超高压铟灯金属卤化物的循环

在金属卤化物灯内，管壁和电弧中心的温度相差很大。在管壁及其附近的温度下，金属卤化物会大量蒸发，并向金属卤化物蒸汽浓度较低的电弧中心的高温区扩散。在这里，温度高达4000K~6000K，扩散到这里的金属卤化物被分解为金属原子和卤素原子，金属原子被激发参与放电，辐射出特征谱线。这样，在电弧中心区的金属原子和卤素原子浓度就较高，它们又向管壁扩散，在接近管壁的相对温度较低的区域又重新复合成金属卤化物分子，而这种卤化物对石英玻璃几乎不起作用。这就是金属卤化物的分解与复合的循环过程，通过这种循环，不断向电弧提供了足够浓度的金属原子参与发光，同时又避免了金属在管壁的沉积。

金属卤化物灯是目前世界上最优秀的电光源之一，它具有高光效(75lm/W~140lm/W)、长寿命(5000h~20000h)、显色性好(显色指数Ra70~95)、结构紧凑、性能稳定等特点。它兼有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯的优点，克服了这些灯的缺陷。金属卤化物灯汇集了气体放电光源的主要优点，尤其是光效高、寿命长、光色好三大优点，因此金属卤化物灯发展很快，用途越来越广。但金属卤化物灯内也填充有汞，汞是有毒物质，处理不慎会造成对环境的污染，有损人类的身体健康。

金属卤化物灯，简称金卤灯，是在高压汞灯的基础上添加各种金属卤化物制成的高压气体放电光源。高压汞灯的光效虽然较高，但光色较差，辐射光谱中缺少红色成分，人们发现若在灯中加入某些金属卤化物，就可以达到改善光色的作用，由此产生并促进了金属卤化物灯的飞速发展。

在高压汞灯中若加入金属，放电时将金属原子激发，就会辐射出金属的特征谱线，以达到增加汞灯的红色成分的目的。但是出现了两个障碍，一个是如果金属蒸汽压太低，不能产生有效辐射;另一个是如果金属蒸气压太高，又会与石英玻壳产生化学反应而损坏玻壳。而金属卤化物却可以克服这两个困难，同时起到改善汞灯光色的作用。

在高压汞灯中，汞是发光物质，但在金属卤化物灯中，尽管汞的蒸气压要比金属原子的压强大得多，但汞的辐射所占比例却很小。这是因为，通常采用的金属卤化物中金属的平均激发电位比汞的激发电位小得多，因而金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱，在这种情况下，金属卤化物灯中的汞起以下作用。

1、 提高灯的发光效率。在灯中，金属卤化物的蒸气压并不高，因此，在电弧中心轴线的金属和卤素原子向管壁的扩散及复合速度很快，引起电弧中能量损失增大，导致灯的光效下降。加入汞后可以阻缓其扩散和复合，其缓冲作用，降低能量损耗而提高灯的光效。

2、 改善等的电特性。在金属卤化物中，金属卤化物的蒸气分压很低，电子迁移很大，因此管压很低，而要提高灯的功率必须加大电流，加入汞正是为提升灯内气压，管压降也随之可以升高。

3、 有利于灯的起动。灯内充入汞，在室温下汞的蒸气压很低，有利于起动。

在超高压铟灯里碘化铟的蒸气压很高，管壁温度很高，因此石英管壁厚度达3mm~5mm。灯内还充有氩气或氙气，当灯被触发器击穿后，放电最初在氩气或氙气和低气压的碘化铟中先进行，这时等的管压降也很低，发出的光呈蓝紫色。随着放电将石英管加热，碘化铟的蒸气压升高，灯的管压降也随之增加，光色逐渐变白。

超高压铟灯的一种结构形式的示意图如图1-1所示。

铟灯在低气压铟蒸气放电时，辐射能量大部分集中在410.2nm和451.1nm两条共振线上，随着铟蒸气压的升高，两条共振谱线加宽，并在谱线的中心位置出现自吸收，同时复合发光的概率增加，连续谱背景加强，并且在长波红、橙色部分的谱线也得到加强，出现接近日光的辐射。

超高压铟灯的光效40lm/W~50lm/W，色温为5000K~6500K，显色指数在80以上，充汞后光效和色温都会有所提高。超高压铟灯的光色比超高压汞灯好得多，可以用于彩色显示，特别是用它放映电影，银幕上的画面显得色彩鲜艳。清晰度逼真。一般情况下，由于碘化铟蒸气压高，所以只需充进一点氩气或氙气作辅助气体，不必充水银(汞)，可免除汞的污染和毒害。