<Desc/Clms Page number 1>
"'Procédé d'obtention de radiations ultraviolettes et lumineuses de composition réglable, et dispositif pour leur application." '
La présente invention a pour objet la réalisation de sources pour la production de radiations ultraviolettes et éventuellement de radiations visibles, de composition réglable, ainsi qu'un dispositif pour leur application.
L'aptitude remarquable que présentent les gaz rares de l'air à émettre des radiations sous l'action de la décharge électrique est connue depuis longtemps ; a spécialement été utilisée dans l'industrie des tubes lumines- cents à néon.
Or, sous l'effet de la décharge, les gaz rares
<Desc/Clms Page number 2>
sont susceptibles d'émettre, en même temps que des radiations visibles, des radiations ultraviolettes. Bien que de nombreux travaux scientifiques aient été effectués sur les spectres des gaz rares, il ne semble pas que l'on ait eu jusqu'ici tirer parti pratiquement de cette propriété.
Les radiations ultraviolettes sont le plus souvent produites par des lampes à vapeur de mercure qui sont carac- térisées par un spectre de raies sans doute très intenses mais peu nombreuses. En vieillissant, ces lampes se "salissent" et deviennent de plus en plus opaques aux rayons ultraviolets de courtes longueurs d'ondes. Enfin, d'un prix de revient élevé, elles nécessitent, nen raison de leur haute température de régime, l'utilisation de dispositifs de refroidissement à eau, qui compliquent les appareils et exigent un encombre- ment important.
Or, la technique des applications médicales en particulier a rendu de plus en plus désirable la réalisation de sources produisant des spectres visibles et ultraviolets aussi continue que possible. L'arc électrique satisfait à ces conditions, mais il conduit à des appareils d'un maniement délicat et qui chauffent beaucoup.
La demanderesse a trouvé que l'on peut obtenir avec les gaz rares, notamment avec le krypton et le xénon, introduits sous de basses pressions, de préférence de l'ordre du dixième de mm de mercure, des sources très riches et très intenses de radiations, en excitant ces gaz par l'action d'une décharge électrique ou d'un champ électromagnétique de densité suffisamment élevée. On admettait jusqu'ici que la production des spectres d'étincelles était obtenue uniquement par l'ex- citation de haute fréquence; or la demanderesse a trouvé que les spectres d'étincelles des gaz rares peuvent être produits par une décharge électrique à basse fréquence, même en courant continu, pourvu que la densité de courant soit suffisante.
<Desc/Clms Page number 3>
Les spectres obtenus sont constitués par un ensemble de raies extrêmement serrées et d'intensités comparables, s'échelonnant depuis le violet visible jusqu'à l'extrême ultraviolet.
Par exemple, dans le cas d'un tube à électrodes intérieures, chargé d'une atmosphère de xénon à la pression de 2/10 de mm de mercure, on détermine l'émission des radia- tions ultraviolettes en poussant la densité de courant dans le tube au-dessus de 3 ampères par centimètre carré de section du tube.
Le spectre ultraviolet est d'autant plus intense que la pression est plus basse et la densité de courant plus élevée.
Des appareils à décharge en régime d'arc, consti- tués par exemple en quartz, se prêtent particulièrement à ces régimes élevés de densité de courant.
On peut utiliser également l'excitation haute fréquence, par exemple et de préférence comme expliqué plus haut, la décharge en ondes amorties qui, par ses fortes intensités instantanées de courant, fournit', dans un appareil de section convenable, la grande densité de courant instanta- née d'au moins 3 ampères par centimètre carré, ci-dessus indiquée.
Un autre fait très important et qui constitue l'une des caractéristiques de la présente invention, est que, aux basses pressions, et sous l'influence de la grande densi- té instantanée du courant, on peut faire vibrer en même temps divers gaz rares ; peut ainsi combiner entre eux les spectres, les plus riches en ultraviolets, du krypton et du xénon.
D'autre part, par un choix convenable de mélanges de gaz, il est possible, - par exemple, notamment, par l'ad- dition de néon et d'argon au krypton et/ou au xénon - de réaliser une source fournissant un spectre extrêmement
<Desc/Clms Page number 4>
complet s'étalant du rouge sombre au violet extrême, et du violet extrême aux ultraviolets des plus courtes longueurs d'ondes.
On obtient ainsi, en même temps qu'un beau spectre ultraviolet une belle lumière branche n'affectant pas sensi- blement les couleurs, qui peut être utilisée pour la publicité lumineuse et l'éolairage.
Bn outre, par un choix convenable de la proportion des gaz et de la pression, on obtiendra un véritable dosage du spectre; le spectre sera d'autant plus riche en radiations ultraviolettes de courtes longueurs d'ondes que la teneur du mélange en krypton et en xénon sera plus élevée et que la pression sera plus basse. Inversement, le spectre sera d'au- tant plus riche en radiations ultraviolettes de grandes longueurs d'ondes, que la;:teneur en néon du mélange sera plus élevée et que la pression sera plus grande.
En ajoutant aux gaz rares ou au mélange de gaz rares, des vapeurs métalliques, comme par exemple la vapeur de mercure, on peut obtenir une combinaison remarquable des spectres des gaz et des vapeurs.
Il faut, pour cela, n'ajouter que de très petites quantités de métal, de manière qu'à la température de fonc- tionnement la masse de métal ajoutée soit pratiquement volatilisée.
L'utilisation de quantités aussi petites de matière présente, en plus de l'avantage de l'économie, celui d'éviter pratiquement une condensation de la vapeur métallique sur les parois de l'appareil, qui aurait pour effet d'absorber les radiations et de diminuer ainsi le rendement.
On décrira maintenant, à titre d'exemple, et sans que ceci ait pour effet de limiter la portée de la présente invention, un mode de réalisation du procédé ci-dessus.
La technique de l'utilisation des rayons ultra-
<Desc/Clms Page number 5>
violets nécessite une condition particulière. Il est nécessaire d'approcher le plus possible la source de radiations de la partie à irradier : on sait en effet que les radiations ultraviolettes, surtout celles de courtes longueurs d'ondes, sont très absorbés par l'air. Il faut donc éviter l'inter- position d'air entre la source et la région à irradier, car le rendement dépend moins de la loi de l'éclairement inver- sement proportionnel au carré de la distance, que de l'ab- sorbtion des radiations par la couche d'air interposée.
En médecine, par exemple, pour certaines applica- tions locales nécessitant la mise en oeuvre de courtes longueurs d'ondes, il convient de plaquer la lampe contre la:=partie à irradier. Comme les lampes actuelles chauffent beaucoup, la lampe doit être entourée d'une circulation d'eau froide qui absorbe les radiations, diminuele rendement et complique les appareils.
Dans le dispositif décrit et représenté le système d'excitation à haute fréquence, qui peut être extérieur ou intérieur à l'enceinte contenant le ou les gaz ou le mélange de gaz et de vapeurs, est placé à une distance suffisante de la paroi servant à l'irradiation pour que cette paroi se trouve en dehors du champ électromagnétique. Cette paroi se trouve ainsi soustraite à l'action du champ haute fréquence qui crée, comme on sait dans les diélectriques, un échauffe- ment important. En même temps, elle est moins soumise aux transe- missions de chaleur par conductibilité des autres parties de la lampe.
Pour cette double raison, la paroi radiante demeure à une température suffisamment basse pour pouvoir être appliquée directement sur la partie à traiter, et ce, sans qu'aucun dispositif de refroidissement soit nécessaireî
<Desc/Clms Page number 6>
La paroi servant à l'irradiation peut être consti- tuée, suivant les applications auxquelles la lampe est destinée, par toute substance de nature et d'épaisseur choisies de façon à laisser passer seulement, pour l'appli- cation désirée, telle zone du spectre visible ou ultraviolet utile. Cette paroi peut aussi avoir toutes les formes dési- rables en vue d'épouser la forme de la région où l'application doit être faite.
Il est ainsi.possible d'introduire dans les cavités ou d'appliquer directement sur les tissus la paroi même de la lampe dont la forme a été appropriée.
Sur la figure 1 des dessins annexés : Un tube T en verre pyrex d'environ 14 cm. de long et 3 cm. de diamètre, est fermé à l'une de ses extrémités ; dece côté, et sur la moitié du tube est bobiné à l'extérieur, à spires jointives, un fil de cuivre C, ayant par exemple 8 mm. de diamètre et 0,5 mm. d'épaisseur à isolement d'amiante. A l'autre extrémité du tube est cimentée une plaque de quartz P, transparente pour le spectre visible et l'ultraviolet. La lampe est chargée d'une atmosphère appropriée, par exemple un mélange de gaz rares et de vapeurs de mercure. Les deux fils extrêmes A et B du solénoïde S sont reliés aux bornes d'un appareil haute fré- quence, par exemple d'un appareil de diathermie à éclateur; un manche D est disposé pour le maniement de l'appareil.
Sur la figure 2, le solénoïde S servant à l'excita- tion est placée à l'intérieur même de la lampe. Le fil conduc- teur est alors isolé par toute substance convenable, par exemple par de l'émail, de manière à éviter toute production d'effluve entre les spires.
On peut également disposer à l'intérieur de la lampe un solénoïde en tube isolant, par exemple en pyrex, dans lequel est placé le fil conducteur. Au lieu d'un fil conducteur, on peut introduire du mercure ou certains alliages qui peuvent être liquides à la température de fonctionnement
<Desc/Clms Page number 7>
de la lampe. Dans ce cas, on peut disposer tout système connu, en vue d'éviter l'éclatement du tube de verre du fait de la dilatation du métal ou de l'alliage pendant le fonctionnement de la lampe.
Dans ces exemples de lampes, la paroi principale constituée en verre pyrex qui absorbe les rayons ultraviolets de moyennes et de courtes longueurs d'ondes protège l'opé- rateur pendant toute la durée d'application et rend Inutile l'emploi de lunettes en verres spéciaux.
Avec cette lampe, on peut effectuer des irradia- tions locales, par exemple sur la peau, en appliquant direc- tement la plaque de quartz contre la peau, sans qu'il y ait d'échauffement notable, même au bout d'une demi-heure de fonctionnement. La plaque de quartz peut être remplacée par exemple par des pièces de quartz de toutes 'formes désirables, ainsi qu'il est représenté schématiquement en E, en traits pointillés, et notamment par une lentille en quartz permettant de concentrer les radiations. '
On peut également, sur la même lampe, disposer plusieurs parois en vue d'applications différentes. Dans le cas de la figure 1 par exemple, on peut conserver à une extrémité la plaque de quartz et placer à l'autre extrémité une lentille de quartz, en disposant différemment le manche de maniement.
,il sera parfois avantageux de disposer, à l'inté- rieur de la lampe, ou immédiatement à l'extérieur, des réflec- teurs à pouvoir réfléchissant élevé, pour les rayons visibles et les rayons ultraviolets, par exemple en alliages connus de magnésium et d'aluminium; un tel réflecteur est représenté en M sur la figure 2, mais il pourra être réalisé de toute manière convenable, par exemple, par un dépôt approprié sur la paroi de la lampe.
<Desc / Clms Page number 1>
"'Process for obtaining ultraviolet and light radiations of adjustable composition, and apparatus for their application." '
The present invention relates to the production of sources for the production of ultraviolet radiation and optionally visible radiation, of adjustable composition, as well as a device for their application.
The remarkable ability of rare gases in the air to emit radiation under the action of electric discharge has long been known; has been specially used in the neon luminescent tube industry.
However, under the effect of the discharge, the rare gases
<Desc / Clms Page number 2>
are liable to emit ultraviolet radiation at the same time as visible radiation. Although a great deal of scientific work has been carried out on the spectra of rare gases, it does not seem that this property has so far been practically taken advantage of.
Ultraviolet radiations are most often produced by mercury vapor lamps which are characterized by a spectrum of lines which are doubtless very intense but few in number. As they age, these lamps "get dirty" and become more and more opaque to short wavelength ultraviolet rays. Finally, having a high cost price, they require, because of their high operating temperature, the use of water cooling devices, which complicate the devices and require a large bulk.
However, the technique of medical applications in particular has made it increasingly desirable to produce sources producing visible and ultraviolet spectra as continuous as possible. The electric arc satisfies these conditions, but it leads to devices which are delicate to handle and which get very hot.
The Applicant has found that it is possible to obtain with rare gases, in particular with krypton and xenon, introduced at low pressures, preferably of the order of a tenth of a mm of mercury, very rich and very intense sources of radiations, by exciting these gases by the action of an electric discharge or an electromagnetic field of sufficiently high density. Until now, it was assumed that the production of spark spectra was obtained only by high frequency excitation; Now, the Applicant has found that the rare gas spark spectra can be produced by a low-frequency electric discharge, even in direct current, provided that the current density is sufficient.
<Desc / Clms Page number 3>
The spectra obtained are constituted by a set of extremely tight lines and comparable intensities, ranging from visible violet to the extreme ultraviolet.
For example, in the case of a tube with internal electrodes, charged with an atmosphere of xenon at a pressure of 2/10 of a mm of mercury, the emission of ultraviolet radiations is determined by pushing the current density in. the tube above 3 amps per square centimeter of tube section.
The ultraviolet spectrum is all the more intense as the pressure is lower and the current density higher.
Arc discharge devices, for example made of quartz, are particularly suitable for these high current density regimes.
High-frequency excitation can also be used, for example and preferably as explained above, the discharge in damped waves which, by its high instantaneous current intensities, provides', in an apparatus of suitable section, the high current density. instantaneous of at least 3 amps per square centimeter, above indicated.
Another very important fact, which constitutes one of the characteristics of the present invention, is that, at low pressures, and under the influence of the high instantaneous density of the current, various rare gases can be made to vibrate at the same time. ; can thus combine the spectra, the richest in ultraviolet, of krypton and xenon.
On the other hand, by a suitable choice of gas mixtures, it is possible, - for example, in particular, by the addition of neon and argon to krypton and / or xenon - to provide a source providing a extremely spectrum
<Desc / Clms Page number 4>
full ranging from dark red to extreme purple, and extreme purple to shorter wavelength ultraviolet.
As well as a beautiful ultraviolet spectrum, a beautiful branch light is thus obtained, which does not significantly affect the colors, which can be used for luminous advertising and for lighting.
In addition, by a suitable choice of the proportion of gases and of the pressure, a true dosage of the spectrum will be obtained; the spectrum will be all the richer in ultraviolet radiation of short wavelengths as the content of the mixture of krypton and xenon will be higher and the pressure will be lower. Conversely, the spectrum will be richer in ultraviolet radiation of long wavelengths the higher the neon content of the mixture and the greater the pressure.
By adding to the rare gases or to the mixture of rare gases, metallic vapors, such as for example mercury vapor, a remarkable combination of gas and vapor spectra can be obtained.
This requires adding only very small amounts of metal, so that at the operating temperature the mass of metal added is practically volatilized.
The use of such small quantities of material has, in addition to the advantage of economy, that of practically avoiding condensation of the metallic vapor on the walls of the apparatus, which would have the effect of absorbing the radiations. and thus decrease the yield.
An embodiment of the above process will now be described by way of example, and without this having the effect of limiting the scope of the present invention.
The technique of using ultra-rays
<Desc / Clms Page number 5>
purple requires a special condition. It is necessary to bring the radiation source as close as possible to the part to be irradiated: we know that ultraviolet radiation, especially those of short wavelengths, is very absorbed by the air. It is therefore necessary to avoid the interposition of air between the source and the region to be irradiated, because the efficiency depends less on the law of illumination, inversely proportional to the square of the distance, than on the absorption. radiation by the layer of air interposed.
In medicine, for example, for certain local applications requiring the use of short wavelengths, the lamp should be placed against the: = part to be irradiated. As current lamps heat up a lot, the lamp must be surrounded by a circulation of cold water which absorbs radiation, decreases efficiency and complicates the devices.
In the device described and shown, the high-frequency excitation system, which can be outside or inside the enclosure containing the gas (s) or the mixture of gases and vapors, is placed at a sufficient distance from the wall used for irradiation so that this wall is outside the electromagnetic field. This wall is thus withdrawn from the action of the high frequency field which creates, as is known in dielectrics, a significant heating. At the same time, it is less subjected to heat transmissions by conductivity of other parts of the lamp.
For this double reason, the radiant wall remains at a temperature low enough to be able to be applied directly to the part to be treated, without any cooling device being necessary.
<Desc / Clms Page number 6>
The wall used for the irradiation can be formed, according to the applications for which the lamp is intended, by any substance of nature and thickness chosen so as to allow only a certain zone of the lamp to pass, for the desired application. useful visible or ultraviolet spectrum. This wall can also have any desirable shape in order to match the shape of the region where the application is to be made.
It is thus possible to introduce into the cavities or to apply directly to the tissues the wall of the lamp itself, the shape of which has been appropriate.
In Figure 1 of the accompanying drawings: A pyrex glass tube T of about 14 cm. long and 3 cm. in diameter, is closed at one of its ends; on this side, and on half of the tube is wound on the outside, with contiguous turns, a copper wire C, having for example 8 mm. in diameter and 0.5 mm. thick insulated asbestos. At the other end of the tube is cemented a quartz plate P, transparent for the visible spectrum and the ultraviolet. The lamp is charged with a suitable atmosphere, for example a mixture of rare gases and mercury vapors. The two end wires A and B of solenoid S are connected to the terminals of a high frequency device, for example of a spark gap diathermy device; a handle D is arranged for handling the device.
In FIG. 2, the solenoid S serving for the excitation is placed inside the lamp itself. The conductive wire is then isolated by any suitable substance, for example by enamel, so as to avoid any production of corona between the turns.
It is also possible to place inside the lamp a solenoid made of an insulating tube, for example made of Pyrex, in which the conducting wire is placed. Instead of a conductive wire, mercury or certain alloys can be introduced which can be liquid at operating temperature
<Desc / Clms Page number 7>
of the lamp. In this case, any known system can be used, with a view to preventing the bursting of the glass tube due to the expansion of the metal or of the alloy during the operation of the lamp.
In these examples of lamps, the main wall made of pyrex glass which absorbs the ultraviolet rays of medium and short wavelengths protects the operator during the entire application period and makes the use of glasses unnecessary. specials.
With this lamp, it is possible to carry out local irradiations, for example on the skin, by applying the quartz plate directly against the skin, without any noticeable heating, even after half a year. -hour of operation. The quartz plate can be replaced, for example, by pieces of quartz of any desirable shape, as is shown schematically at E, in dotted lines, and in particular by a quartz lens making it possible to concentrate the radiation. '
It is also possible, on the same lamp, to have several walls with a view to different applications. In the case of FIG. 1, for example, the quartz plate can be kept at one end and a quartz lens placed at the other end, by arranging the handling handle differently.
, it will sometimes be advantageous to have, inside the lamp, or immediately outside, reflectors with high reflectivity, for visible rays and ultraviolet rays, for example of known magnesium alloys. and aluminum; such a reflector is shown at M in FIG. 2, but it could be produced in any suitable manner, for example, by a suitable deposit on the wall of the lamp.