектральному составу свет оказывает неодинаковое влияние на усвоение и отложение в тканях белков. Синий, голубой и зеленый участки спектра стимулируют обмен белков, что сопровождается ростом животных. В то же время красный, оранжевый и желтый — тормозят процессы усвоения протеина корма и отложения белков в организме животных. Белый свет по своему действию на протеиновый обмен занимает промежуточное положение между синей и красной частями спектра.

Особенно большое стимулирующее влияние на белковый обмен оказывает освещенность и продолжительность освещения. Напротив, длительное содержание животных в условиях низкой освещенности и короткого светового дня подавляет синтез белка, в результате нарушается отложение его в тканях и органах, задерживается рост и развитие животных.

Так, содержание свиней в условиях сокращенного светового дня в течение месяца способствовало повышению переваримости органической и минеральной частей рациона, возрастанию интенсивности обменных процессов, усвоению азота, фосфора и кальция. Однако в дальнейшем наступало снижение всех показателей. Это различие в переваримости корма по-своему связано с продолжительностью его прохождения через желудочно-кишечный тракт и с активностью пищеварительных соков. В условиях короткого светового дня эвакуация каловых масс начинается на 4 ч позднее, пища подвергается воздействию ферментов более продолжительное время, усвояемость питательных веществ повышается. Длительное же пребывание откармливаемых свиней в помещении с недостаточной освещенностью приводит к значительному снижению секреции пищеварительных соков, уменьшению их перерабатывающей способности и ухудшению перевариваемости кормов. В результате нарушается обмен энергии, уменьшается отложение протеина и минеральных веществ.

Под воздействием света активизируется обмен жиров. В связи с повышением окислительных процессов в условиях интенсивного освещения происходит расщепление жиров и использование их как энергетического материала. Недостаток света снижает потребность организма в энергии для поддержания окислительных процессов на высоком уровне, вызывает отложение жира в мышцах и на внутренних органах.

Еще в прошлом столетии было замечено, что свет способствует формированию животных с крепкой конституцией и прочным костяком. Считали, что изменение минерального обмена при освещении зависит главным образом от витамина D, который образуется под действием ультрафиолетовых излучений. В настоящее время установлено, что видимое излучение не приводит к образованию витамина D, но усиливает секреторную деятельность паращитовидных желез, гормоны которых оказывают регулирующее влияние на фосфорно-кальциевый обмен. В связи с этим в условиях различной освещенности помещений изменяется насыщение крови минеральными веществами и отложение их в костной ткани. Например, подсвинки, содержавшиеся в светлом помещении, усваивали из рациона кальция на 25 % и фосфора на 15 % больше, чем в затемненном помещении, в костях откладывалось этих веществ на 3,6 % больше.

У коров, молодняка крупного рогатого скота, свиней и других сельскохозяйственных животных, содержащихся при хорошем освещении, количество кальция и фосфора в сыворотке крови выше в среднем на 0,2...0,1 мг%. Темнота и низкий уровень освещенности в помещении, наоборот, тормозят процессы минерализации костяка и снижают концентрацию кальция и фосфора в крови животных. У поросят, например, при этом наблюдается укорочение черепа, увеличение просвета диаметра костей конечностей и

уменьшение толщины их стенок. При низком уровне освещенности в помещении (5...10 мк) и коротком световом дне (2,5...6 ч) насыщенность костяка кальцием и фосфором снижается, нарушаются процессы роста костной ткани и ее минерализации как у молодняка, так и у взрослых животных. Под влиянием различного светового режима изменяется интенсивность обменных процессов, а также функция кроветворных органов, что отражается на морфологических и биохимических показателях крови.

Под действием света усиливается кроветворная функция организма животных. В опытах на кроликах и телятах установлено, что на свету регенерация эритроцитов происходила более интенсивно, чем в темноте. Прямое солнечное освещение на открытой площадке тормозило процессы кроветворения и приводило к снижению количества эритроцитов и гемоглобина крови, а освещенность на уровне 75 лк нормализовала функцию кроветворных органов.

Интенсивность естественного освещения в помещении оказывает существенное влияние на содержание гемоглобина в крови животных. Например, количество его у супоросных свиноматок увеличивается к опоросу. Однако у свиноматок, содержавшихся при недостаточной освещенности, гемоглобина было меньше в среднем на 0,5...0,6 % в сравнении с животными, находившимися в лучших условиях освещения (1,2 % к.с.о.). Во второй половине супоросности разница составила 0,7...1,1 г%. Особенно наглядно проявлялось влияние различной освещенности помещений на динамику гемоглобина в крови поросят. Наряду с повышением содержания гемоглобина у животных отмечено увеличение количества эритроцитов на 200...700 тыс. клеток.

Под действием света не только происходят количественные изменения, но и меняется размер эритроцитов, их насыщенность гемоглобином. Как показали исследования на свиньях, свет приводил к увеличению гемоглобиновой поверхности эритроцита и тем самым повышал его способность переносить кислород к тканям. В то же время при содержании животных в темноте или недостатке света в помещении количество эритроцитов, гемоглобина и гемоглобиновая поверхность эритроцитов крови снижались, особенно у поросят.

Наряду с увеличением в крови гемоглобина и эритроцитов, особенно у молодняка, это указывало на более интенсивное течение окислительно-восстановительных процессов в организме животных в условиях хорошего освещения помещений.

Под действием света активизируется углеводный обмен, в связи с чем изменяется концентрация общего сахара в крови животных. У коров, молодняка крупного рогатого скота и свиней по мере увеличения интенсивности и продолжительности освещения отмечено повышение общего сахара в крови на 5,0... 15,0 мг%, что указывает на усиление окислительно-восстановительных процессов в организме и расходование запасов гликогена в печени. Особенно наглядно это прослеживалось при откорме свиней в условиях интенсивного освещения в помещении. Подсвинки, содержащиеся при освещенности 5 лк, имели в крови 85,4 мг% общего сахара, тогда как при 120 лк — 104,6 мг%, что соответствовало их лучшему росту. Однако через четыре-пять месяцев откорма в этих условиях наблюдалось резкое снижение общего сахара в крови с последующим падением среднесуточных приростов массы тела животных.

Наряду с этими биохимическими и морфологическими изменениями в крови животных под действием светового режима изменяются также и другие показатели: состав сывороточных белков, клеточные и гуморальные факторы защиты организма, отражающие состояние его естественной резистентности, способность животных противостоять вредным воздействиям среды.

Активизируя функцию эндокринной системы, в частности секрецию пролактина и гормонов щитовидной железы, свет оказывает большое регулирующее влияние на молочную продуктивность коров. Так, поданным ВИЭВ, содержащие коров в условиях недостаточного естественного освещения ведет к снижению надоев молока за стойловый период на 9,5 %. Высокий уровень освещенности, напротив, усиливает функцию молочных желез.

Особенно эффективно сказывается на функции молочных желез одновременное увеличение освещенности до 100 лк и ее продолжительности до 16 ч в сутки. Это дает возможность в зимние месяцы повысить удои молока на 20 % и снизить затраты кормов на 1 ц продукции.

Знание особенностей воздействия света на организм, здоровье и продуктивность животных, условий формирования светового режима в помещениях, средств оптимального освещения и методов его контроля поможет руководителям хозяйств и специалистам животноводства широко использовать свет для повышения продуктивности и естественной устойчивости организма животных к различным заболеваниям.

 

 

Затем на электроды подается импульс повышенного напряжения, между электродами возникает электрический разряд, ток начинает протекать между электродами, и лампа зажигается. В результате прохождения тока ртутный пар ионизируется и испускает ультрафиолетовое излучение, которое, действуя на люминофор, заставляет его излучать видимый свет. Путем подбора химического состава люминофора можно получить практически любой спектр излучения люминесцентной лампы.

Маркировка. В зависимости от цветности и назначения люминесцентные Лампы отечественного производства имеют соответствующую маркировку. Первая буква — Л обозначает люминесцентная. Следующие буквы обозначают либо цвет излучения, либо особенности спектра излучения: Д — дневная, Б —белая, ХБ —лампа холодно-белая, ТБ — тепло-белая, ДЦ —дневная с повышенным качеством цветопередачи, Л — естественно-белая, Ф — с повышенной фитосинтетической эффективностью. Подбо-

ром состава люминофора в лампах ЛФ повышено излучение в красной и синей областях спектра. Фитосинтетическая эффективность ламп ЛФ на 40...50 % выше, чем других люминесцентных ламп.

Технические характеристики. Люминесцентные лампы низкого давления выпускают мощностью от 10 до 200 Вт, они имеют в 4...6 раз большую световую отдачу, чем лампы накаливания такой же мощности.

Выпускают люминесцентные рефлекторные лампы, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной запыленности. Отличие этих ламп от обычных состоит лишь в том, что примерно 2/3 внутренней поверхности колбы под слоем люминофора покрыто диффузно отражающим слоем металла. Весь световой поток лампы излучается направленно в пределах выходного окна. Сила света в направлении выходного окна превышает на 70...80 % силу света обычной люминесцентной лампы. Такие лампы используют в светильниках без отражателей.

Люминесцентные лампы имеют средний срок службы не менее 12 000ч. Среднее значение светового потока к концу этого срока должно быть не менее 60 % от номинального.

Повышение напряжения сети приводит к сокращению срока службы лампы, так как увеличивается распыление оксидного покрытия электродов за счет их перекала.

В отличие от ламп накаливания световая отдача люминесцентных ламп при снижении напряжения питающей сети увеличивается, а при повышении уменьшается.

На показатели работы люминесцентных ламп влияют условия окружающей среды. При повышении и понижении температуры окружающего воздуха световой поток люминесцентных ламп снижается. При температуре воздуха ниже 10 °С необходимо принимать меры для обеспечения надежности зажигания (теплоизоляция лампы, включение по особым схемам и др.). Так при 0 °С люминесцентная лампа дает лишь 2/3 светового потока, который был при 20 ^вС. При понижении температуры окружающей среды пары ртути в лампе начинают конденсироваться. Из-за этого ухудшается зажигание и горение люминесцентной лампы. При отрицательных температурах люминесцентные лампы или не зажигаются, или светят тускло. Для большинства люминесцентных ламп рабочий диапазон температуры находится от +5 до +50 °С.

Лампы тлеющего свечения (низкого давления) предназначены для использования главным образом в качестве индикаторов. Кроме того, они находят множество других специальных применений. Устройство и принцип действия этих ламп основаны на использовании катодного тлеющего свечения. В стеклянный баллон лампы впаяны два электрода, расположенные на близком расстоянии друг от друга. Лампа наполняется обычно неоногелиевой смесью при давлении 650...2600 Па с небольшой примесью аргона для

снижения напряжения зажигания. Форма электродов зависит от назначения лампы. Если напряжение, приложенное к неоновой лампе, ниже некоторого значения, определенного для данного типа ламп (более 80 В), называемого напряжением зажигания, то ток через лампу не проходит и она не горит. При напряжении, равном напряжению зажигания или большем, возникает ионизация газа внутри лампы и через лампу проходит ток. Прохождение тока сопровождается свечением оранжево-красного цвета, усиливающимся при повышении напряжения. Вольт-амперная характеристика неоновой лампы изображена на рисунке 9.6. При увеличении напряжения на зажимах лампы до напряжения зажигания U₃ ток в лампе резко возрастает и, если его не ограничить, лампа перегорит. Поэтому неоновую лампу всегда включают через ограничительное сопротивление. При уменьшении напряжения на зажимах лампы прохождение тока через нее прекращается и лампа гаснет.

Рис. 9.6. Вольт-амперная характеристика неоновой лампы

ПУСКО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА

Для включения люминесцентной лампы EL в сеть требуется пускорегулирующая аппаратура, которая состоит из дросселя LL и стартера SK (см. рис. 9.5, б).

Дроссель представляет собой катушку индуктивности с сердечником из электротехнической стали. Он служит для ограничения тока, протекающего через люминесцентную лампу в процессе ее работы, и создания импульса повышенного напряжения при зажигании лампы.

Стартер представляет собой стеклянную колбочку с впаянными внутрь электродами. Колбочка заполнена инертным газом неоном. Один или оба электрода выполнены в виде биметаллической пластинки.

 

При включении лампы в сеть между электродами стартера возникает тлеющий разряд, который нагревает биметаллический электрод стартера. Этот электрод, изгибаясь, соединяет между собой последовательно электроды лампы, и по ним начинает протекать ток, нагревающий их. За время нагрева вокруг электродов лампы образуются ртутно-электронные облачка. В результате соприкосновения электродов стартера исчезает тлеющий разряд, подогревающий их, биметаллический электрод начинает остывать, и через некоторое время цепь электродов лампы размыкается. Разряд запасенный в дросселе энергии и напряжение сети (ЭДС самоиндукции дросселя плюс напряжение сети) вызывают зажигание лампы. Схемы включения газоразрядных ламп. Схемы могут быть стартерными и бесстартерными. В одноламповых схемах включения применяются дроссели типов 1УБК и 1УБИ (рис. 9.7). Конденсатор стартера С/ служит для устранения радиопомех при включении лампы, для увеличения амплитуды импульсного напряжения, для стабилизации тлеющего разряда в стартере и рабочего разряда при горении лампы. Ряд одноламповых схем с дросселем 1УБК имеет второй конденсатор с шунтирующим резистором, который увеличивает коэффициент мощности до 0,9...0,95. Учитывая то, что стартерные схемы включения газоразрядных ламп недостаточно надежны в работе, промышленность выпускает бесстартерные схемы. В бесстартерных схемах включения люминесцентных ламп EL применяют балластные устройства типов 1АБИ и 1АБК. Балластные устройства этих типов состоят из обычного или симметричного дросселя LL, накального трансформатора Т со вторичной обмоткой, разделенной на симметричные части, и проводящей полоски или проволочки, закрепленной на лампе. При включении люминесцентной лампы по этим схемам на лампу одновременно подается напряжение от первичной обмотки накального трансформатора Т для зажигания и от накальных обмоток для подогрева электродов лампы. Бесстартерные антистробоскопические двухламповые схемы включения люминесцентных ламп комплектуют дросселями типа 2АБИ и 2АБК. Бесстартерные схемы включения люминесцентных ламп более надежны в работе и имеют больший срок службы, однако они дороже стартерных, а из-за постоянного подогрева электродов снижается срок службы ламп. Общий недостаток газоразрядных источников света заключается в периодическом изменении их светового потока во времени с частотой, равной 100 Гц. Глаз не воспринимает эти изменения (пульсации) света из-за зрительной инерции. При освещении пульсирующим светом вращающихся и движущихся предметов может возникнуть стробоскопический эффект, который заключается в появлении ложного представления неподвижности, обратного направления вращения или множественности дви- Рис. 9.7. Схемы включения люминесцентных ламп: а — двухламповая стартерная с ПРА; 6 — двухламповая бесстартерная с ПРА; в — одноламповая бесстартерная жущихся предметов. Это очень опасно в производственных условиях. Для устранения стробоскопического эффекта газоразрядные лампы включают по двухламповой схеме, которая обеспечивает изменение светового потока каждой из ламп в противофазе. Вследствие этого суммарный световой поток двух ламп почти не пульсирует, что достигается включением в цепь одной из ламп разделительного конденсатора.

 

И др.).

Натриевые лампы не подвержены воздействию окружающей среды, надежно зажигаются и работают в интервале температур от —60 до +40 °С. Их характеристики мало меняются от положения в пространстве. Эти лампы выпускают в двух исполнениях: для работы цоколем вверх и цоколем вниз.

1...2 мин. Излучение паров натрия имеет световую отдачу до 150 у лампы NAV E600SUPER лм/Вт, но 70 % его сосредоточено в диапазоне длин волн 560...610 нм. Желто-оранжевое излучение лампы обеспечивает хорошее различие положения и формы объектов, но цветопередача может быть оценена как удовлетворительная. Поэтому натриевые лампы применяют в тех случаях, когда к осветительной установке не предъявляют особых требований даже при удовлетворительной цветопередаче (освещение больших пространств, улиц, автострад, стоянок техники, складских площадок

Рис. 9.12. Устройство ксеноновой лампы:

1— внешняя стеклянная трубка; 2— разрядная кварцевая трубка; 3 — электрод; 4 — патрубок для охлаждающей воды

На светотехнические характеристики натриевых ламп сильно влияют отклонения напряжения сети от номинального значения. Так, отклонения напряжения сети в пределах от +10 до -10 % вызывают отклонения светового потока лампы на 13... 15 %, мощности лампы — на 8...20 %.

Работа натриевых ламп на переменном токе сопровождается заметной пульсацией светового потока с двойной частотой.

Ксеноновые лампы (рис. 9.12) выпускают с воздушным и водяным охлаждением. Лампа с естественным воздушным охлаждением типа ДКсТ представляет собой кварцевую трубку определенных размеров, зависящих от мощности лампы, на торцах которой смонтированы электроды. Они изготовлены из торированного вольфрама. Электрические вводы выполняют либо в виде контактных штырей, либо в виде гибких многопроволочных медных жгутов, оснащенных наконечниками для подключения лампы к сети при помощи болтовых соединений.

Ксеноновые лампы не требуют балластного сопротивления, но для их зажигания необходимо зажигающее устройство. После зажигания лампы пусковое устройство может быть отключено и использовано для зажигания другой лампы.

Излучение ксеноновых ламп в видимой части спектра весьма близко к естественному солнечному, однако в спектре их излучения имеется избыток инфракрасного и ультрафиолетового излучений, что требует коррекции спектральной плотности излучения в этих областях при выращивании растений и освещения обширных пространств.

Дуговые ксеноновые лампы обладают наибольшими из всех источников света единичной мощностью и световым потоком. Срок службы их ограничен, но при стабилизации питания ламп средний срок службы может достигать нескольких тысяч часов. Световая отдача этих ламп находится в диапазоне 20...45 лм/Вт.

 

ЛАЗЕРЫ

В традиционно используемых источниках света (солнце, электрические лампы накаливания и газоразрядные) спонтанное излучение атомов происходит беспорядочно и неодновременно, с различными частотами, непостоянством разности фаз и направлением распространения в пространстве. Один из существенных недостатков подобных источников — невозможность фокусировки энергии излучения в малом объеме, размеры которого были бы меньше самого источника света; невозможность получения высоких значений яркости излучения.

В отличие от спонтанного хаотического излучения традиционных источников возможен принципиально иной механизм излучения фотонов возбужденными атомами, основанный на вынужденном, или индуцированном, излучении — процессе, определяющем принцип работы лазера.

Лазеры характеризуются когерентным излучением атомов, создающих узконаправленный пучок монохроматического света, яркость которого превосходит яркость свечения люминесцентной лампы в миллионы раз. Излучение современных мощных лазеров сравнимо по плотности энергии и даже превышает плотность энергии ядерного взрыва. Уровень выходной мощности у лазеров достигает 10¹³ Вт в импульсном режиме и 10⁵ Вт в непрерывном режиме.

На рисунке 9.13 приведена схема устройства газового лазера, работающего на смеси гелия и неона. Разрядная трубка /является активным элементом, внутри которой создается тлеющий электрический разряд при подключении электродов 2 и 3 (катода и анода) к источнику высокого напряжения. На концах трубки имеется плоское (полупрозрачное) зеркало 4 и сферическое зеркало 8, полностью отражающее лазерное излучение. Зеркала образуют оптический резонатор. Торцы активного элемента отшлифованы под определенным углом (Брюстера) и закрыты окнами 6, что необходимо для создания поляризованного излучения лазера.

Рис. 9.13. Схема устройства лазера

Оптический резонатор с активным элементом укреплены в защитном корпусе /, имеющем выходное отверстие 5 со стороны плоского зеркала.

Тлеющий разряд возбуждает атомы гелия и переводит их на ме- тастабильный уровень. Возбужденные атомы гелия, сталкиваясь с атомами неона, сообщают им энергию, переводя их также в возбужденное состояние.

С этих высоких энергетических уровней атомы неона переходят на промежуточный уровень. Переходы атомов с высших энергетических уровней на низший сопровождаются индуцированным когерентным излучением. В газовом лазере имеет место многократное отражение осевого луча в зеркальном резонаторе, что приводит к формированию мощного потока излучения. Вместе с фотонами, летящими под углом к оси трубки, некогерентное излучение выходит через ее боковую поверхность и наблюдается в виде розового свечения, равномерно распределенного по всему объему трубки.

Установлено, что в организме животных и человека под действием излучения газовых гелий-неоновых лазеров малой мощности происходит ряд физиологических изменений (регенерация соединительных тканей, стимуляция кроветворения, изменение проводимости нервных волокон, сдвиги артериального давления и т. д.).

Применительно к растениеводству выявлено стимулирующее влияние излучения гелий-неоновых лазеров как непосредственно на растения, так и при предпосевном облучении семян различных сельскохозяйственных культур. Предпосевное лазерное облучение семенного материала способствует ускоренному прорастанию семян, стимулирует рост и развитие растений и, в конечном итоге, повышает количество и качество урожая.

Исследованиями установлено явление фототермического синергизма при использовании лазеров при облучении семян, которое определяет взаимосвязь энергетической освещенности, температуры и длительности облучения.

Для практического использования в растениеводстве разработаны различные типы конструкций лазерных установок, в которых используют, например, линзы, призматические зеркала, улучшающие процесс облучения семян.

Рис. 9.14. Схемы устройства лазерных обязательных установок

Поскольку дозы энергии при облучении не превышают значений десятков миллиджоулей, в качестве источников когерентного монохроматического излучения в установках активирования семенного материала обычно используют маломощные газовые гелий-неоновые лазеры типа ОКГ-12, либо ЛГ-75, работающие в многомодовом непрерывном режиме при мощности излучения не более 20...30 мВт. Диаметр пучка лазерного излучения не превосходит 4 мм, поэтому для обеспечения необходимого значения плотности потока облучения используют оптические линзы, либо металлические зеркала (рис. 9.14).

Регулировкой размеров светового пятна лазера 1 добиваются необходимого значения мощности светового пучка, приходящейся на единицу площади объекта облучения. В случае использования линз 2 (рис. 9.14, а и б) необходимую мощность получают подбором фокусного расстояния линз и изменением расстояния линз и объекта облучения 5.

При использовании выпуклого зеркала 3 и вращающейся зеркальной призмы 4 (рис. 9.14, виг) одновременно с расширением пучка обеспечивают импульсный режим облучения, зависящий от частоты вращения призматического зеркала.

При размещении семян на зеркальной стеклянной поверхности 6 (рис. 9.14, д) лучи лазера попадают на них как напрямую, так и с обратной стороны, отражаясь от зеркальной поверхности.

ВОПРОСЫ ПО П.1-2

· 1.Что такое оптическое излучение? Основные единицы измерения оптического излучения.

· Рассказать о применении инфракрасного излучения.<