详情解析影响脉冲氙灯寿命的因素

    大型激光器是开展激光聚变研究的主要装置，如美国利弗莫尔实验室的ＮＯＶＡ和国家点火装置（ＮＩＦ），而高功率脉冲氙灯是大型激光器的重要光学元器件，ＮＩＦ装置使用的脉冲氙灯的失效率可达到１０－６量级。大型激光器的片状放大器组件由若干个片状放大器模块组成，每个模块则是由几十支高功率脉冲氙灯和钕玻璃片构成，整个激光器需要的氙灯数量是巨大的，如ＮＯＶＡ装置需要５０００支，ＮＩＦ装置需要７６８０支。这些氙灯的任何失效都会使激光器不能正常运行，其中氙灯爆炸带来的后果尤为严重，可直接破坏和烧损昂贵的脉冲氙灯、钕玻璃片和电容器。下面上海千实介绍影响影响氙灯寿命的因素：

    1、氙气纯度：

    氙气是氙灯点火过程中的*工作气体，充入的氙气不纯则会显著增加氙灯的着火电压。在氙灯制作的过程中，如果灯内杂质气体没有排除干净，则会对氙灯点火带来很多不利的因素。其中对灯危害程度zui大的则是空气中的水蒸气。如果水蒸气没有从灯内完全排出，电极钨材料就会和水蒸气发生反应，形成ＷＯ３和氢原子。ＷＯ３从电极头上蒸发，凝结在灯管上，这就是灯管管壁发黑的主要原因。在点火过程中，随着氙灯使用次数的增多，电极、玻璃管壁等放出的杂质气体污染了氙气，使得氙灯的着火电压升高，zui终导致氙灯不能正常工作，缩短氙灯的寿命，所以要在氙灯的制作工艺中从源头上避免上述现象的发生。充入的氙气纯度要越高越好，如果再经过一到两次的氙气净化，效果则会更好。另外充入氙气前的排气工艺也非常重要，加热温度越高，排气时间越长越有利于灯内氙气纯度的保持。

    2、电极溅射：

    电极材料的蒸发对管壁的影响也很大，溅射到管壁上的氧化钨不仅使管壁发黑，而且会吸收更多的电离辐射，使得石英玻璃管局部发热，冷却后会使石英管内表面产生应力，甚至会产生裂纹，严重破坏石英灯管的机械强度。氙灯点火后电极溅射，可以看出，电极溅射严重，管壁发黑，主要原因则是由于电极杆在氙灯制作过程中氧化严重，灯内气体纯度不够造成的。因此，电极材料的选择、电极杆热处理以及封接中电极的保护尤为重要，要尽量选择能够降低钨电子逸出功的复合材料，降低电极使用过程中的温度，同时电极杆除气务必彻底，而且封接中应该使用惰性气体对电极杆进行保护。

    3、灯头封接可靠性：

    氙灯常用的封接方式有两种：过渡玻璃封接和金属钎焊封接。封接的可靠性直接影响到氙灯内部氙气的纯度，如果封接质量不好，空气直接进入氙灯内部，污染氙气，则氙灯会出现点火失败。

    4、灯头绝缘强度：

    灯头绝缘强度是脉冲氙灯制作过程中一项重要的技术指标，灯头绝缘材料如不能承受氙灯点火时的高压高电流的冲击，会出现灯头击穿，甚至会使氙灯出现爆炸，影响片状放大器的正常运行。绝缘灌封材料的绝缘指标应该是选择绝缘材料的首要选项，其次对绝缘灌封材料的机械强度也要有一定的要求，要能承受得住点火过程中巨大的冲击力，一旦绝缘材料被冲击力撕裂，绝缘强度再好的灌封材料都会失去它的绝缘作用。

    在氙灯的实际使用中，氙灯失效的因素以触发失败、绝缘击穿和氙灯爆炸为主，各自的置信区间要求分别为８９％，６３％和１６％，即氙灯爆炸的可信度zui小，zui不可控。通过对氙灯的失效分析，导致氙灯爆炸的直接因素是石英灯管表面的静态拉应力、内表面的微缺陷。周围氙灯的电离辐射会使氙灯的额外负载能量增加，电流的相互作用对氙灯灯管产生一定的挠度，从而产生机械应力，使得氙灯爆炸的概率也大大提高。在进灯能量相同的情况下，氙灯电极弧长越长、内径越大寿命越高。电极溅射、灯头绝缘、氙气纯度以及封接可靠性等都是导致氙灯失效的主要因素。

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