影響脈沖氙燈壽命的因素

大型激光器是開展激光聚變研究的主要裝置，如美國利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的 ＮＯＶＡ 和國家點(diǎn)火裝置（ＮＩＦ），而高功率脈沖氙燈是大型激光器的重要光學(xué)元器件，ＮＩＦ裝置使用的脈沖氙燈的失效率可達(dá)到１０－６量級(jí)。大型激光器的片狀放大器組件由若干個(gè)片狀放大器模塊組成，每個(gè)模塊則是由幾十支高功率脈沖氙燈和釹玻璃片構(gòu)成，整個(gè)激光器需要的氙燈數(shù)量是巨大的，如 ＮＯＶＡ 裝置需要５０００支，ＮＩＦ裝置需要７６８０支。這些氙燈的任何失效都會(huì)使激光器不能正常運(yùn)行，其中氙燈爆炸帶來的后果尤為嚴(yán)重，可直接破壞和燒損昂貴的脈沖氙燈、釹玻璃片和電容器。下面上海千實(shí)介紹影響影響氙燈壽命的因素：

1、氙氣純度：
氙氣是氙燈點(diǎn)火過程中的*工作氣體，充入的氙氣不純則會(huì)顯著增加氙燈的著火電壓。在氙燈制作的過程中，如果燈內(nèi)雜質(zhì)氣體沒有排除干凈，則會(huì)對(duì)氙燈點(diǎn)火帶來很多不利的因素。其中對(duì)燈危害程度zui大的則是空氣中的水蒸氣。如果水蒸氣沒有從燈內(nèi)*排出，電極鎢材料就會(huì)和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，形成 ＷＯ３ 和氫原子。ＷＯ３ 從電極頭上蒸發(fā)，凝結(jié)在燈管上，這就是燈管管壁發(fā)黑的主要原因。在點(diǎn)火過程中，隨著氙燈使用次數(shù)的增多，電極、玻璃管壁等放出的雜質(zhì)氣體污染了氙氣，使得氙燈的著火電壓升高，zui終導(dǎo)致氙燈不能正常工作，縮短氙燈的壽命，所以要在氙燈的制作工藝中從源頭上避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。充入的氙氣純度要越高越好，如果再經(jīng)過一到兩次的氙氣凈化，效果則會(huì)更好。另外充入氙氣前的排氣工藝也非常重要，加熱溫度越高，排氣時(shí)間越長越有利于燈內(nèi)氙氣純度的保持。

2、電極濺射：
電極材料的蒸發(fā)對(duì)管壁的影響也很大，濺射到管壁上的氧化鎢不僅使管壁發(fā)黑，而且會(huì)吸收更多的電離輻射，使得石英玻璃管局部發(fā)熱，冷卻后會(huì)使石英管內(nèi)表面產(chǎn)生應(yīng)力，甚至?xí)a(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重破壞石英燈管的機(jī)械強(qiáng)度。氙燈點(diǎn)火后電極濺射，可以看出，電極濺射嚴(yán)重，管壁發(fā)黑，主要原因則是由于電極桿在氙燈制作過程中氧化嚴(yán)重，燈內(nèi)氣體純度不夠造成的。因此，電極材料的選擇、電極桿熱處理以及封接中電極的保護(hù)尤為重要，要盡量選擇能夠降低鎢電子逸出功的復(fù)合材料，降低電極使用過程中的溫度，同時(shí)電極桿除氣務(wù)必*，而且封接中應(yīng)該使用惰性氣體對(duì)電極桿進(jìn)行保護(hù)。

3、燈頭封接可靠性：
氙燈常用的封接方式有兩種：過渡玻璃封接和金屬釬焊封接。封接的可靠性直接影響到氙燈內(nèi)部氙氣的純度，如果封接質(zhì)量不好，空氣直接進(jìn)入氙燈內(nèi)部，污染氙氣，則氙燈會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗。

4、燈頭絕緣強(qiáng)度：
燈頭絕緣強(qiáng)度是脈沖氙燈制作過程中一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，燈頭絕緣材料如不能承受氙燈點(diǎn)火時(shí)的高壓高電流的沖擊，會(huì)出現(xiàn)燈頭擊穿，甚至?xí)闺療舫霈F(xiàn)爆炸，影響片狀放大器的正常運(yùn)行。絕緣灌封材料的絕緣指標(biāo)應(yīng)該是選擇絕緣材料的首要選項(xiàng)，其次對(duì)絕緣灌封材料的機(jī)械強(qiáng)度也要有一定的要求，要能承受得住點(diǎn)火過程中巨大的沖擊力，一旦絕緣材料被沖擊力撕裂，絕緣強(qiáng)度再好的灌封材料都會(huì)失去它的絕緣作用。
在氙燈的實(shí)際使用中，氙燈失效的因素以觸發(fā)失敗、絕緣擊穿和氙燈爆炸為主，各自的置信區(qū)間要求分別為８９％，６３％和１６％，即氙燈爆炸的可信度zui小，zui不可控。通過對(duì)氙燈的失效分析，導(dǎo)致氙燈爆炸的直接因素是石英燈管表面的靜態(tài)拉應(yīng)力、內(nèi)表面的微缺陷。周圍氙燈的電離輻射會(huì)使氙燈的額外負(fù)載能量增加，電流的相互作用對(duì)氙燈燈管產(chǎn)生一定的撓度，從而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，使得氙燈爆炸的概率也大大提高。在進(jìn)燈能量相同的情況下，氙燈電極弧長越長、內(nèi)徑越大壽命越高。電極濺射、燈頭絕緣、氙氣純度以及封接可靠性等都是導(dǎo)致氙燈失效的主要因素。