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第19章 光彩夺目的卤钨灯

电影杂志上至今还有“水银灯下”这一专栏,用以挥写演员的拍摄、演出活动。其实,这是20年代的老皇历了。现在你到摄影棚里去,会看到一种只有钢笔那样大小的灯。别看它小,一开起来,可以把摄影棚照得如同白昼,色彩也比白炽灯漂亮。

要是直接对着它看,准会使你眼花缭乱。它不但用在摄影棚里,也用在电视台和舞台上。在拍摄新闻纪录片时,摄影师要带上两位助手,帮他打几支强光灯,也是这种钢笔大小的灯。这就是卤钨灯。“卤”字代表元素周期表中的卤族元素,也就是氟、氯、溴、碘这一类元素。卤钨灯就是充有卤素的钨丝白炽灯。现在常用的是磺钨灯和溴钨灯。

为什么碘钨灯又小又亮呢?你大概还记得白炽灯吧!它的发光效率很低,这和它工作温度低、辐射的红外线比例大有关。从理论上推算,热光源工作温度在6500K时(这里K表示绝对温标,它的零度大致等于摄氏零下273度),可见光占辐射功率的43%左右,达到最高点。温度低了,红外线辐射多;温度再高,紫外线的比例要增加。但是,一般白炽灯用的是钨丝,工作温度才2700K左右。再提高温度,灯丝就会很快蒸发、变细、断掉;超过3000K,就要短寿夭折、只能点一、二小时。

为了减少钨的蒸发,有人想到在泡壳内充一点和钨不起化学反应的惰性气体,如氩、氪、氙等。让气体原子当“看守”,看住钨原子,钨要蒸发出来,就把它顶回去。这样试验下来有一些效果,不过并不显著。这就是充气白炽灯。

1959年前后,一种巧妙的设想成功了。人们发明了一种新的白炽灯——碘钨灯。这种灯工作温度可提高到3000~3200K,发光效率比普通白炽灯高一倍,而且不用担心钨丝的蒸发问题,工作寿命大大延长。

这里用了什么灵丹妙药?我们看到,灯丝上的钨原子蒸发出去后,沉积在玻璃泡壳上。时间一长,灯丝越来越细,泡壳越变越黑。经过长期的努力,人们找到了卤族元素——氟、氯、溴、碘。

比如碘,它有一种特别的脾气:在250℃以上的温度下,它和钨很亲近,会和钨结合在一起变为碘化钨分子;而在1500℃以上的高温下,碘化钨又分解成碘和钨原子。如果在白炽灯内充上碘,灯泡壁上温度超过250℃时,碘就会把泡壳上的钨化合成碘化钨蒸气,从泡壳上拉走,向灯丝方向移动。在灯丝附近因为温度高了,碘化钨分解,把钨交还给灯丝,剩下的碘又移到温度较低的泡壳上去拉钨原子。这样,我们也就不必担心钨的蒸发了。因为消除了后顾之忧,就可以提高灯丝的工作温度。工作温度提高,意味着通过灯丝的电流增加,这也就增加了灯的功率。这样,小小的碘钨灯就能比体积大得多的普通白炽灯更亮。

找到这个“搬运工”以后,问题并没有完全解决,还要找一种适当的泡壳。卤钨灯要求泡壳温度高,卤素还有腐蚀性,普通玻璃已经不适用了。后来,制成了一种石英玻璃,可以做碘钨灯、溴钨灯的泡壳,这种新灯就诞生了。氟、氯有更强的腐蚀性,连石英玻璃也受不了,还要找更新的材料。卤钨循环卤钨灯主要用于强光照明,例如,用于拍摄电影、电视等。此外,有一类碘钨灯工作温度稍低,能发出大量红外线,可以做干燥器、烘箱的热源。

作为光源,红外线强是浪费,是短处;可是作为热源,这就变为长处了。还有一类碘钨灯可以用在灯光球场、体育场、游泳池等场合,既光亮又色彩逼真。

人造小太阳和太阳一样亮

超高压汞灯里的气压,现在可以做到超过100个大气压。两个放电的电极距离很近,只有几毫米到十几毫米,在这样小的区域里加进很大的电流,温度比高压汞灯高得多,发出的光又强又集中。气压在100个大气压以上的超高压汞灯,随功率不同,亮度有一些差别。总的说来,亮度和太阳差不多,你戴上深色墨镜还嫌太亮。

亮度高低怎样来判别,是不是灯的功率越大就越亮呢?不一定,高压汞灯可以做到几千瓦,但是还不如几百瓦的超高压汞灯亮。电筒里的小电珠功率不到1瓦,因为加有反光罩,它的亮度是指光源在单位面积上,向某一方向的单位立体角内发射的光功率。通俗一点讲,就是光功率的集中程度。同样的光功率,发光区越小,越集中,发射出去的范围越小,亮度越大。超高压汞灯就是因为发光集中,所以亮度特别高。当然,在一个大小固定的发光区域内,光功率越强,亮度也越大。我们后面要讲到的脉冲氙灯就是发光区较大的强光源。

制造超高压汞灯碰到的困难之一是放电温度太高,即使用石英也要熔化。怎么办呢?人们想了两种办法:一是缩短电极距离,放电区域只有像黄豆那么一点大,而把泡壳做成像乒乓球大小的球形,让泡壁远离放电区域,便成了球形超高压汞灯;二是把灯管做成毛细管,就像一只短的温度计,外面通水冷却,这就是毛细管超高压汞灯。

球形超高压汞灯,现在已经广泛用在机车上作车头灯,用在船舶上作照明灯和探照灯。毛细管超高压汞灯的光效比较高,约60~65流明/瓦。但是工作寿命短,只有30~100小时,有待进一步提高。

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