¿Qué es una Fuente de Luz de Xenón?
Las fuentes de luz de xenón son fuentes de luz artificiales que utilizan la luz emitida por una descarga de arco en gas xenón.
La descarga de arco se refiere a la ionización de moléculas de gas entre electrodos positivos y negativos en un estado de plasma, a través del cual fluye una corriente eléctrica. Debido a su principio luminoso, las fuentes de luz de xenón se caracterizan por un menor consumo de energía y una mayor duración que las fuentes de luz incandescentes que energizan filamentos, como las bombillas incandescentes. Otras fuentes de luz artificial importantes son las lámparas halógenas, pero las fuentes de luz de xenón son más potentes que las lámparas halógenas y pueden iluminar áreas más pequeñas.
Aunque a veces se describen como lámparas de xenón, en este artículo se utilizará el término fuente de luz de xenón, ya que se confunde con las lámparas incandescentes rellenas de xenón (bombillas de xenón). Una bombilla de xenón, que emite luz haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un filamento, es completamente diferente de una fuente de luz de xenón, que emite luz haciendo pasar una corriente eléctrica a través de gas xenón plasmatizado.
Usos de las Fuentes de Luz de Xenón
Las fuentes de luz de xenón tienen una vida útil relativamente larga porque no son fuentes de luz calentadas por filamento como las bombillas incandescentes. Además, cuando se combinan con filtros especiales, el espectro es casi el mismo que el de la luz solar, lo que las hace útiles en la industria, la medicina y otros “sitios donde es necesario reproducir los colores naturales”.
1. Aplicaciones de las Lámparas de Arco Corto
Las lámparas de xenón de arco corto se utilizan como fuentes de luz puntuales de alta luminancia en las siguientes aplicaciones:
Iluminación
Aunque también se utilizan como fuentes de luz de alta intensidad, como reflectores y faros, se caracterizan por su uso frecuente como iluminación de escenarios y lámparas quirúrgicas, donde se requiere una reproducción natural del color. También se utilizan como fuentes de luz para endoscopios, ya que pueden miniaturizarse.
Fuentes de Luz para Ensayos
Como simuladores solares con propiedades similares a las de la luz del sol, son ideales para probar la eficiencia de generación de energía de los paneles solares o realizar pruebas de durabilidad, como la decoloración o degradación de materiales debido a la luz solar. Gracias a su capacidad para emitir luz de una amplia gama de longitudes de onda, se utilizan como fuentes de luz para analizadores espectrales y para probar pantallas y dispositivos de medición.
Fuente de Luz para Proyección
Las lámparas de xenón de arco corto son la fuente de luz más adecuada para proyectores, proyectores de planetarios y grandes proyectores porque, además de ser una fuente de luz puntual, requieren una salida estable y una alta reproducción cromática.
2. Aplicaciones de las Lámparas de Arco Largo
Las lámparas de xenón de arco largo se utilizan a menudo como fuentes de luz de gran tamaño que necesitan iluminar un área amplia, como los proyectores de los estadios y la iluminación guiada de los aviones en los aeropuertos.
3. Aplicaciones de las Lámparas de Destello
Las lámparas de flash de xenón, que son las que se ven con más frecuencia, son lámparas de flash utilizadas para fotografía. Se utilizan en linternas de gran tamaño empleadas en estudios fotográficos y en linternas para cámaras SLR.
Otras aplicaciones incluyen el uso como equipo de fototerapia con xenón para mejorar el flujo sanguíneo en la piel para tratar cicatrices de quemaduras y hematomas (para promover la regeneración), y como fuente de luz para la depilación IPL (Luz Pulsada Intensa).
Principios de las Fuentes de Luz de Xenón
La estructura básica de una fuente de luz de xenón consiste en gas xenón encerrado en un tubo de cristal de cuarzo, dos electrodos y un circuito de iluminación conectado a ambos electrodos desde el exterior del tubo de cristal. La función del circuito de iluminación es iniciar una descarga de arco aplicando impulsos de alta tensión a los electrodos para generar una ruptura del aislamiento. Una vez iniciada, la descarga de arco puede mantenerse incluso a tensiones aplicadas más bajas, razón por la cual la mayoría de las fuentes de luz de xenón tienen una tensión nominal de 15-30 V.
Los electrones emitidos por el cátodo colisionan a gran velocidad para ionizar los átomos de xenón, y cómo los electrones producidos por la ionización ionizan el átomo de xenón siguiente (descarga de arco). Una vez iniciada la descarga del arco, se emite una amplia gama de longitudes de onda de luz (espectro continuo) a medida que los electrones ionizados se recombinan con los iones de xenón y vuelven a los átomos.
Además, algunos de los electrones del átomo de xenón se excitan sin ionizarse y, cuando los electrones excitados vuelven a su estado de reposo, emiten luz a una longitud de onda específica (espectro lineal). El espectro de una fuente de luz de xenón es, por tanto, un espectro continuo más un espectro de línea.
Tipos de Fuentes de Luz de Xenón
Las fuentes de luz de xenón pueden clasificarse a grandes rasgos en los siguientes tipos:
1. Lámparas de Arco Corto
Las lámparas de arco corto tienen una distancia corta de menos de unos milímetros entre los electrodos, por lo que el área de emisión es menor que la de las lámparas de xenón, lo que permite crear una fuente de luz puntual de alta luminancia. El tubo de cristal de cuarzo se llena con gas xenón a alta presión (alrededor de 5-10 atm) a temperatura ambiente. Los átomos de xenón emiten luz debido a la descarga de corriente continua, y se puede obtener un rendimiento estable en poco tiempo.
2. Lámparas de Arco Largo
Estas lámparas consisten en un tubo largo y estrecho de vidrio de cuarzo lleno de gas xenón a casi 1 atm (105 Pa). Se caracterizan por su flujo luminoso extremadamente elevado y suelen tener un consumo nominal de 1 kW o más; algunas lámparas tienen un consumo nominal de más de 50 kW.
Generalmente emiten luz por descarga de corriente alterna, la distancia entre electrodos es de 5-10 cm o más, y la parte del tubo de iluminación se calienta mucho cuando está encendida, por lo que es necesario refrigerarla con agua o aire.
3. Lámparas de Destello
Se trata de fuentes de luz de xenón que emiten luz durante un periodo de tiempo extremadamente corto (de varios μs a varios ms). Debido al corto tiempo de emisión, no se requiere ningún sistema de refrigeración y se puede reducir el tamaño total.
Tienen diversas formas y se llenan con gas xenón de 2 a 10 kPa. Hay dos tipos: se aplica una tensión de impulso al encenderse y un sistema shimmer, que permite una iluminación rápida aplicando constantemente una corriente débil incluso cuando la luz no está encendida.