제논 아크 램프는 고도로 전문화된 형태의 가스방전등으로, 고압에서 이온화된 제논 가스를 통해 전기를 통과시켜 빛을 내는 전등이다.영화관, 서치라이트, 산업 및 연구분야에서 햇빛을 모사하기 위한 전문용도로 자연광과 밀접하게 모사하는 밝은 흰색 빛을 생산한다.

제논 아크 램프는 일반적으로 연속출력 제논 단락아크 램프, 연속출력 제논 장아크 램프, 제논 플래시 램프(일반적으로 별도 고려)의 3가지 범주로 대략 나눌 수 있다.

각각은 융접된 석영 또는 기타 내열 유리 아크 튜브로 구성되며, 양쪽 끝에는 텅스텐 금속 전극이 있다.유리 튜브는 먼저 대피한 다음 제논 가스로 다시 채워진다.제논 플래시 튜브의 경우 일반적으로 세 번째 "트리거" 전극이 아크 튜브의 외부를 둘러싸고 있다.제논 아크 램프의 수명은 설계 및 전력 소비량에 따라 달라지며, 주요 제조업체는 평균 수명을 500시간(7kW)에서 1,500시간(1kW)으로 추정한다.[1]

제논 방전에 대한 관심은 우선 P에 의해 발동되었다.슐츠는 1944년에 그것의 거의 연속적인 스펙트럼과 높은 색상의 렌더링 백색 빛을 발견한 이후였다.[2]전시의 한계로 인해, 이 고귀한 가스의 사용가능성에 대한 중요한 발전은 1949년 영국 지멘스 램프 회사의 존 알딩턴이[3] 그의 연구를 발표하기 전까지 이루어지지 않았다.[4]

이는 시네마 프로젝션에서 탄소 호를 대체하는 기술로서 이 기술을 더욱 발전시키기 위한 독일 오스람사의 집중적인 노력을 촉발시켰다.제논 램프는 깜박임이 적은 보다 안정적인 아크의 엄청난 이점을 약속했고, 비소비성 전극은 더 긴 필름을 중단 없이 보여줄 수 있게 했다.오스람이 이 성과에 기여한 일차적인 공헌은 제논 방전물리학에 대한 철저한 연구였는데, 이 연구는 특정 전극과 전구 기하학을 가진 DC 작동을 위한 매우 짧은 호를 향한 개발을 지시하였다.음극은 열전자 방출에 대해 높은 온도에 도달하기 위해 작게 유지되며, 양극은 들어오는 전자가 감속될 때 발생하는 열을 발산하기 위해 더 크다.대부분의 빛은 아크의 온도가 10,000°C에 이르는 음극 팁 바로 앞에서 생성된다.플라즈마는 양극 쪽으로 가속되어 전극 모양과 전류 흐름에 의해 생성되는 내적 자기 압축, 그리고 전구 모양에 의해 제어되는 대류 효과에 의해 안정화된다.

이러한 발전에 따라 1950년 10월 30일 제논 빛을 이용한 최초의 성공적인 대중 투영이 이루어졌는데, 당시 베를린에서 열린 독일 시네마토그래픽 협회의 216회 회기 동안 컬러 필름(Das Schwarzwaldmédel)의 발췌본이 상영되었다.[5]이 기술은 1952년 독일 오스람에 의해 상업적으로 도입되었다.[6]이 램프는 2kW 크기(XBO2001)로 처음 제작되었으며,[citation needed] 1kW([7]XBO1001)는 영화 투영에 널리 사용되었으며, 여기서 오래되고 노동 집약적인(작동하기 위해) 탄소 아크 램프를 대체하였다.

제논 아크가 생성하는 백색 연속광은 일광과 놀라울 정도로 유사하지만, 램프는 입력 전력의 와트당 가시광 출력 루멘의 측면에서 효율성이 다소 낮다.오늘날, 극장의 거의 모든 영화 프로젝터들은 900와트에서 12kW의 전력으로 이 램프를 사용한다.옴니맥스(이맥스 돔) 투영 시스템은 최고 정격 15kW의 단일 제논 램프를 사용한다.2016년 현재 디지털 시어터 프로젝터용 레이저 조명은 시장 입지를 확립하기 시작했으며, 이 응용을 위해 제논 아크 램프를 대체할 것으로 예측되었다.[9]

아크의 크기가 매우 작기 때문에 적당한 정밀도로 램프에서 나오는 빛을 집중시킬 수 있다.이러한 이유로, 현미경 및 기타 기기의 경우 10와트 이하의 작은 크기의 제논 아크 램프가 광학 및 정밀 조명에 사용되지만, 현대에는 단일 모드 레이저 다이오드와 백색 광선 초진공 레이저로 대체되어 진정한 회절 제한 지점을 생성할 수 있다.더 큰 램프는 좁은 광선이 발생하는 서치라이트나 일광 시뮬레이션이 필요한 필름 생산 조명에 사용된다.

모든 제논 쇼트아크 램프는 상당한 자외선 복사를 생성한다.제논은 UV 대역에 강한 스펙트럼 라인을 가지고 있으며, 이 선들은 융합된 쿼츠 램프 봉투를 쉽게 통과한다.표준 램프에 사용되는 붕소실산염 유리와 달리 퓨전 쿼츠는 특별히 도핑하지 않으면 자외선을 쉽게 통과한다.짧은 아크 램프가 방출하는 자외선은 오존 발생의 2차 문제를 일으킬 수 있다.자외선 복사는 램프를 둘러싼 공기의 산소 분자를 충돌시켜 이온화를 일으킨다.이온화 분자 중 일부는 O, 오존으로3 재결합한다.단아크 램프를 광원으로 사용하는 장비는 자외선을 차단하고 오존이 축적되지 않도록 해야 한다.

많은 램프가 봉투에 단파 UV 차단 코팅이 되어 있어 '오존 프리' 램프로 판매되고 있다.이러한 "오존 프리" 램프는 적절한 환기가 용이하지 않은 실내 애플리케이션에서 일반적으로 사용된다.일부 램프에는 초순도 합성 퓨즈 실리카(예: '수프라실')로 만든 봉투가 있어 비용은 대략 두 배 정도 들지만 진공 UV 영역으로 유용한 빛을 방출할 수 있다.이 램프들은 보통 순수한 질소 대기에서 작동된다.

현대의 모든 제논 쇼트아크 램프는 토르드 텅스텐 전극이 있는 퓨즈드 쿼츠 봉투를 사용한다.Fused Quartz는 광학적으로 선명하면서도 작동 램프에 존재하는 고압(IMAX 전구의 경우 25기압)과 고온을 견딜 수 있는 현재 경제성이 있는 유일한 물질이다.전극의 토륨 도판트는 전자 방출 특성을 크게 강화한다.텅스텐과 쿼츠는 열팽창 계수가 다르기 때문에 텅스텐 전극은 순수한 몰리브덴 금속이나 인바르 합금의 스트립에 용접되어 그 다음 쿼츠에 녹여 봉투 봉인을 형성한다.

관련 전력 수준이 매우 높기 때문에 대형 램프는 수냉식이다.IMAX 프로젝터에 사용되는 경우, 전극 본체는 고체 Invar로 만들어지며, 토르티드 텅스텐으로 팁을 준다.O-링은 벌거벗은 전극이 물에 닿지 않도록 튜브를 밀봉한다.저전력 애플리케이션에서는 전극이 너무 차가워 효율적인 전자 방출이 불가능하며 냉각되지 않는다.고전력을 사용하는 경우 각 전극에 대해 추가적인 수냉 회로가 필요하다.비용을 절감하려면 물 회로가 분리되지 않고 물을 전기적으로 비전도성으로 만들기 위해 탈이온화해야 하는데, 이를 통해 석영이나 일부 레이저 매체가 물에 용해될 수 있다.

최대 효율을 달성하기 위해 짧은 아크 램프 내부의 제논 가스는 최대 30기압(440psi/3040kPa)의 매우 높은 압력으로 유지되며, 이는 안전에 대한 우려를 제기한다.사용 중 램프가 떨어지거나 파열되면 램프 봉투 조각이 고속으로 던져질 수 있다.이를 완화하기 위해 대형 제논 쇼트아크 램프는 일반적으로 보호 차폐물로 운송되며, 보호 차폐는 파손될 수 있는 봉투 파편을 포함한다.일반적으로 차폐는 램프가 램프 하우징에 설치되면 제거된다.램프가 유효 수명이 다하면 보호막을 램프에 다시 씌우고, 사용후 램프를 장비에서 제거하여 폐기한다.램프가 노후화되면 고장 위험이 높아지므로 교체되는 전구는 폭발 위험이 가장 크다.램프 제조업체는 제논 쇼트아크 램프를 취급할 때 보안경을 사용할 것을 권장한다.일부 램프, 특히 IMAX 프로젝터에 사용되는 램프는 전신 보호복을 사용해야 한다.

제논 쇼트아크 램프는 제논 가스만을 함유한 퓨어 제논과 제논 가스와 소량의 수은 금속을 함유한 제논-머큐리의 두 가지 뚜렷한 품종으로 나온다.

순수한 제논 램프에서 대부분의 빛은 전자 흐름이 음극의 얼굴을 떠나는 곳에 위치한 작고 정확한 크기의 플라즈마 구름 안에서 생성된다.광 발생 부피는 원뿔 모양이며, 광도는 음극에서 양극으로 기하급수적으로 이동하면서 떨어진다.플라즈마 구름을 통과하는 전자가 양극을 강타하여 양극을 가열시킨다.그 결과 제논 단아크 램프의 양극은 열을 발산하기 위해 음극보다 훨씬 크거나 수냉되어야 한다.순수 제논 쇼트아크 램프의 출력은 색온도가 약 6200K이고 색 렌더링 지수가 100에 가까운 상당히 연속적인 스펙트럼 전력 분배를 제공한다.[10]그러나 고압 램프에서도 근적외선에는 850~900nm의 매우 강한 방출선이 있다.이 스펙트럼 영역은 전체 방출 빛의 약 10%를 포함할 수 있다.[citation needed]광도는 2만 ~ 50만 cd/cm이다2.순수 제논 쇼트아크 램프의 OSRAM 상명인 'XBO 램프'가 그 예다.[10]

내시경 및 치과 기술 조명 가이드 시스템과 같은 일부 애플리케이션은 포함된다.

순수한 제논 램프에서처럼 생성되는 대부분의 빛은 음극의 얼굴 근처에 있는 핀포인트 크기의 플라즈마 구름에서 방사된다.그러나 제논-머큐리 램프에 있는 플라즈마 구름은 전자 흐름이 더 무거운 수은 원자에 더 빨리 에너지를 잃기 때문에 같은 크기의 순수한 제논 램프보다 작은 경우가 많다.제논-메르쿠리 단아크 램프는 블루스-화이트 스펙트럼과 극도로 높은 UV 출력을 가지고 있다.이 램프는 주로 UV 양생, 물체 살균, 오존 발생에 사용된다.

제논 쇼트아크 램프도 세라믹 본체와 일체형 반사체로 제조된다.UV 전송 또는 차단 윈도우에서 많은 출력 전력 정격으로 사용할 수 있다.반사기 옵션은 포물선(시준 광의 경우) 또는 타원형(집중 광의 경우)이다.그것들은 비디오 프로젝터, 광섬유 조명기, 내시경과 전조등 조명, 치과 조명, 검색등과 같은 매우 다양한 용도에 사용된다.

제논 쇼트아크 램프는 다른 가스방전등과 마찬가지로 음의 온도계수를 가진다.저전압, 고전류, DC에서 작동하며 20~50kV의 고전압 펄스로 시작한다.예를 들어, 450W 램프는 18V에서 정상적으로 작동하고 25A는 한번 시동되었다.또한 그들은 본질적으로 불안정하여 혈장 진동이나 열가출과 같은 현상을 일으키기 쉽다.[citation needed]이러한 특성 때문에 제논 쇼트아크 램프는 불꽃에서 깜박이지 않고 작동하는 적절한 전원을 공급해야 하며, 이는 궁극적으로 전극을 손상시킬 수 있다.

이들은 유리관 내 전극 간 거리가 크게 길어진다는 점을 제외하면 구조적으로 단아크 램프와 비슷하다.타원형 반사기 안에 장착할 때, 이러한 램프는 종종 짧은 섬광으로 햇빛을 시뮬레이션하는데 사용되며, 종종 사진 촬영을 위해 사용된다.대표적인 용도로는 태양전지 시험(광학필터 사용), 재료의 연령 시험을 위한 태양 시뮬레이션, 신속한 열처리, 재료 검사 및 소결 등이 있다.

러시아와 구소련 위성국 이외에는 일반적으로 알려져 있지 않지만, 긴 아크 제논 램프는 기차역, 스포츠 경기장, 채굴 작업, 원자력 발전소 높은 만 공간과 같은 넓은 지역의 일반적인 조명에 사용되었다.이 램프들, лппппооооо literally literally literally literally literally literally literally literally literally literally literally literally, 문자 그대로 "램프 제논 DKT"는 2kW ~ 100kW의 높은 와트가 특징이었다.램프는 플라즈마가 열화 되어 있는 특이한 방출체, 즉 전자가 가스 자체보다 현저히 뜨겁지 않은 상태에서 작동했다.이러한 조건에서는 양의 전류 전압 곡선이 입증되었다.이를 통해 5와 10kW와 같은 더 큰 공통의 크기가 밸러스트 없이 각각 110볼트와 220볼트의 주전원 AC에서 직접 작동할 수 있게 되었으며, 호를 시작하기 위해서는 직렬 점화기만 필요했다.

램프는 텅스텐 백열등 효율의 약 2배인 30루멘/와트(약 30루멘/와트)를 생산했지만 메탈할라이드와 같은 현대적인 공급원에는 미치지 못했다.수은 함량, 대류 공기 냉각, 고압 파열 위험 없음, 거의 완벽한 색상 재현이라는 장점이 있었다.낮은 효율과 보다 일반적인 램프 유형과의 경쟁으로 인해 오늘날에는 설치물이 거의 남아 있지 않지만, 설치되는 곳에서는 특성 있는 직사각형/엘리피컬 반사경과 비교적 긴 관형 선원에서 나오는 아삭아삭한 청백색 빛을 인식할 수 있다.