ナトリウムランプとは
ナトリウムランプとは、蒸気圧の高いナトリウム蒸気中でアーク放電を行い、発光させるランプのことです。
アーク放電はプラズマを発生させ、導電性のない気体中に電気が流れる現象を指します。ナトリウムランプは暖かみのあるオレンジ色の光が特徴的で、水銀灯と比較して高い発光効率を誇ります。
また、寿命が長いことや透過性能に優れる点から、道路用の照明に使われることもあります。ただし、消費電力が小さく、長寿妙なLED照明の登場によって、ナトリウムランプの需要は減少しています。
ナトリウムランプの使用用途
図1. ナトリウムランプと視認性
ナトリウムランプは、省エネを目的とした道路や工場、商業施設の照明用途にしばしば使われます。最も有名な例がトンネルです。トンネル内は排気ガスや塵などで視認性が悪くなるため、これらの影響を受けにくいオレンジ色のナトリウムランプが1960年代頃から使われていました。
自動車の排気ガスの規制が強化されてトンネル内の視認性が低下することがなくなり、LED照明が普及したことで、ナトリウムランプの需要は減少傾向にあります。しかし、ナトリウムランプの光はその性質上虫を引き寄せにくいため、食品業界や製造業など虫の混入が深刻な問題となりうる業界では照明としての需要が高いです。
ナトリウムランプの原理
ここでは蒸気圧の大きさに応じて低圧、高圧、高演色高圧ナトリウムランプの3種類に分類し説明します。
1. 低圧ナトリウムランプ
図2. 低圧ナトリウムランプの構造
封入するナトリウム蒸気の圧力は0.5 Pa前後と非常に低く、発光の補助剤としてネオンやアルゴンが微量含まれています。ナトリウムランプの中で最も長い歴史を持ちますが、発光効率は最大180 lm/WとLEDより高いです。
しかし、オレンジの単色光のため、赤色の物体が黒色に見えてしまうことや寿命が短いなどの欠点も併せ持ちます。
2. 高圧ナトリウムランプ
低圧ナトリウムランプの演色性を改善したランプで、0.1気圧のナトリウム蒸気圧を封入しています。発光の補助剤としてキセノンが微量に含まれており、高温高圧の環境下でも破損しないように発光管には特殊なアルミナセラミックが使用されています。演色性の改善だけでなく、発光寿命も3倍程度長くなります。
3. 高演色高圧ナトリウムランプ
高圧ナトリウムランプと比較して蒸気圧を5倍程度まで引き上げた照明です。演色性が大幅に向上し、白熱電球のような暖かみのある照明になります。
他のナトリウムランプと比較すると発光効率は低下しますが、それでも白熱電球の3倍以上の効率を誇ります。
ナトリウムランプのその他情報
1. ナトリウムランプが虫を引き寄せにくい理由
図3. ナトリウムランプの発光波長
虫は光の中でも、紫外線に引き寄せられて集まってきます。ナトリウムランプが発する光の波長は590nm付近のみであり、黄色の単色発光です。すなわち、虫からすると感知できない光であるため、虫が集まりにくいです。
単色発光のため、色情報が必要な視覚検査を行う場所などでは不適ですが、農道など虫を寄せ付けたくない場所のランプには適しています。
2. ナトリウムランプを代替する際の注意点
ナトリウムランプと同等の原理で発光する水銀灯の生産終了に伴い、ナトリウムランプもLEDへの代替が進んでいます。しかし、ナトリウムランプはその発光色に起因する特長が複数あります。
省エネだけに注目し安易に白色LEDに代替するのではなく、使用する現場に応じた照明を選択することが重要です。近年、ナトリウムランプの色温度を再現したLEDが開発されているため、このようなLEDも検討すると良いです。
参考文献
https://electric-facilities.jp/denki7/ko/003.html
http://www.ceramic.or.jp/museum/contents/pdf/2008_05_06.pdf
https://gazoo.com/column/daily/18/04/13/