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Bestrahlungsgerät zur Ultraviolett-Bestrahlung Die üblichen Ultraviolett-Bestrahlungsgeräte mit Quecksilberhochdruck-Quarzlampen erzeugen indem 'für die Bestrahlung in Betracht kommenden Abstand eine Bestrahlungsstärke von etwa 600 ji Watt/cm im UV - B. Das bedeutet, dass eine Person mit normaler Hautempfindlichkeit nach einer Bestrahlungszeit von etwa einer Minute ein schwaches Erythem aufweist. Eine Erhöhung der Bestrahlungsstärke durch Verstärkung desUltraviolett-Strahlers istnicht durchgeführt worden und auch nicht zu empfehlen, weil man dann zu so kurzen Bestrahlungszeiten kommt, die in der Praxis nicht mehr beherrscht werden.
Es ist aber zu bedenken, dass im Laufe einer Bestrahlungsserie die Hautempfindlichkeit durch Verstärkung der Hornhaut allmählich immer unempfindlicher wird, so dass man nach einer regelmässig durchgeführten Bestrahlungskur die Bestrahlungszeiten bis auf 6-10 Minuten erhöhen muss, um wieder den gleichen Effekt zu erhalten wie am Anfang der Bestrahlungskur. Dies erweist sich besonders dann als nachteilig, wenn es sich darum handelt, eine grössere Anzahl von Personen zu bestrahlen, wie es z. B. in Industriebetrieben oder im Bergwerk gefordert wird. In all diesen Fällen sind die langen Bestrahlungszeiten äusserst nachteilig.
Die vorliegende Erfindung schlägt zur Beseitigung dieser Nachteile ein Bestrahlungsgerät zur Ultra-
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messen werden. Es hat sich deshalb als zweckmässig erwiesen, einen Zeitschalter in das Gerät einzubauen, der die Bestrahlungszeit automatisch festlegt, indem nur für eine vorher festgelegte Zeit die Strahlenquel- le so hoch belastet wird, dass die gewünschte Bestrahlungsstärke erreicht wird.
Bei einer Quecksilberhochdrucklampe ist ein Impulsbetrieb mit kurzen Entladungszeiten nicht mög- lich, da in dieser Zeit eine Hochdruckbildung nicht eintreten kann. Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird deshalb die Quecksilberhochdrucklampe mit einer an sich geringen Dauerlast betrieben, die so hoch sein muss, dass im Entladungsgefäss ein Druck von mindestens 1 Atmosphäre herrscht. Die erforderliche hohe Bestrahlungsstärke wird dann dadurch erreicht, dass man kurzzeitig die Belastung des Quarzbrenners erhöht, beispielsweise durch Kurzschliessen eines Teiles des Vorschaltwiderstandes.
Es sind bereits Quecksilberdampflampen bekannt, die sowohl mit Glimm- als auch mit Bogenentla. - dung betrieben werden können. Diese Quecksilberdampflampe mit Edelgasfüllung und Quecksilberzusatz ermöglicht beim Durchgang des elektrischen Stromes durch Intensitätsregelung mit der Glimmlichtentladung anzufangen und bei zunehmender Stromstärke die Glimmentladung in eine Bogenentladung überzuführen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Widerstand nach und nach verringert wird, so dass der durch die Gassäule des Lampenkörpers fliessende Strom im gleichen Verhältnis grösser wird, wodurch die Entladungsform von der Glimmentladung allmählich in eine Bogenentladung übergeführt wird. Bei dieser Quecksilberdampflampe erfolgt lediglich durch einen Widerstand eine Umschaltung von einer geringeren Leistungsaufnahme auf eine grössere.
Es ist hiebei aber nicht vorgesehen, mit dieser Lampe einen Impulsbetrieb durchzuführen, d. h. durch Kurzschliessen eines Teiles des Vorschaltwiderstandes eine kurzzeitig
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hohe Bestrahlungsstärke von mindestens 3000 At W/cm2 und mehr zu erreichen.
Die oben beschriebene Art des intermittierenden Betriebes mit einer gleichbleibenden Grundlast hat den grossen Vorteil, dass durch die während der Bestrahlung ausserordentlich hohe Belastung des Entladungs- gefässes die Strahlenausbeute wesentlich günstiger ist als bei den bisher üblichen Dauerbelastungen. Da aber nach jedem Entladungsblitz eine längere Betriebspause eintritt, braucht das Entladungsgefäss selbst nicht auf die hohe Dauerlast bemessen zu werden, da in der Betriebspause zwischen zwei Blitzen ein Wär- meausgleich stattfindet. Dagegen müssen die Elektrode und die Stromzuführungen für die hohe Momen- tanbelastung entsprechend bemessen werden. Eine solche Entladungsröhre ist bisher nicht bekannt.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird als Elektrode eine solche aus massivem Wolfram verwendet, wobei das Wolfram selbst einen Zusatz von jtwa 5 % Thoriumoxyd aufweist. Eine solche Elek- trode ist in bezug auf hohe Momentanbelastungen ausserordentlich widerstandsfähig.
In der Zeichnung ist ein Schaltungsbild für eine Quecksilber-Hochdruckröhre nach der Erfindung dar- gestellt. Die Entladungsröhre 1 ist über eine Drossel 2 und einen ohmschen Widerstand 3 an einer Spannungs- quelle 4 angeschlossen. Der Widerstand von Drossel und Widerstand zusammen ist hiebei so zu bemessen, dass die gewünschte niedrige Dauerlast erreichtwird. Um die Ultraviolett-Blitze zu erreichen, wird die Drossel selbst durch einen automatischen Schalter 5 für eine kurze Zeit, die zwischen 0,5 und 10 sec gewählt wird, kurzgeschlossen. Der in dieser Zeit fliessende Strom richtet sich dann ausschliesslich nach dem ohm- schen Widerstand 3 und dem meist nicht zu vernachlässigenden Widerstand der Zuleitungen. Dieser Wi- derstand muss hinreichend niedrig gehalten werden, um ausreichende Ströme zu erreichen.
Statt der
Reihenschaltung von Drossel 2 und Widerstand 3 kann auch nur ein ohmscher Widerstand verwendet wer- den, von dem dann ein entsprechender Teil während des Blitzbetriebes kurzgeschlossen wird. Auch kann die erhöhte Belastung durch Parallelschaltung eines kleinen, hochbelasteten Widerstandes erfolgen. Der
Schalter 5 ist zweckmässig so beschaffen, dass er während einer vorher einstellbaren Zeit geschlossen ist, wobei der Beginn des Kontaktes mechanisch oder durch einen Hilfsstrom herbeigeführt werden kann. Die Dauer des Kontaktes wird durch ein Uhrwerk 6 (oder durch einen Hilfsmotor) eingestellt, das über ein
Schütz 7 die Betätigung des Schalters 5 bewirkt.
Um eine zu schnelle Folge der einzelnen Blitze zu verhin- dern, ist es zweckmässig, den Schalter mit einer derartigen Sperre zu versehen, dass er erst nach mehreren Sekunden, meist etwa 10 sec., wieder einschaltbar ist.
Als Beispiel für ein solches Bestrahlungsgerät wird eine Quarzlampe mit einem Rohrdurchmesser von 23 mm und einem Elektrodenabstand von 300 mm angeführt. Beim Betrieb an Wechselstrom 380 Volt nimmt der Brenner eine Klemmenspannung von 220 Volt an. Für den Dauerbetrieb sind Drossel und Widerstand so einzustellen, dass sich eine Leistungsaufnahme des Brenners von 700 Watt bei einem Betriebsstrom von 3, 5 Amp. ergibt. Durch Kurzschliessen der Drossel durch eine automatisch arbeitende Uhr wird die Leistungsaufnahme auf 6500 Watt bei einem Betriebsstrom von 32 Amp. erhöht. Obwohl die Leistungsaufnahme nur das Neunfache der Grundbelastung beträgt, steigt die Ultraviolett-Strahlung auf etwa den 50-fachen Wert an, so dass eine wesentlich günstigere Strahlungsausnutzung zu verzeichnen ist.
Bei dem genannten Beispiel beträgt die spezifische Belastung je cm Oberfläche für die Grundlast 3, 2 Watt/cm 2, während sie für die Zeit der hohen Belastung 30 Watt/cm beträgt. Unter normalen Bedingungen würde bei einer derartigen Entladungsröhre die spezifische Belastung bei etwa 5 Watt/cm2 liegen. Eine derartige Entladungsröhre kann bei einer Blitzdauer von 4 sec mit 10 sec Abstand zwischen der einzelnen Blitzen geblitztwerden, so dass über längere Zeit gesehen die Leistungsaufnahme etwa 2 kW beträgt.
Mit diesem Ultraviolett-Strahler, eingebaut in einen geeigneten Reflektor, wurde ein Feld von 60 cm Durchmesser im Abstand von 75 cm gleichmässig ausgeleuchtet und bei einer Bestrahlungszeit von 1 sec bei den meisten Versuchspersonen ein schwaches Erythem erreicht.
Entsprechend ist es auch möglich, mit kleineren Entladungsgefässen zu arbeiten, wobei das VerhältnisvonGrundlastzu Momentanlastbeietwa denselben Werten liegen wird. Ein Beispiel für eine solche Röhre wird im folgenden gegeben :
Bei einem Elektrodenabstand von 35 mm und einem Durchmesser der Entladungsgefässe von 13,5 mm wird der Quarzbrenner mit einer Grundlast von 80 Watt betrieben, die fUr die Dauer des Blitzes auf 900Watt erhöht wird. Die übliche Dauerlast einer Entladungsröhre mit den genannten Abmessungen liegt bei 180 Watt. Man kann also die Grundlast niedriger wählen als die sonst zulässige Dauerlast. Sie muss stets nur so hoch liegen, dass der. Quarzbrenner etwa seinen normalen Betriebsdruck erreicht.
Bei dem zuletzt genannten Beispiel steigt die Ultraviolett-Bestrahlungsstärke während des Blitzes auf den 20 bis 30-fachen Wert desjenigen Wertes während der Grundbelastung, obwohl die Leistung des Quarzbrenners nur auf den ll-fachen Wert erhöht wird.
Statt durch Kurzschliessen eines Teiles des Widerstandes kann man die erhöhte Belastung auch dadurch
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erreichen, dass man einen Kondensator über den Quarzbrenner entlädt, der in der Ruhezeit zwischen zwei Blitzen durch eine Ladevorrichtung wieder aufgeladen wird. In diesem Fall kann ein Schalter, der eine bestimmte Zeitdauer einschaltet, entbehrt werden, da die während des Blitzes umgesetzte Energie durch die Ladespannung und den Kapazitätswert des Kondensators bedingt ist. Bei einer Kapazität von 100 MF sind Ladespannungen von etwa 10 bis 20000 Volt erforderlich.
Dieses Verfahren hat besondere Bedeutung bei der Verwendung eines Edelgashochdruckbrenners, da bei diesem auf die Grundlast verzichtet werden kann, so dass dieser ausschliesslich durch diese Kondensatorentladung betrieben wird. In Fig. 2 ist das Aggregat gezeigt, das die Spannungsstösse liefert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bestrahlungsgerät zur Ultraviolettbestrahlung mit veränderlicher Leistungsaufnahme des UV-Strahlers, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme des UV-Strahlers kurzzeitig (0, 5 - 10 sec), - insbesondere mittels einer mechanischen bzw. elektrischen Schaltuhr mit Zeitvorwahl-so hoch bemessen wird, dass in den üblichen Bestrahlungsabständen von beispielsweise 0, 5 bis 1 m im UV-B eine Bestrahlungsstärke von mindestens 3000 ji W/cm erzeugt wird.