85Kr启动剂在照明领域的应用及前景展望[1]

李大明，李汉军，陈庆望，贾铁军，金继增，张海波

（中国原子能科学研究院  北京  102413）

 

　　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

　　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。

　　1.1  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。