汞蒸氣燈

汞蒸氣燈是利用通電後燈管內灼熱汞蒸氣發光的燈泡。汞蒸氣燈發出非連續光譜的光。在其光譜中，缺紅光成分，綠區、藍區和紫外區線光譜強烈，因此不宜用於彩色攝影的光源，多用於城市街道照明 ^[2]  。

氣體放電燈的工作原理均基於放電管內的電子、原子、離子之間的相互碰撞。燈管電流的產生依賴於電子碰撞引起的原子的電離，而原子或分子的激發是特徵線光譜或譜帶的輻射所必需的過程，連續光譜的輻射主要是由於電子和離子複合的結果。汞的主要輻射光譜線在紫外、藍、綠、黃光區域。

汞蒸氣放電的發光效率隨汞蒸氣壓而改變，見圖1。在AB段光效隨汞蒸氣壓的升高而增加，這是由於隨着氣壓的升高有更多的汞原子處於6³P₁態，並被激發到更高的能級，在高能級之間躍遷而發出可見光。在BC段中汞蒸氣壓進一步升高，由於汞原子濃度增大，電子和汞原子的彈性碰撞概率增加。電子通過頻繁的彈性碰撞將能量傳遞給原子，使汞蒸氣的温度升高，造成所謂的“體積損耗”，發光效率下降。到C點以後，氣體的温度已經升得足夠高，使汞原子產生熱電離和熱激發。這時，有越來越多的汞原子被激發到較高的能級而發出可見光。所以隨氣壓的升高光效又開始上升。同時，由於管壁附近温度較低，不足以產生熱激發和熱電離，發光電弧向燈的軸心收縮。汞蒸氣壓越高，這一收縮便越明顯，被稱為電弧的繩化現象。在DE段，汞蒸氣壓為1~5atm，電弧的軸心温度約為5500K，此時汞蒸氣放電有較高的光效，也比較容易使燈的電參數與220 V市電相配合，因此一般的高壓汞燈就是工作在這一區域。EF段是超高氣壓放電 ^[3]  。

汞蒸氣燈是利用汞蒸氣放電發光原理而製成的燈。按汞蒸氣壓和用途的不同，可分成低壓汞蒸氣燈、低壓水銀熒光燈、高壓汞蒸氣燈、超高壓汞蒸氣燈等。

低壓汞蒸氣燈在汞蒸氣壓比較低時，電流通過汞蒸氣時會產生波長為253.7nm的共振輻射，這一波長的輻射效率達60%，而可見輻射則很少，僅佔輸入電能的2%左右。所以低壓汞蒸氣燈是效率很高的紫外線光源。一般紫外線燈具都是採用低壓汞蒸氣燈作光源 ^[4]  。

高壓汞蒸氣燈品種、規格比較多，主要有熒光高壓汞蒸氣燈、反射型高壓汞蒸氣燈、自鎮流熒光高壓汞蒸氣燈和管型高壓汞蒸氣燈。高壓汞蒸氣燈發光效率高，使用壽命長，但紫外光多、紅光少，可用做曬圖機的光源；管壁塗熒光物質後產生白光，即高壓水銀熒光燈，可用於廣場和街道的照明。高壓汞蒸氣燈的發光效率約為64lm/W，其中可見光成分較多，燈內的氣壓有1~5Pa ^[5]  。

超高壓汞蒸氣燈主要有球形超高壓汞蒸氣燈和毛細管超高壓汞蒸氣燈。球形超高壓汞蒸氣燈工作氣壓在10~15個大氣壓，亮度達到10⁹cd/m²，發光效率為30~50lm/W。毛細管超高壓汞蒸氣燈的工作氣壓在50~200個大氣壓，燈管的温度極高，必須用水或壓縮空氣冷卻 ^[4]  。

以熒光高壓汞蒸氣燈為例簡要介紹汞蒸氣燈的主要結構。熒光高壓汞蒸氣燈由放電管、電極、外玻璃殼和燈頭等主要零部件構成。

高壓汞蒸氣燈的放電管由耐高温的透明石英管制造，管內充有少量氬氣，啓動時先建立主電極與輔助電極之間的放電，然後再建立主電極之間的弧光放電，放電管工作時管壁温度可達到1000K，內部汞蒸氣壓強高達0.2~0.4MPa，並要求放電管能夠透射紫外線以激發外玻璃殼內壁上的熒光物質而發光 ^[4]  。

放電管兩端各有一個放電電極，其結構是在頂端磨尖的鎢杆外面套上雙層鎢絲螺旋，螺旋間塗覆鋇、鍶、鈣氧化物電子發射材料。內層螺旋間隙繞制，螺旋之間可以充填儘可能多的電子發射物質，外層螺旋密繞防止電子發射物質脱落，同時減少離子轟擊 ^[4]  。

熒光高壓汞蒸氣燈是一種雙層玻璃殼燈泡，石英放電管外面另有一個橢球形外玻璃殼。外玻璃殼中充入數百託（1託=133.32Pa）氮氣，氮氣防止鉬箔和金屬零部件氧化，並且保持放電管温度穩定。外玻璃殼還可以截斷石英放電管的紫外線保證照明安全，熒光高壓汞蒸氣燈的外玻璃殼內壁的熒光粉把紫外線轉變為紅色光，改善顯色性，提高發光效率。外玻璃殼多用熱穩定性能優良的硬質玻璃製成，避免室外使用時雨雪淋濺引起炸裂 ^[4]  。

熒光高壓汞蒸氣燈採用標準的E40螺口燈頭便於安裝使用。由於燈泡工作温度很高，壽命很長，所以多采用無焊泥的機械式夾緊燈頭 ^[4]  。