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金光洒满街

时间:2019-10-09    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

金光洒满街

每当夜幕降临,繁华、美丽的首都北京就亮起了万盏明灯,宽阔的长安

大街更是笼罩在一片金色光芒之中,这光来自 60 年代的一种新光源——高压

钠灯。

霓虹灯和氙灯里充的是惰性气体,汞灯里装有液态的水银,现在呢,连

固体的钠金属也居然进入了灯管。

钠灯和汞灯几乎是同时发展起来的气体放电光源。汞灯有高压、低压之

别,钠灯也分高压、低压两类从历史发展的角度来看,高压钠灯是低压钠灯

的“弟弟”。

早在 1932 年,欧洲一些国家就用低压钠蒸汽放电制成了低压钠灯。

低压钠灯里充的是少量的金属钠和由氖、氩组成的混合气体。钠灯一通

电,氖气首先放电,发出红光。放电产生的热量使钠熔化,蒸发变成钠蒸汽,

并且逐步代替氖气放电发光。

要使固体的金属钠变成蒸汽,可不像使水银变成蒸汽那么容易,必须尽

量减少热量的损失。或者给放电管做一个玻璃外套,就像给人穿上一件大衣

那样;或者把放电管弯成“U”形;或者改变灯管的横截面形状,总之要使灯

管管壁保持一定的温度——3000℃左右。

人们早就知道发光效率高是钠灯突出的特点,尤其是低压钠灯发出的光

中黄光占了绝大部分,而黄光又是人眼最敏感的色光,所以低压钠灯的实际

发光效率要比白炽灯高出十几倍。

不过,由于低压钠灯发出的光几乎全是黄光,使它大多仅用在光学仪器

里,作为偏振计、旋光计、折光仪等的单色光源。又因为黄光穿透云雾的能

力很强,所以低压钠灯也可用于船舰信号以及港口、机场照明。在电影制片

方面,有时还用钠灯作特技摄影。

当时人们也知道,随着钠蒸汽压的增大,钠灯的光色会由黄色变成金白

色,只是钠蒸汽在高温高压下腐蚀性很强,各种类型的玻璃都对付不了,所


以很长时间内没有造出高压钠灯。

你认识钠吗?它是一种银白色的化学性质非常活泼的碱性金属,温度不

到 100℃就熔化,放在空气中会很快跟氧化合,遇到水将发生强烈反应,甚

至发生爆炸。

钠蒸汽有很强的腐蚀作用。用玻璃做钠灯的灯管,钠会同玻璃中的二氧

化硅发生化学反应,使玻璃变成褐色,透明度变坏,灯光逐渐昏暗。后来化

学家找到了一种二氧化硅含量比较低的特种玻璃球铝硼玻璃,这才初步解决

了腐蚀问题。

但是,钠蒸汽的腐蚀作用是随着温度和压力的提高而增强的。一般来说,

低压钠灯还比较好办,钠蒸汽压比较小,温度不过二三百度,上面提到的抗

钠玻璃还勉强能顶得住。而在高压钠灯里,钠蒸汽压大大增加,灯管工作温

度高到上千度,高温高压的钠蒸汽几乎能腐蚀所有的玻璃,不仅石英玻璃顶

不住,就连抗钠玻璃也抗不了,用不多久便会被腐蚀得灯管变黑,部件损坏。

随着陶瓷技术的发展,直到 1957 年,美国人科里尔才研制出了一种用高

纯多晶氧化铝,再加氧化镁添加剂烧结而成的半透明陶瓷。这种材料的熔点

高达 2040℃,经得起 1600℃高温钠蒸汽的腐蚀,且能透过 90%以上的可见

光。有了它,高温钠灯才能于 1960 年呱呱坠地,经过改进完善,终于得到了

实际的应用。

高压钠灯比低压钠灯更小,一只 400 瓦的高压钠灯只有一支钢笔那么

大。它与高压汞灯有很多相似之处:放电管的两头封有两个电极,电极上涂

着电子发射物质;灯内装有双金属片开关,目的是使灯容易启动;内管(放

电管)外面加装一个椭球形的外玻壳,为的是减少灯的热量损耗,防止引线

氧化,保持灯管温度稳定;内外管之间抽成真空,再加消气剂,可以更好防

止热量散失。

灯管里不仅充有钠,还充有氙气和水银。水银起辅助作用,帮助提高灯

管电压,并发少量的蓝绿光以改善光色;氙气帮助启动,它首先放电升温,

然后过渡到钠蒸汽放电,直到稳定,需要好几分钟。

钠灯中的钠蒸汽压越高,黄光以外的可见光比例越大,光色改善,但光

效越低。因此,为了获得比较高的光效,高压钠灯的钠蒸汽压是不能太高的。

钠蒸汽压超过 500 毫米水银柱的高压钠灯,发白色光,光中有较多人眼不敏

感的蓝光和红光,光效于是明显下降。实用的高压钠灯,钠蒸汽压只有二三

百毫米水银柱,发出的光是金黄色光。

发出黄色光的高压钠灯显色性不好,在它的照耀下分不清黄和白,也分

不清红和蓝,但是它的发光效率要比其他灯高得多,从理论上讲是发光效率

最高的光源。即使考虑到热损失的影响,高压钠灯的实际光效也差不多 3 倍

于高压汞灯,大约等于白炽灯的 10 倍。

可以作这样一个比较:同样是 400 瓦的钠灯和汞灯,安装钠灯的灯杆路

灯已经用上了高压钠灯可以比汞灯高一倍,而路面的平均亮度反而比汞灯高

3.5 倍,而且光的均匀性也好,虽然有些人对它的光色不够习惯,可更多的

人仍然觉得金色的光给人以温暖舒适的感觉,看得远,辨得清,光线柔和,

眩光少,不刺眼,所以很受行人的欢迎。

在相近的照明效果下,钠灯比汞灯可节省一半以上的电力。请想想吧,

一个城市更不用说一个国家有如此之多的照明路灯,节省一半以上的电力意

味着可以节省多少宝贵的能源啊!


对于道路照明来说,首先应该考虑的是高光效,经济和长寿命,其次才

是光色和显色性,所以高压钠灯被认为是最有前途的照明灯之一。我国许多

大城市的街道上已经用上了高压钠灯。区域性照明、闪光照明、大面积厂房

和体育场照明也可以用它,将来高压钠灯还可以用作强光投射灯和室内照明

灯。

这还不算,钠灯灯光的穿透力强,射程远,尤其在雾天雨天,白茫茫一

片,高压汞灯暗淡无光,高压钠灯却可以穿透浓雾,光照甚远,这对大面积

远距离照明很有意义,特别适用于港口、码头、海面等常有浓雾的场合。

长寿是高压钠灯的又一个长处,它可以点亮几千个小时。70 年代由于改

进了电极,钠灯的使用寿命已延长到 1 万至 2 万个小时。

钠灯是 60 年代出现的新光源,有人称誉它是电光源的第三代。我国 70

年代初开始研制高压钠灯,1974 年国庆前夕就已经在首都试用。现在的问题

是要进一步扩大它的功率范围,减小启动电压,改善光色,降低成本。

在电光源的发展史上,高压钠灯的出现是一次重大突破。将来钠灯一定

会在照明领域里进一步崭露头角,大放异彩!

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