人造小太陽——鹵鎢燈
普通鎢絲燈泡的工作原理很簡單,接通電源後,燈泡內的鎢絲被加熱到2250K左右,就白熾發光,所以它又稱白熾燈。實際它是一種電—熱—光的轉換裝置。這種燈的電光效率很低,隻是因為它的生產工藝簡單,成本低,使用時無需附加設備,才一直使用到現在。
為了提高燈泡的發光效率,就要提高燈絲溫度。而燈絲溫度越高,鎢的蒸發也就越快,鎢絲容易變細以至燒斷;同時,由於鎢蒸發沉積到玻璃泡殼上,使泡殼發黑,降低白熾燈的亮度。所以要製造發光效率高的鎢絲燈,必須解決提高燈絲溫度和減少鎢蒸發的矛盾。
人們在研究鎢的化合物時發現,金屬鎢在一定溫度下可以和鹵素單質化合形成鎢的鹵化物。這類化合物不僅容易揮發,而且在高溫時還會分解成單質鎢和鹵素單質。於是有人提出了鎢——鹵循環的設想。燈發光後,從燈絲逸發出來的鎢原子向外擴散,在適宜的溫度下,再與周圍的鹵素單質化合,生成鹵化鎢;後者一旦與高溫下的燈絲接近,就會分解為鎢和鹵素單質,鹵素單質可供下一循環使用,而鎢又回到鎢絲上,使鎢絲變細的速度大幅度降低。
在解決了一係列技術問題後,人們於1959年製成了第一隻管型碘鎢燈。它的管內充有純碘。工作時,從燈絲發出來的鎢在管壁處(約900K)與碘分子形成碘化鎢分子,並向燈絲處擴散;而燈絲附近溫度高達1700K,在這個溫度下,碘化鎢分解成鎢和碘分子,鎢原子沉降在燈絲上,遊離態碘在燈絲附近向外擴散。燈管內不斷地進行碘、鎢與碘化鎢的循環,大大減少了鎢的蒸發量,不僅延長鎢絲的壽命,而且它的工作溫度可達3400K,明顯提高了發光效率。與普通白熾燈相比,照明用碘鎢燈具有體積小,光色好,壽命長等優點,因此得到了廣泛的使用。
但是碘鎢燈也存在一些不盡人意的地方:一是點燃時,紫紅色的碘蒸氣會吸收一部分可見光,使燈的色溫和發光效率下降;二是碘分子的質量大,燈管內碘蒸氣濃度不均勻,局部可能降到不能進行碘鎢循環的地步。
人們從碘——鎢循環自然聯想到溴——鎢循環。溴鎢不僅可以循環,而且效果比碘鎢循環好。溴鎢燈內充的不是純溴蒸氣,而是溴化氫,為溴蒸氣不僅有紅棕色,而且極易腐蝕燈內其它零件。溴化氫在白熾的鎢絲附近的高溫區分解成溴和氫的單質,其中的溴便與鎢絲進行類似碘鎢循環那樣的溴鎢循環。與碘鎢燈相比,溴鎢燈有許多優點:一是溴化氫是無色氣體,不吸收光譜中的可見光部分,因此在相同情況下,它比碘鎢燈的發光效率高4～5%;二是溴化氫分子量小,燈管內氣體分布均勻,使用時不必象碘鎢燈那樣一定要水平放置;三是充入溴化氫的工藝比較簡單。由於這些優點,在許多方麵溴鎢燈已取代了碘鎢燈。