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金屬鹵化物燈

metal halide lamp

　　將金屬鹵化物充入電弧管內，利用金屬原子電離激發發光的電光源。具有發光效率高、色溫高、顯色性好等特點。

　　簡史 　1911年，施泰因梅茨發現，在汞放電燈中加進各種金屬碘化物時，放電電弧中就會產生這些金屬的光譜。但是,當時的放電管溫度受玻璃軟化點的限制,其光譜強度微弱。1953年，制成放電中采用碘化釷、不需要電極的微波激發石英發光燈，它產生亮白色的釷發射譜線。50年代末，為了改進高壓汞燈的光色，進行了在汞電弧管內充入各種金屬及金屬鹵化物的試驗。1961年，第一支金屬鹵化物燈問世,燈內的發光物質不再是汞,而是金屬鹵化物（鈉、鉈、銦的碘化物）。此后，金屬鹵化物燈得到進一步研究和發展。

　　分類 　金屬鹵化物燈的分類方法很多，按填充物可分為4類：①鈉鉈銦類。具有線狀光譜,在黃、綠、藍區域分別有 3個峰值。②鈧鈉類。在整個可見光范圍內具有近似連續的光譜。③鏑鈥類。在整個可見光譜范圍內具有間隔極窄的多條譜線，近似連續光譜。④鹵化錫類。具有連續的分子光譜。此外還有充填單一金屬鹵化物的燈，它能發射特定波長的光譜,如鉈燈具有535nm波長光譜、綠色。

　　按燈的結構可分為3類:①石英電弧管內裝兩個主電極和一個啟動電極，外面套一個硬質玻殼（有直管形和橢球形兩種）的鹵鎢燈。這類燈主要用于體育場、道路、廠房等處的普通照明。②直管形電弧管內裝一對電極，不帶外玻殼，可代替直管形鹵鎢燈，用于體育場等地區泛光照明。③不帶外玻殼的短弧球形鹵鎢燈、單端或雙端橢球形的鹵鎢燈。主要用于電影放映和電影、電視的拍攝照明。

　　一般來說，帶硬質玻璃外玻殼（也可采用石英外玻殼）的鹵鎢燈,發光效率約75～120lm/W，壽命從數千小時至兩萬小時；直管形電弧管鹵鎢燈的發光效率約 90lm/W,壽命1000～2000小時；短弧球形鹵鎢燈的發光效率為90～120lm/W,壽命為數百小時。金屬鹵化物的最大功率為10kW，最小的可低到25W，供家庭照明使用。

　　工作原理 　電弧管內充有汞、惰性氣體和一種以上的金屬鹵化物。工作時，汞蒸發，電弧管內汞蒸氣壓達幾個大氣壓（零點幾個兆帕）；鹵化物也從管壁上蒸發，擴散進入高溫電弧柱內分解,金屬原子被電離激發,輻射出特征譜線。當金屬離子擴散返回管壁時，在靠近管壁的較冷區域中與鹵原子相遇，并且重新結合生成鹵化物分子。這種循環過程不斷地向電弧提供金屬蒸氣。電弧軸心處的金屬蒸氣分壓與管壁處鹵化物蒸氣的分壓相近,一般為 1330～13300Pa。通常采用的金屬平均激發電位為4eV左右,而汞的激發電位為7.8eV。因此,金屬光譜的總輻射功率可以大幅度超過汞的輻射功率。結果，典型的金屬鹵化物燈輸出的譜線主要是金屬光譜。因此，充填不同種金屬鹵化物可改善燈的顯色性（平均顯色指數Ra為70～95）。汞電弧總輻射中僅有23％在可見光區域內，而金屬鹵化物電弧的總輻射則有50％以上在可見光區域內，燈的發光效率可高達120lm/W以上。

　　金屬鹵化物與電極、石英玻璃之間以及鹵化物相互之間在高溫下都會引起化學反應。金屬鹵化物容易潮解，極少量水的吸入可造成放電不正常，使燈管發黑。電極電子發射物質系采用氧化鏑、氧化釔、氧化鈧等，以防止發射物質與鹵素發生反應。電弧管內有些金屬(如鈉)會遷移，結果會使鹵素過量，導致鹵素負電性極強，引起電弧收縮和啟動電壓、工作電壓升高。金屬鹵化物燈僅靠觸發電極的作用是不能可靠啟動的，一般采用雙金屬片啟動器，或者采用有足夠高啟動電壓的漏磁變壓器，也有采用電子觸發器的。此外，金屬鹵化物燈的點燃還需要限流器（即鎮流器），其工作電流比同功率高壓汞燈的要大一些。

　　金屬鹵化物燈還有一些問題要解決，如光色不一致性，需要附加裝置（觸發器、鎮流器）等。但總的來說，由于金屬鹵化物燈能很好地符合照明要求（見圖和表），它的發展將在照明技術中引起重大的突破。

　　發展趨勢 　除了在大面積照明場所發揮優勢外，人們將研究和開發適用于家庭、辦公室和商業照明的小功率金屬鹵化物燈，在工業、農業和其他特殊領域中應用的金屬鹵化物燈以及附有緊湊的電子觸發器、鎮流器一體化裝置的金屬鹵化物燈