摘　要　在高强度气体放电灯(HID)及器件中填充微量的85Kr能明显改善产品的启动性能，提高灯泡的光通维持率，延长使用寿命。85Kr的填充量应符合GB18871-2002标准中豁免值要求。

　　关键词 HID灯 金属卤化物灯 85Kr 启动

　　0、前言

　　金属卤化物灯以其发光效率高、显色性好、寿命长、应用范围广泛成为国民经济各行业首选的绿色节能电光源。我国2005年的产量为2500万支，是全球金卤灯第一生产大国。但金卤灯启动困难，特别是150W以下小功率金卤灯启动难严重制约高端金卤灯的生产。20多年来各国科学家为解决金卤灯的迅速启动做出了大量研究工作，实施了多项方案，收到了一定的效果，但未从根本上解决灯的瞬时启动难题。

　　在1998年8月举行的第八届国际电光源科技研讨会上，美国GE公司的S.A.Mucklejohn首次提出“85Kr-启动剂”的概念，用于研制150W陶瓷金卤灯，效果甚好。2000年后，世界著名跨国企业如Philips公司、美国GE公司、先锋(Venture)公司、德国欧司朗(OSRAM)公司，日本NGK公司相继开发出了填加微量85Kr的金卤灯。我国制灯企业也从2004年起陆续批量生产填充微量85Kr的金属卤化物灯。实践证明，灯中填加微量85Kr，灯的启动性能明显改善，灯的质量档次提升，我国在金卤灯生产大国向生产强国的道路上迈出了一大步。

　　1、85Kr的性质、填加量及填加方式

　　1.1 85Kr的基本性质及来源

　　Kr在自然界中存量甚微，大气中含量为1PPm，海平面上浓度为1.14ml/m3.到目前为止，已证实Kr有25种同位素，其中6种为天然存在，但最具实用价值的核素是85Kr。自然界本无85Kr，85Kr是由核爆炸及反应堆中235U 的裂变产生的，裂变产额为0.228%。

　　产品85Kr是在核燃料后处理过程中，通过捕集、浓缩、分离、纯化及富集等一系列物理化学过程得到，如：美国爱达荷后处理厂1974年收集了43000Ci的85Kr，浓缩倍数为104，回收率97%。100%富集度的85Kr，比活度为393Ci/g。

　　85Kr是β-衰变类型的放射性核素，半衰期为10.77年。

　　85Kr的衰变纲图为：

　　1.1 85Kr的填充量

　　向灯及器件中填充的85Kr活度由电弧管的几何尺寸、形状、结构、功率、工艺规定的充气压强等多因素决定，填充活度应符合GB18871-2002标准的豁免值(<104Bq/件)。

　　一般而论，小功率灯比中大功率灯更难启动，故小功率电弧管中填充的85Kr活度高。单电极的OSRAM、Philips、UPS电弧管充入的85Kr活度比带辅助极的美国Venture电弧管高。参考国外几大著名电光源公司灯中85Kr的活度值，每支灯中填充几百到几千贝可的85Kr(0.02μCi-0.2μCi)，足以明显改善金卤灯的启动性能。

　　1.2 85Kr启动剂的填充方式

　　85Kr启动剂的填充与传统填充惰性循环气体没有多少不同，只是现在使用的循环气体中含有微量放射性气体85Kr，这就要求在设备上稍加改进完善，目的一是提高启动剂的利用率降低成本，第二是最大限度的减少对环境的污染。

　　2、结果与讨论

　　电弧管中填充微量85Kr，能明显改善灯的启动性能。以带辅助极的美国先锋金卤灯为例，在专镇线路中，启动电压从最低198V(220V-22V)，降至175V左右，也就是说电网电压降至200V的情况下，金卤灯也会亮。对灯点燃而言，20多伏的电位降是很了不起的数字。

　　电弧管中充入微量85Kr，就像电弧管中存在一天然“电子源”，在灯启动时发生类似链式反应的“电子雪崩”，瞬时击穿循环气体，大大缩短了从阴极辉光放电到热电子发射的时间差，减少了电极溅射和蒸发造成的灯早期发黑的几率，从而提高灯的光通维持率和使用寿命。

　　2.3 85Kr的半衰期，β-粒子能量对制造电光源非常适宜。

　　充入灯中的85Kr按放射性核素的基本规律衰变：

　　N=N0?e-λt 或 N=N0?e- t

　　N0为t=0时，充入灯或器件中的85Kr活度;

　　N为灯或器件放置t时的85Kr活度;

　　T为85Kr的半衰期;

　　t为成灯和器件的存放时间;

　　下表为放置t时，产品中残存的85Kr的相对活度值：

　　由上表看出，即使成灯或器件放置3年，仍有82.4%的85Kr存活帮助启动。而一般光源使用1-2年仍能点亮完全满足市场要求。

　　目前85Kr启动剂已从生产石英金卤灯扩展到生产陶瓷金卤灯、无极灯(电磁感应灯)、植物生长高压钠灯、短弧球型舞台灯、探照灯、光敏油墨(油漆)固化灯、制版复印灯、UHP投影灯以及荧光灯启辉器。启动剂的品种也由最初的85Kr-Ar扩展到85Kr-Kr、85Kr-Ne-Ar及85Kr-Xe;比活度的范围由0.068mCi/l,0.5mCi/l两种扩展到0.068mCi/l-100mCi/l十几种，如投影仪用UHP灯容积只有几十微升、工作时灯内压力高达20MPa，无85Kr条件下启动电压3.5KV。使用100mCi/l的85Kr启动剂制灯，启动电压降至1KV，对线路器件的损耗程度大为降低，UHP灯的寿命相应延长。

　　全球唯一使用85Kr生产日光灯启辉器的德国OSRAM公司的产品虽然比充氚的价格稍高，但起跳更迅速，起跳次数增加，寿命更长，在北美欧洲十分畅销。相信随着照明事业的发展，85Kr的应用领域会更广阔。

　　85Kr是惰性气体，不会与灯内材料发生化学反应而消耗，它的原子直径较大(3.94A)，不会通过电弧管壁而逃逸;85Kr是低毒核素且不参与人体代谢，使用其生产电光源及器件时，只要用铅皮稍加屏蔽(阻挡绝对强度为0.43%、0.514MeVγ射线)，对职业人员和公众造成的危害十分轻微。

　　85Kr的作用只是帮助光源瞬时启动，对光源的发光效率、显色指数、相对色温、色坐标等光电色参数无影响，全面提升电光源的质量是一系统工程，灯中填加85Kr帮助启动仅是锦上添花。

　　生产、销售、使用85Kr启动剂应遵守相关国家法律、法规。

　　我院85Kr启动剂的研制和推广实用成果已申报国家发明专利并被授权。

　　参考文献：

　　马崇智等 放射性同位素手册 科学出版社 1979

　　郭景儒等 裂变产物分析 科学出版社 1981

　　S.A.Muklejohn 使用陶瓷弧光管的低功率金卤灯的新进展 第八届 国际电光源科技研讨会 1998

　　李大明 氪-85的性质与应用 中国照明电器 2000.9

　　范梁根 类云 放射性和辐射的安全使用 中国科学技术出版社 2001

　　曹泰康 解振华 李飞 放射性污染防治法 2003

　　温家宝 放射性同位素与射线装置安全和防护条例 2005

　　国家环保总局31号令 2006

　　李大明等核分析技术和放射性同位素在照明领域的应用及前景展望 中国照明电器 2006.8