पारा-वाष्प दीपक

एक पारा-वाष्प दीपक एक गैस निर्वाह दीपक है जो प्रकाश उत्पन्न करने के लिए विद्युत आर्क का उपयोग करता है। आर्क संपादन सामान्यतः एक बड़े सोडा-लाइम ग्लास या बोरोसिल ग्लास  बल्ब के  अन्दर लगे छोटे फ्यूज्ड क्वार्ट्ज आर्क ट्यूब तक ही सीमित होता है। आकस्मिक बल्ब स्पष्ट या फ़ासफ़ोरस के साथ लेपित हो सकता है; किसी भी स्थिति में, आकस्मिक बल्ब थर्मल इन्सुलेशन प्रदान करता है, प्रकाश उत्पन्न करने वाले पराबैंगनी विकिरण से सुरक्षा प्रदान करता है, और फ़्यूज्ड क्वार्ट्ज़ आर्क ट्यूब के लिए एक सुविधाजनक आलंबन प्रदान करता है।

35 से 55 लुमेन/वाट की चमकदार क्षमता वाले अत्यधिक चमकीले लैंप की तुलना में पारा वाष्प लैंप अधिक ऊर्जा कुशल हैं। उनके अन्य लाभ 24,000 घंटे की सीमा में एक लंबा बल्ब जीवनकाल और उच्च तीव्रता, स्पष्ट सफेद प्रकाश उत्पादन सम्मलित हैं। इन कारणों से, उनका उपयोग बड़े क्षेत्र के ओवरहेड प्रकाश व्यवस्था के लिए किया जाता है, जैसे कि कारखानों, गोदामों और खेल के मैदानों के साथ-साथ स्ट्रीट लाइट्स के लिए भी। पारे की वर्णक्रमीय रेखाओं के संयोजन के कारण स्पष्ट पारा लैंप एक हरे रंग की रोशनी उत्पन्न करते हैं। यह मानव त्वचा के रंग के लिए अनुकूल नहीं है, इसलिए सामान्यतः खुदरा दुकानों में ऐसे लैंप का उपयोग नहीं किया जाता है। रंग सुधारित मरकरी बल्ब आकस्मिक बल्ब के अंदर एक फॉस्फोर के साथ इस समस्या को दूर करते हैं जो लाल तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होता है, जो कि सफेद रोशनी और बेहतर रंग प्रतिपादन सूचकांक प्रदान करता है।

पारा वाष्प रोशनी लगभग एक वातावरण के आंतरिक दबाव पर काम करती है और इसके लिए विशेष स्थिरता, के साथ ही एक विद्युत संचालक की आवश्यकता होती है। पूर्ण प्रकाश उत्पादन तक पहुंचने के लिए उन्हें चार से सात मिनट की वार्म-अप अवधि की भी आवश्यकता होती है। धातु हलाइड लैंप की उच्च दक्षता और बेहतर रंग संतुलन के कारण मरकरी वेपर लैंप अप्रचलित होते जा रहे हैं।

उत्पत्ति
चार्ल्स व्हीटस्टोन ने 1835 में पारा वाष्प में एक विद्युत निर्वहन के स्पेक्ट्रम का अवलोकन किया और उस विस्तार में पराबैंगनी रेखाओं को नोट किया। 1860 में, जॉन थॉमस वे ने प्रकाश के लिए वायुमंडलीय दबाव पर हवा और पारा वाष्प के मिश्रण में संचालित आर्क लैंप का उपयोग किया। जर्मन भौतिक विज्ञानी लियो एरॉन्स (1860-1919) ने 1892 में पारा डिस्चार्ज का अध्ययन किया और पारा आर्क पर आधारित एक दीपक विकसित किया। फरवरी 1896 में इंग्लैंड के हर्बर्ट जॉन डाउसिंग और एच.एस. कीटिंग ने पारा वाष्प दीपक का पेटेंट कराया, जिसे कुछ लोगों द्वारा पहला सच्चा पारा वाष्प दीपक माना जाता है। 1901 में अमेरिकी इंजीनियर पीटर कूपर हेविट द्वारा व्यापक सफलता उपलब्ध करने वाला पहला पारा वाष्प दीपक का आविष्कार किया गया था। हेविट को 17 सितंबर, 1901 को जारी किया गया था। 1903 में, हेविट ने एक बेहतर संस्करण बनाया जिसमें उच्च रंग गुण थे जिसका अंततः व्यापक औद्योगिक उपयोग हुआ। पारा वाष्प दीपक से पराबैंगनी प्रकाश को 1910 तक जल उपचार के लिए लागू किया गया था। हेविट दीपक ने बड़ी मात्रा में पारा का उपयोग किया था। 1930 के दशक में, ओसराम-जीईसी कंपनी, जनरल इलेक्ट्रिक कंपनी और अन्य द्वारा विकसित आधुनिक रूप के उन्नत लैंप ने सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए पारा वाष्प दीपक का व्यापक उपयोग किया।

संचालन का सिद्धांत
ट्यूब में पारा सामान्य तापमान पर तरल होता है। इससे पहले कि दीपक अपना पूर्ण प्रकाश उत्पादन कर सके, इसे वाष्पीकृत और आयनीकृत करने की आवश्यकता है। दीपक को प्रारंभ करने की सुविधा के लिए, एक तीसरा इलेक्ट्रोड मुख्य इलेक्ट्रोड में से एक के पास लगाया जाता है और दूसरे मुख्य इलेक्ट्रोड से एक प्रतिरोधक के माध्यम से जुड़ा होता है। ट्यूब में पारे के अतिरिक्त कम दबाव पर आर्गन गैस भरी जाती है। जब शक्ति लागू होती है, अगर आर्गन को आयनित करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज होता है, तो आयनित आर्गन गैस प्रारंभिक इलेक्ट्रोड और आसन्न मुख्य इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटा सा आर्क है। जैसा कि आयनित आर्गन संचालित करता है, इसके आर्क से निकलने वाली गर्मी तरल पारे को वाष्पित कर देती है; अगले, दो मुख्य इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज पारा गैस को आयनित करेगा। दो मुख्य इलेक्ट्रोड के बीच एक आर्क प्रारंभ होता है और दीपक मुख्य रूप से पराबैंगनी, बैंगनी और नीली उत्सर्जन लाइनों में विकीर्ण करेगा। तरल पारे के निरंतर वाष्पीकरण से आर्क ट्यूब का दबाव दीपक के आकार के आधार पर 2 से 18  बार (इकाई) के बीच बढ़ जाता है। दबाव में वृद्धि के परिणामस्वरूप दीपक की चमक और बढ़ जाती है।  पूरी वार्म-अप प्रक्रिया में लगभग 4 से 7 मिनट लगते हैं। कुछ बल्बों में एक थर्मल स्विच सम्मलित होता है जो प्रारंभिक इलेक्ट्रोड को निकटवर्ती मुख्य इलेक्ट्रोड से छोटा कर देता है, मुख्य आर्क के टकराने पर प्रारंभिक आर्क को बुझा देता है।

पारा वाष्प दीपक एक नकारात्मक प्रतिरोध उपकरण है। इसका मतलब है कि ट्यूब के माध्यम से विद्युत प्रवाह बढ़ने पर इसका प्रतिरोध (बिजली) कम हो जाता है। इसलिए यदि दीपक सीधे विद्युत लाइनों जैसे स्थिर-वोल्टेज स्रोत से जुड़ा है, तो इसके माध्यम से धारा तब तक बढ़ेगी जब तक कि यह स्वयं को नष्ट नहीं कर देती। इसलिए, इसके माध्यम से करंट को सीमित करने के लिए इसे संचालक (विद्युत) की आवश्यकता होती है। पारा वाष्प दीपक संचालक प्रतिदीप्त दीप के साथ उपयोग किए जाने वाले संचालक के समान हैं। वास्तव में, पहले ब्रिटिश प्रतिदीप्त दीप को 80-वाट पारा वाष्प संचालक से संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। आत्मसंतुष्ट मरकरी वाष्प दीपक भी उपलब्ध हैं। ये दीपक आर्क ट्यूब के साथ श्रृंखला में एक टंगस्टन फिलामेंट का उपयोग करते हैं, दोनों एक प्रतिरोधी संचालक के रूप में कार्य करते हैं और चाप ट्यूब के लिए पूर्ण तरंग प्रकाश जोड़ते हैं। आत्मसंतुष्ट पारा वाष्प दीपक को उचित वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाने वाली मानक अत्यधिक चमकीला प्रकाश सॉकेट में खराब किया जा सकता है।

मेटल हलाइड
धातु हलाइड दीपक नामक एक बहुत ही बारीकी से संबंधित दीपक डिजाइन पारा के साथ मिश्रण में विभिन्न यौगिकों का उपयोग करता है। सोडियम आयोडाइड और स्कैंडियम आयोडीन सामान्यतः उपयोग में हैं। ये दीपक फॉस्फर का सहारा लिए बिना बेहतर गुणवत्ता वाली रोशनी पैदा कर सकते हैं। यदि वे एक प्रारंभिक इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं, तो दीपक के जलने के बाद मुख्य इलेक्ट्रोड और प्रारंभिक विद्युदग्र के बीच किसी भी विद्युत क्षमता को समाप्त करने के लिए हमेशा एक थर्मल शॉर्टिंग स्विच होता है। (हैलाइड्स की उपस्थिति में यह विद्युत क्षमता कांच/धातु सील की विफलता का कारण बन सकती है)। अधिक आधुनिक मेटल हैलाइड सिस्टम एक अलग प्रारंभिक इलेक्ट्रोड का उपयोग नहीं करते हैं; इसके अतिरिक्त, उच्च दबाव सोडियम वाष्प दीपक के साथ उच्च वोल्टेज दालों का उपयोग करके प्रकाश प्रारंभ किया जाता है।

स्वयं रोधक दीपक
स्वयं रोधक (SB) दीपक मरकरी वाष्प दीपक होते हैं जिनके अंदर एक टंगस्टन फिलामेंट होता है जो आर्क ट्यूब के साथ श्रृंखला में जुड़ा होता है जो एक विद्युत संचालक के रूप में कार्य करता है। यह एकमात्र प्रकार का मरकरी वाष्प दीपक है जिसे बिना बाहरी बलास्ट के सीधे मेन से जोड़ा जा सकता है। इन लैंपों में समान आकार के अत्यधिक चमकीला दीपक की तुलना में केवल समान या थोड़ी अधिक दक्षता होती है, परंतु इनका जीवन अविश्वसनीय होता है। वे स्टार्टअप पर तुरंत रोशनी देते हैं, परंतु बिजली बाधित होने पर सामान्यतः कुछ मिनटों के लिए रेस्ट्रिक करने की आवश्यकता होती है। संवाहक तार द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के कारण, उनके पास पारा वाष्प दीपक की तुलना में थोड़ा बेहतर रंग प्रदान करने वाले गुण होते हैं। स्वयं-रोधक दीपक सामान्यतः एक मानक पारा वाष्प दीपक की तुलना में अधिक महंगे होते हैं।

ऑपरेशन
जब एक पारा वाष्प दीपक पहली बार चालू होता है, तो यह एक गहरे नीले रंग की चमक पैदा करेगा चूंकि पारा की केवल थोड़ी मात्रा आयनित होती है और आर्क ट्यूब में गैस का दबाव बहुत कम होता है, इसलिए पराबैंगनी पारा में बहुत अधिक प्रकाश उत्पन्न होता है। जैसे ही मुख्य चाप टकराता है और गैस गर्म होती है और दबाव में वृद्धि होती है, प्रकाश दृश्य सीमा में बदल जाता है और उच्च गैस दबाव पारा उत्सर्जन बैंड को कुछ हद तक चौड़ा कर देता है, जिससे एक ऐसी रोशनी पैदा होती है जो मानव आंखों को अधिक सफेद दिखाई देती है, चूंकि यह अभी भी एक सतत वर्णक्रम नहीं है। पूर्ण तीव्रता पर भी, बिना फॉस्फोर वाले मरकरी वाष्प दीपक का प्रकाश स्पष्ट रूप से नीले रंग का होता है। एक बार जब बल्ब अपने काम करने के तापमान पर पहुँच जाता है तो क्वार्ट्ज आर्क-ट्यूब में दबाव लगभग एक वातावरण तक बढ़ जाता है। यदि निर्वहन बाधित होना चाहिए (उदाहरण के लिए बिजली की आपूर्ति में रुकावट), तो दीपक के लिए यह संभव नहीं है कि जब तक बल्ब पर्याप्त रूप से ठंडा न हो जाए तब तक दबाव काफी कम हो जाए। दीपक के रुकने से पहले लंबे समय तक चलने का कारण बढ़े हुए दबाव के कारण होता है, जो अंदर गैस के उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज की ओर जाता है (चाप शुरू करने के लिए आवश्यक वोल्टेज - पास्चेन का नियम), जो संचालक की क्षमताओं से बाहर है।

रंग विचार
नीले रंग के रंग को ठीक करने के लिए, कई पारा वाष्प दीपक बाहरी बल्ब के अंदर एक फॉस्फोर के साथ लेपित होते हैं जो पराबैंगनी उत्सर्जन के कुछ हिस्से को लाल बत्ती में परिवर्तित कर देता है। यह विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम  के अन्यथा बहुत कम लाल सिरे को भरने में मदद करता है। इन दीपकों को सामान्यतः कलर करेक्टेड दीपक कहा जाता है। अधिकांश आधुनिक पारा वाष्प दीपक में यह कोटिंग होती है। पारा रोशनी के खिलाफ मूल शिकायतों में से एक थी कि स्पेक्ट्रम के लाल सिरे से प्रकाश की कमी के कारण लोगों को रक्तहीन लाशों की तरह दिखने की प्रवृत्ति थी। फॉस्फोर का उपयोग करने से पहले इस समस्या को ठीक करने का एक सामान्य नियम पारा दीपक को अत्यधिक चमकीला दीपक के साथ संचालित करना था। अल्ट्रा-हाई-प्रेशर पारा वाष्प दीपक (सामान्यतः 200 एटीएम से अधिक) में लाल रंग (जैसे, निरंतर विकिरण के कारण) में भी वृद्धि हुई है, जिसे आधुनिक मीडिया प्रोजेक्टर में आवेदन मिला है। जब बाहर, लेपित या रंग सुधारित दीपक सामान्यतः  प्रकाश के चारों ओर नीले प्रभामंडल द्वारा पहचाने जा सकते हैं।

उत्सर्जन लाइन स्पेक्ट्रम
उत्सर्जन रेखा स्पेक्ट्रम की सबसे मजबूत चोटियाँ हैं

निम्न दाब पारा-वाष्प दीपक में केवल 184 एनएम और 254 एनएम पर रेखाएं सम्मलित होती हैं। 184 एनएम प्रकाश को अवशोषित होने से रोकने के लिए निर्माण में फ़्यूज्ड सिलिका का उपयोग किया जाता है। मध्यम-दबाव पारा-वाष्प दीपक में 200 से 600 एनएम तक की रेखाएँ सम्मलित होती हैं। मुख्य रूप से यूवी-ए (लगभग 400 एनएम) या यूवी-सी (लगभग 250 एनएम) में उत्सर्जित करने के लिए दीपक का निर्माण किया जा सकता है। सामान्य प्रकाश व्यवस्था के प्रयोजनों के लिए सामान्यतः उच्च दबाव पारा-वाष्प दीपक का उपयोग किया जाता है। वे मुख्य रूप से नीले और हरे रंग में निकलते हैं।

पराबैंगनी सफाई
कम दबाव पारा-वाष्प दीपक में सामान्यतः कम तरंग दैर्ध्य प्रकाश के संचरण की अनुमति देने के लिए एक क्वार्ट्ज बल्ब होता है। यदि सिंथेटिक क्वार्ट्ज का उपयोग किया जाता है, तो क्वार्ट्ज की पारदर्शिता (ऑप्टिक्स) और बढ़ जाती है और 185 एनएम पर एक उत्सर्जन रेखा भी देखी जाती है। इस तरह के दीपक का उपयोग तब पराबैंगनी कीटाणुनाशक विकिरण के लिए किया जा सकता है। 185 एनएम लाइन ऑक्सीजन युक्त वातावरण में ओजोन बनाएगी, जो सफाई प्रक्रिया में मदद करती है, परंतु यह स्वास्थ्य के लिए खतरा भी है।

प्रकाश प्रदूषण विचार
उन स्थानों के लिए जहां प्रकाश प्रदूषण प्रमुख महत्व का है (उदाहरण के लिए, एक वेधशाला पार्किंग स्थल), कम दबाव वाले सोडियम को प्राथमिकता दी जाती है। चूंकि यह दो बहुत करीबी तरंग दैर्ध्य पर संकीर्ण वर्णक्रमीय रेखाओं का उत्सर्जन करता है, इसलिए इसे छानना सबसे आसान है। बिना किसी फॉस्फोर के मरकरी वाष्प दीपक दूसरे सर्वश्रेष्ठ हैं; वे केवल कुछ विशिष्ट पारे की रेखाएँ उत्पन्न करते हैं जिन्हें फ़िल्टर करने की आवश्यकता होती है।

बैन
यूरोपीय संघ में 2015 में प्रकाश के प्रयोजनों के लिए कम दक्षता पारा वाष्प दीपक के उपयोग पर प्रतिबंध लगा दिया गया था। यह संक्षिप्त प्रतिदीप्त दीपक में पारा के उपयोग को प्रभावित नहीं करता है, न ही प्रकाश के अतिरिक्त अन्य उद्देश्यों के लिए पारा दीपक का उपयोग होता है। अमेरिका में, सामान्य रोशनी के लिए मरकरी वाष्प दीपकों के संचालक विशिष्ट अनुप्रयोग मरकरी वाष्प दीपक संचालक को छोड़कर, 1 जनवरी, 2008 के बाद प्रतिबंधित कर दिए गए थे। इस वजह से, कई निर्माताओं ने पारा वाष्प जुड़नार के लिए प्रतिस्थापन संक्षिप्त प्रतिदीप्त (सीएफएल) और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) बल्ब बेचना प्रारंभ कर दिया है, जिन्हें विद्युत प्रवाह स्थिरता में संशोधन की आवश्यकता नहीं है। यूएस अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने 2015 में निर्धारित किया था कि कि 2010 में एचआईडी लैंप के पारा वाष्प प्रकार के लिए प्रस्तावित नियमों को लागू नहीं किया जाएगा, चूंकि वे पर्याप्त बचत नहीं देंगे।

पराबैंगनी खतरे
पारा दीपक की आर्कट्यूब बड़ी मात्रा में लघु तरंग यूवी-सी प्रकाश पैदा करती है जिससे आंख और त्वचा जल सकती है। सामान्यतः दीपक के कांच के बाहरी आवरण और कुछ दीपकों में, फॉस्फोर कोटिंग भी इस विकिरण को रोकते हैं। चूंकि, अगर दीपक का बाहरी जैकेट टूट जाता है, तो सावधानी बरतनी चाहिए, चूंकि आर्कट्यूब काम करना जारी रखेगा, सुरक्षा के लिए खतरा पैदा करता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में दर्ज स्थिति दर्ज किए गए हैं, व्यायामशालाओं में दीपक से टकराने वाली गेंदों से दीपक क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लघु तरंग पराबैंगनी विकिरण से धूप जलती है और आंखों में जलन होती है। जब जिम जैसे स्थानों में उपयोग किया जाता है, तो दीपक के बाहरी बल्ब की सुरक्षा के लिए स्थिरता में एक मजबूत बाहरी गार्ड या बाहरी लेंस होना चाहिए। उक्त प्रलेखित मामलों के परिणामस्वरूप, कुछ अमेरिकी निर्माताओं ने "सुरक्षा" दीपक बनाए जो बाहरी कांच टूट जाने पर जानबूझकर जल जाएंगे। यह सामान्यतः एक पतली टंगस्टन पट्टी का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, जो किसी एक विद्युदग्र को जोड़ने के लिए हवा की उपस्थिति में जल जाएगी।

सोडा लाइम या बोरोसिलिकेट ग्लास से बने बाहरी लिफाफे के साथ विशिष्ट पारा वाष्प दीपक से बचने के लिए अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में 365 एनएम यूवी विकिरण की अनुमति देते हैं। यह दिग्गजों के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले कुछ प्लास्टिक की त्वरित उम्र बढ़ने का कारण बन सकता है, केवल कुछ वर्षों की सेवा के बाद उन्हें काफी हद तक फीका कर दिया जाता है। पॉलीकार्बोनेट विशेष रूप से इस समस्या से ग्रस्त है और यह असामान्य नहीं है कि दीपक के पास स्थित काफी नई पॉलीकार्बोनेट सतहों को केवल थोड़े समय के बाद ,पीले रंग में बदल दिया गया हो।

क्षेत्र और सड़क प्रकाश
चूंकि अन्य प्रकार के उच्च-तीव्रता वाले प्रवाह दीपक अधिक सामान्य होते जा रहे हैं, संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा और जापान में पारा वाष्प दीपक का उपयोग कभी-कभी क्षेत्र प्रकाश और स्ट्रीट लाइटिंग के लिए किया जाता है।

यूवी इलाज
छपाई उद्योग में स्याही को ठीक करने के लिए पारा वाष्प दीपक का उपयोग किया जाता है। ये सामान्यतः उपयोग की जाने वाली स्याही को तेजी से ठीक करने और सेट करने के लिए उच्च शक्ति वाले होते हैं। वे संलग्न हैं और उत्पन्न ओजोन को हटाने के लिए मानव जोखिम के साथ-साथ विशेष निकास प्रणाली को रोकने के लिए सुरक्षा है।

आण्विक स्पेक्ट्रोस्कोपी
चाप प्लाज्मा के उच्च इलेक्ट्रॉन तापमान के कारण मिलीमीटर और टेराहर्ट्ज़ तरंग दैर्ध्य पर उपयोगी ब्रॉडबैंड सातत्य ("शोर") ऊर्जा प्रदान करने के कारण उच्च दबाव पारा वाष्प (और कुछ विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए मेटल-हैलाइड) दीपक आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी में आवेदन पाते हैं; आयनीकृत पारा (254 एनएम) की मुख्य यूवी उत्सर्जन रेखा टी = 11,500 के ब्लैकबॉडी से संबंधित है। यह संपत्ति उन्हें ऐसी आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए उपलब्ध बहुत कम सरल, सस्ती स्रोतों में से एक बनाती है। उदाहरण के लिए, एक मानक 250-वाट सामान्य-प्रकाश पारा लैंप 120 GHz से 6 THz तक महत्वपूर्ण उत्पादन करता है। इसके अतिरिक्त, मध्य-अवरक्त में कम तरंग दैर्ध्य गर्म क्वार्ट्ज आर्क-ट्यूब लिफाफे से उत्सर्जित होते हैं। पराबैंगनी आउटपुट के साथ, कांच के बाहरी बल्ब इन आवृत्तियों पर काफी हद तक अपारदर्शी होते हैं और इस प्रकार इस उद्देश्य के लिए इसे हटाने की आवश्यकता होती है (या उद्देश्य-निर्मित दीपक में छोड़ दिया जाता है)।

प्रोजेक्शन
अल्ट्रा-हाई-परफॉरमेंस दीपक या UHP दीपक कहे जाने वाले विशेष अल्ट्रा हाई-प्रेशर पारा वाष्प दीपक, सामान्यतः डिजिटल वीडियो प्रोजेक्टर में उपयोग किए जाते हैं, जिसमें डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण, 3LCD और सिलिकॉन प्रोजेक्टर पर लिक्विड क्रिस्टल सम्मलित हैं।

यह भी देखें

 * संयुक्त राज्य अमेरिका में स्ट्रीट लाइटिंग का इतिहास
 * प्रकाश स्रोतों की सूची
 * यूएचपी (दीपक)

अग्रिम पठन

 * Museum of Electric Lamp Technology
 * Museum of Electric Lamp Technology