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Hoehdruckquecksilberdampfentladungsröhre.
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Krypton und Xenon (die schwersten Edelgase) haben eine ganz geringe Wärmeleitfähigkeit.
Ihre ersten Anregungsspannungen liegen aber niedriger als die Ionisationsspannung von Quecksilberdampf, so dass sogar beim Vorhandensein einer hinreichenden Quecksilberdampfmenge in der Röhre trotzdem kein im Hinblick auf eine günstige Zündung gewünschtes Gemisch eines Hauptgases mit einem Gas-oder Dampfzusatz erzielt wird, dessen Ionisationsspannung kleiner als die erste Anregungsspannung des Hauptgases ist.
In bezug auf die Wärmeleitung ist, wenn man von Krypton und Xenon absieht, Argon am günstigsten. Dieses Gas hat zwar die Eigenschaft, dass seine Anregungsspannung grösser als die Ioni- sationsspannung von Quecksilberdampf ist, so dass bei normaler Umgebungstemperatur und demnach hinreichendem Quecksilberdampfdruck die Verhältnisse zur Erzielung einer niedrigen Zündspannung günstig sind. Wie bereits erwähnt worden ist, macht sich aber bei dieser Füllung der Nachteil bemerkbar, dass bei niedriger Umgebungstemperatur eine nicht hinreichende Quecksilberdampfmenge in der Röhre vorhanden ist, um die Zündspannung herabzusetzen. Dieser Nachteil tritt auch auf, wenn die Edelgasfüllung aus Krypton oder Xenon besteht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, verwendet man ein Gemisch von Neon mit einem kleinen Argonzusatz. Der Argonzusatz wird derart bemessen, dass in der Tat eine Verringerung der Zündspannung der Entladung erhalten wird. Wenn man die Anforderung stellt, dass die Röhre ein Gemisch von zwei Edelgasen, nämlich ein Hauptgas mit einem Zusatz eines sonstigen Edelgases, dessen Ionisationsspannung kleiner als die erste Anregungsspannung des Hauptgases ist, enthalten soll, so bewährt sich, was die möglichst zu vermeidende Wärmeleitung der eingeschnürten Entladung zu der Wand des Entladungsraumes anbelangt, das Neongemisch mit einem geringen Argonzusatz am besten und z. B. besser als Helium mit einem Argonzusatz oder Helium mit einem Kryptonzusatz oder aber Helium mit einem Xenonzusatz oder Neon mit einem Krypton-oder Xenonzusatz.
Wie bereits erwähnt wurde, wird die Wärmeleitung nicht nur durch die Beschaffenheit des Edelgases, sondern auch in hohem Masse durch das Verhältnis der Anzahl von Edelgasatomen zu der Anzahl von Quecksilberdampfatomen beeinflusst. Dieses Verhältnis kann in Atomprozenten aus-
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Röhre vorhandenen Quecksilberdampfatome und N2 die Anzahl der Edelgasatome darstellt.
Fig. 1 veranschaulicht die Wärmeleitung der eingeschnürten Quecksilberdampfentladung zu der Wand der Entladungsröhre als eine Funktion des Edelgasatomprozentsatzes, u. zw. für eine aus Helium bzw. Neon bzw. Argon bestehende Edelgasfüllung. Es ist dabei die Wärmeleitung bei Abwesenheit der Edelgasfüllung gleich 1 angesetzt worden. Aus den Ordinaten lässt sich demnach auf einfache Weise das Mass ermitteln, in dem die verschiedenen Gase die Wärmeleitung zu der Wand des Entladungsraumes vergrössern. Es verursacht z. B.. eine Heliumfüllung von 10 Atomprozent einen zusätzlichen Wärmeverlust von etwa 67%, während einer Argonfüllung von 10 Atomprozent nur einen zusätzlichen Wärmeverlust von ungefähr 18% veranlasst.
Aus der Fig. 1 ist klar ersichtlich, dass es sehr vorteilhaft ist, den Edelgasatomprozentsatz so klein wie möglich zu wählen. In der Röhre nach der Erfindung wird die Wärmeleitung durch das Edelgas praktisch ausschliesslich durch das Neon bedingt. Da der Atomprozentsatz kleiner als 6 ist, wird der Wärmeverlust infolge der Edelgasfüllung kleiner als 16% des Wärmeverlustes gehalten, der bei völliger Abwesenheit von Edelgas in der Röhre auftritt. Der erzielte Vorteil wird noch grösser, wenn man den Edelgasatomprozentsatz kleiner als 4 oder sogar kleiner als 3 wählt.
Bei diesen geringen Atomprozentsätzen der Edelgasfüllung hat die Zündspannung nicht ihren kleinsten Wert. Der Geringstwert der Zündspannung wird im allgemeinen erst bei einem höheren Edelgasdruck erreicht. Bei sehr hohen Quecksilberdampfdrücken würde die Anforderung, nach welcher der Edelgasatomprozentsatz kleiner als 6 sein soll, die Anwendung verhältnismässig hoher Edelgasdrücke gestatten. Daher stellt die Erfindung als weitere Anforderung, dass der Edelgasdruck jedenfalls kleiner als 18, zweckmässig noch kleiner als 10 mm ist, wodurch bei sehr hohen Quecksilberdampfdrücken eine noch stärkere Beschränkung des Wärmeverlustes durch das Edelgas erzielt wird.
Die Erfindung ist für Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhren mit einem Quecksilberdampfdruck von weniger als 10 Atm. von grösserer Bedeutung als für Entladungsröhren mit höherem Quecksilberdampfdruck. Ebenso ist die Erfindung wichtiger für nicht künstlich gekühlte Hochdruck- quecksilberdampfentladungsröhren als für künstlich, z. B. mit Wasser, gekühlte Röhren.
Der Edelgasatomprozentsatz einer bekannten Lampe lässt sich aus der Menge des beim Betrieb in der Röhre vorhandenen Quecksilberdampfes und aus der in der Röhre befindlichen Edelgasmenge unter Benutzung der bekannten Atomgewichte berechnen. Die Atomzahl des Quecksilberdampfes kann aus den Abmessungen des Entladungsraumes, der Spannung und der Stromstärke der Entladung berechnet werden, während die Anzahl der Edelgasatome aus den Abmessungen der Entladungsröhre und dem Edelgasdruck bei der Füllung bestimmt werden kann.
In Fig. 2 ist eine zum Aussenden von Strahlen (sichtbare Licht-oder Ultraviolettstrahlen) dienende Entladungsröhre nach der Erfindung schematisch dargestellt. Sie enthält eine Röhre 1, in der die Entladung vor sich geht, welche zwei durch die Entladung erhitzte, mit einem Stoff von
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starker Elektronenemissionsfähigkeit überzogene Glühelektroden 2 und 3 sowie eine Hilfselektrode 4 aufweist. Diese Hilfselektrode 4 ist über den Widerstand 5 mit dem Stromzuführungsleiter der Elektrode 3 verbunden. Die Röhre 1 und der Widerstand 5 sind in der rohrförmigen Glashülle 6 angeordnet, die mit einem Sockel 7 ausgestattet ist, mit dessen Kontakten die beiden Elektroden der Röhre 1 verbunden sind. Der zwischen der Röhre 1 und der Hülle 6 verbleibende Raum ist evakuiert.
Beim Betrieb werden die beiden Kontakte des Sockels über eine Vorschaltimpedanz 8 an eine Stromquelle 9 angeschlossen.
Die Röhre 1 enthält 7 mg Quecksilber je Zentimeter Röhrenlänge. Beim Betrieb ist das gesamte
Quecksilber verdampft, und es ist dann ungesättigter Quecksilberdampf mit einem Druck von etwa 1 Atm. in der Röhre vorhanden. Weiter enthält die Röhre 1 eine Menge Neon, dem 0-2 2 Argon zugesetzt ist. Der Druck (bei Zimmertemperatur) der Edelgasfüllung beträgt 3 mm. Der Abstand zwischen den Elektronen 2 und 3 beträgt 150 mm, und die mit 1 bezeichnete Röhre hat einen inneren Durchmesser von 28 mm. Die Stromstärke, welche mittels der Spannung der Stromquelle 9 und mit Hilfe der Impedanz 8 geregelt werden kann, beträgt 3-5 Amp. und die Spannung zwischen den Elektroden ist dann 130 Volt.
Aus diesen Daten geht hervor, dass sich die Edelgasmenge auf 3 Atomprozent der beim Betrieb in der Röhre 1 befindlichen Quecksilberdampfmenge stellt. Bei diesem geringen Edelgasatomprozentsatz ist die Erhöhung der Wärmeleitung von der eingeschnürten Entladung zu der Wand der Röhre 1 infolge des vorhandenen Edelgases verhältnismässig gering.
Die Erfindung kann auch in Röhren Anwendung finden, die ein Übermass an Quecksilber, also gesättigten Quecksilberdampf enthalten, und eignet sieh auch zur Anwendung in Röhren mit sehr hohen Quecksilberdampfdrücken, z. B. 10 Atm. beträchtlich übersteigenden Drücken.