一 金屬鹵化物燈光通維持率分析

　　填充不同系列金屬鹵化物、不同功率、不同設計結構的金屬鹵化物燈其光通維持率變化曲線有所不同，如大部份金屬鹵化物燈在燈燃點初期(幾小時到一︿二百小時)光通量下降較快，再繼續燃點則光通量的下降就比較平穩。但也有一些金屬鹵化物燈的光通維持率變化曲線與此不同，燃點初期光通量下降速率與后期燃點光通量下降速率基本相近。上述區別主要由于燃點初期與后期的光通量下降原因雖有所相近但也有不同所至。要深入分析金屬鹵化物燈燃點中的光通量下降原因，需要對燈燃點初期與燃點后期光衰機理分別進行分析，以利為有效提高燈的光通維持率。

　　首先分析燃點初期的光通量下降的機理，如對某一確定的金屬鹵化物燈的電弧管包括：石英泡殼與電極的尺寸和形狀;電極伸出長度;冷端溫度(包括保溫涂層尺寸及涂層厚度);填充的金鹵丸的配比和劑量，及輸入電弧功率等參數確定之后，其光通的變化基本上決定于：1，石英泡殼的光透過率的變化。2，電極發射性能(包括陰極電位降)的變化。3，金屬鹵化物燈電弧管中發光元素(Na、Sc、Dy、Hg---等等)原子濃度及原子分布狀況的變化。

　　由于金屬鹵化物燈電弧管中原子總輻射強度取決于激發態原子濃度,其表達式如下：

　　其中N0即為各種發光元素的原子濃度。Vk為各種發光元素的激發位能。T為各元素原子所處位置溫度。由于金屬鹵化物燈在燃點時電弧管內不同點存在很大的溫度差異,圖一為35W汽車金屬鹵化物燈電弧管的等溫曲線圖。

　　圖1 35W汽車金屬鹵化物燈管的等離子體的溫度輪廓曲線。電極距離為4.2mm，等溫線間隔為250K。

　　由上式可以看出同等數量的發光元素原子在不同等溫線區域其發光強度不同。對處于飽和蒸氣壓狀態下的NaI、ScI3等金屬鹵化物分子濃度是由電弧管冷端溫度、在冷端附近附著在石英管壁上的液相金屬鹵化物表面積(決定于金屬鹵化物填充量、冷端表面的形狀與狀態)及其流經液相金屬鹵化物表面氣流速度所決定。由此可見電弧冷端狀況會很大程度上影響其原子濃度高低及其分布狀態，當然就會影響金屬鹵化物燈的發光強度。仔細觀察燃點中的金屬鹵化物燈冷端附近液相金屬鹵化物分布狀況不難發現，金屬鹵化物燈燃點初期的幾小時至幾十小時內冷端附近液相金屬鹵化物分布狀態變化很大(尤其是Sc-Na系列金屬鹵化物燈)，因此引起電弧管內原子濃度分布狀態變化亦很大,它是引起金屬鹵化物燈初期光衰較大的主要原因之一。

　　原因之二是鈧(鏑)的初期損耗，如Sc-Na系列金屬鹵化物燈燃點時，從局部化學熱力學平衡(LTE)角度分析,電弧管中的ScI3-NaI蒸氣壓力可由NaScI4-NaI熔鹽中NaScI4克分子量所決定。Sc的損耗即是NaScI4克分子量的減少,自然引起ScI3、NaI蒸氣壓的下降而導至發光強度降低，在金屬鹵化物燈燃點初始ScI3的分子濃度由填充金屬鹵化物的鈧、鈉比及冷端溫度所決定，但燃點過程中ScI3、 NaI分子進行不斷的氣化-液化循環過程,其中氣化溫度較高的ScI3分子會沉積在液態金屬鹵化物的底層，進而ScI3分子還會逐步沉積在電極桿底部的石英夾縫中及石英管壓封部的溝縫等處，從而引起液態表面的鹵化物的鈧、鈉比的降低，減少了NaScI4-NaI熔鹽中的NaScI4克分子量，這種逐步沉積過程會從快到慢延續較長時間(幾小時至幾十小時)。另外鈧與燈管石英管壁的化學反應也引起鈧損失，其化學反應式如下：