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照明

在電光源生產(chǎn)中,稀有氣體是不可缺少的重要材料,幾乎所有的燈內(nèi)都要充入一種或幾種稀有氣體,它們或作為發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生輻射,或用作填充氣體延長燈的壽命等等。

一、照明用氣體

1、Ar是首先被用來充入白熾燈內(nèi)作為填充氣體的,由于抑制了鎢的蒸發(fā),同時降低鎢絲的氧化,可使燈絲工作的溫度提高,從而獲得比真空泡更高的發(fā)光效率和壽命。

2、氖(Ne)?充入氖氣的燈會射出紅光,除作為儀表盤指示燈的填充氣體外,在空氣里透射力很強,可以穿過濃霧。因此,氖燈也常用在機場、港口、水陸交通線的燈標(biāo)上。氖還用于充填螢光燈、水銀燈、鈉蒸氣燈及電壓保護(hù)裝置的燈泡等。近年來,氖還被用于研究基本粒子軌跡的火花室中作充填介質(zhì)。

3、氪氣(Kr比氬氣有更高的密度和低的導(dǎo)熱系數(shù),因此將氪、氙氣體充入白熾燈內(nèi)有更好的效果。氪氙混合氣充填電子管和燈泡,比相同功率的氬氣燈泡省電20~25%,壽命可延長2~3倍,發(fā)光率可以提高,而體積可大大縮小。當(dāng)然,考慮到成本,氙氣還是用得很少,氪氣則已被大量用在高光效,高質(zhì)量的鹵鎢燈中。氪氣可充填高級電子管,實驗室用的連續(xù)紫外光燈。測量宇宙輻射時用氪來充填游離室,還可以用于制成不需要電能的原子燈,與氘氣制成的氘燈類似,可以在一些特殊工作場所,例如礦井內(nèi)的使用,避免瓦斯接觸電源而容易發(fā)生爆炸坍塌。氪燈的透射率特別高,因而可用于夜戰(zhàn)中越野戰(zhàn)車上的燈光。

4、氙氣(Xe)原子量比氪氣更大,氙氣除了作為高光效鹵素?zé)籼畛錃怏w外,還可以用作高壓鈉燈、HID汽車氙燈、電影放映燈、半導(dǎo)體光刻泵浦氙燈,電子閃光燈。氙燈還具有高度的紫外光輻射,可用于醫(yī)療技術(shù)方面。

所有類型的氣體放電燈,都要充入各種稀有氣體。在熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈中,除汞以外,都還要充入一定的氬氣或氪氣,利用“潘寧效應(yīng)”幫助燈啟動,使燈在合適的電壓下工作以及抑制電子粉的蒸發(fā)和減少汞離子對陰極的轟擊濺射。在冷陰極發(fā)光信號燈和霓虹燈中,充入氬、氖、氦等氣體,采用透明的玻璃管就能產(chǎn)生相應(yīng)氣體輻射的各種彩色光譜來。輝光放電是低氣壓下的氣體放電。放電管中的殘余正離子在極間電場的作用下被加速,于是得到足夠的動能撞擊陰極而產(chǎn)生二次電子,經(jīng)簇射過程產(chǎn)生更多的帶電粒子,使得氣體導(dǎo)電。因此放電管兩極間所需電壓較高,一般都在10千伏以上,但輝光放電的電流很小,溫度不高。利用各種惰性氣體或者混合氣體放電發(fā)光,可以制成各種光譜的霓虹燈。

同時,氦、氖、氬、氪、氙也是深紫外準(zhǔn)分子激光的重要激發(fā)源。

二、稀有氣體在電光源中的應(yīng)用

稀有氣體 主要用途
Ar 1、用作白熾燈的填充氣體,以抑制熾熱鎢絲的揮發(fā),延長燈的壽命;2、填充在熒光燈中,幫助啟動,保護(hù)電極免受汞離子的沖擊,同時延緩陰極上金屬的蒸發(fā);3、充入冷陰極放電管中,可獲得淡藍(lán)色的發(fā)光;4、在高壓汞燈和金屬鹵化物燈中起啟動和緩沖作用;5、在微波激發(fā)下發(fā)射真空紫外譜線(104.8nm和106.7nm),用作光化學(xué)反應(yīng)源。
Ne 1、與Ar混合組成潘寧氣體,充填在熒光燈中,可降低燈的啟動電壓;2、充于冷陰極放電管中,可獲得橙紅色的發(fā)光,用作指示燈;3、在微波激發(fā)下,發(fā)射單色的真空紫外譜線(74.4nm和73.6nm)。
Xe 1、充入HID氙燈中,在啟動后立即獲得全部光輸出的80%,放電時發(fā)射白光,色溫5500K;2、可制成鹵素混合氣體填充鹵素?zé)簦?、在微波激發(fā)下,發(fā)射單色的真空紫外譜線(14.7nm)。
Kr 1、與Ar混合,充填在熒光燈中,可提高光效,但啟動困難;2、可制成鹵素混合氣體填充鹵素?zé)簦?、氪85同位素氣體可填充入金屬鹵化物燈,幫助啟動;4、在微波激發(fā)下,發(fā)射單色的真空紫外譜線(123.6nm和116.5nm)。
He 1、與其它惰性氣體混合用于大功率熒光燈中;2、在微波激發(fā)下,發(fā)射單色的真空紫外譜線(58.4nm)。

用氙氣做成氙燈,則能發(fā)出近似日光的密集光譜用于放映和照明。稀有氣體除作為燈內(nèi)的工作物質(zhì)外,氬氣也常作為電光源生產(chǎn)工藝中的保護(hù)氣體使用。

三、冷陰極放電管中各種稀有氣體在放電時呈現(xiàn)的顏色

發(fā)光管顏色 氣體或混合氣體 充氣壓力(kPa) 水銀 玻璃顏色
深?紅 Ne 0.8~1.6 軟?紅
Ne 0.8~1.6 無色
橙紅 Ne 0.8~1.6 軟黃
金黃 He或He-Ar 0.4~0.8 軟黃
亮黃 Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6 軟黃
中綠 Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6
暗綠 Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6 軟黃
藍(lán) Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6 無色
中藍(lán) Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6 軟藍(lán)
淡藍(lán) Ar,Ne-Ar或Ne-He-Ar 0.8~1.6 暗紫
Ne-Ar 0.8~1.6 無色
紫紅 Ne 0.8~1.6 暗紫
白色(帶黃) He 0.4~0.8 乳白或無色

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稀有氣體 氦(He) 氖(Ne)
氬(Ar) 氪(Kr) 氙(Xe)