更新时间：2025-11-07 
阅读：8紫外汞灯的性能直接取决于汞蒸气的状态，汞蒸气的形成过程及其工作状态会深刻影响紫外光子的辐射特性。
从紫外汞灯启动到稳定运行，汞蒸气的形成及其达到平衡的过程是一个与温度密切相关的动态物理过程，具体如下：
汞的饱和蒸气压随温度显著变化：在25℃（常温）时约为0.0017kPa（13.3Pa），100℃时约为0.16kPa，356.7℃（沸点）时等于标准大气压（101.325kPa）。常温下，汞的饱和蒸气压极低，意味着汞原子数量太少，无法有效电离形成导电通路。而惰性气体（如氩气）在常温下气压较高，容易被初始电子电离，为“点燃"灯管提供必要的初始等离子体。
在启弧和加热过程中，电极间施加高电压，阴极发射电子，惰性气体放电。电子首先被电场加速，与氩原子碰撞并使其电离（Ar+e⁻→Ar⁺+2e⁻），这一过程会形成雪崩效应，迅速在灯管内建立氩气等离子体。
等离子体中的大量碰撞将电能转化为热能，导致灯管整体温度升高。随着温度升高，液态汞吸收热量迅速蒸发，汞原子从液态进入气相，使灯管内的汞蒸气压显著上升。当达到稳定工作状态时，灯管也实现动态热平衡，汞的蒸发速率与在较冷管壁上的冷凝速率相等。此时，灯管内的汞蒸气压维持在一个稳定值，这个稳定的汞蒸气压就是区分低压汞灯、中压汞灯和高压汞灯的关键参数。
汞蒸气压对紫外辐射有决定性影响，具体表现为汞蒸气压的大小影响紫外辐射效率、光谱波长和光子输出等核心因素。汞蒸气压的变化机制复杂，呈现出典型的“先增后减"优化关系，可以从积极和消极两个方面分析其影响。
汞蒸气压升高会提供更多汞原子以吸收电子，增加产生光子的激发态反应物，从而提升光子产额。
紫外光子（尤其是253.7nm）是由气态汞原子被电子激发后产生的。如果没有足够数量的气态汞原子，紫外辐射就无法实现。在低蒸气压范围内，随着温度升高、汞蒸气压增加，灯管内可被电子碰撞的汞原子数量线性增加，被激发到高能级（如6³P₁）的汞原子数量也随之增加，从而使253.7nm紫外光子的产额提升。在达到最佳蒸气压之前，紫外输出随蒸气压升高而增强。
汞蒸气压增加的消极作用
汞蒸气压升高会导致灯管内气态汞原子浓度增加，同时也带来光子的自吸收现象，这是影响光子效率的主要负面因素。自吸收成为汞蒸气压升高后紫外输出效率下降的关键原因。
自吸收指的是，当灯管内电子通道中心区域产生253.7nm紫外光子时，这些光子在向外传播、穿过等离子体的过程中，会被周围处于基态（6¹S₀）的汞原子重新吸收。被吸收的光子会再次激发基态汞原子到6³P₁能级，激发态原子随后可能再次辐射光子，但发射方向是随机的，也可能在再次辐射前通过碰撞将能量转化为热能，从而降低紫外辐射效率。
随着汞蒸气压升高，灯管内基态汞原子的密度增加，253.7nm光子在到达灯管表面输出前被吸收的概率呈指数级上升，导致大量紫外光子被困在灯管内部，最终能量以热量形式耗散，有效紫外辐射输出效率大幅下降。这也是低压汞灯与中压汞灯在紫外辐射能耗效率上差异巨大的根本原因。
线光谱与连续光谱的形成
紫外汞灯输出线光谱还是连续光谱，取决于汞蒸气在稳定工作状态下的蒸气压大小。
低压汞灯工作时的汞蒸气压通常为0.13～1.33Pa。部分资料显示，不同管径的低压汞灯，其最佳汞蒸气压也不同，如φ38mm的低压汞灯最佳汞蒸气压约为0.8pa，φ12mm节能灯约为1.2pa。低压汞灯原子间距离大，碰撞频率低，辐射光谱为清晰的线光谱，能量主要集中在253.7nm（约85%）和185nm（约15%）两条谱线上。
中压汞灯工作时的汞蒸气压通常在0.013MPa~1.330MPa之间。中压汞灯内部汞原子密度高，原子间碰撞极其频繁，导致原子能级展宽，谱线不再尖锐，而是相互重叠、弥散，形成连续光谱背景。同时，还会激发汞原子更高能级，并产生离子-电子复合发光等新谱线，最终输出覆盖紫外、可见和红外的连续谱叠加强线谱。
汞蒸气的形成是紫外汞灯工作的基础，而汞蒸气压则是决定灯各项特性的核心参数。工程师通过精确控制紫外灯的工作温度，调节灯管内的汞蒸气压，并结合结构设计，平衡“原子浓度"和“自吸收"，以制造出适用于不同应用场景的优化紫外光源，比如高效消毒或高功率广谱光化学氧化。
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