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Source de radiations comportant un tube à décharges électriques dans le gaz et une couche luminescente.
Pour diverses applications d'irradiation on a besoin d'une source de radiations ultra-violettes ayant des longueurs o d'ondes comprises entre environ 2700 et 3000 A, accompagnées, le cas échéant, de radiations dont la longueur d'onde est comprise entre 3000 et 4000 #.
La présente invention a pour objet une source de radia- tions ultra-violettes émettant un spectre continu dans ladite zone de longueurs d'ondes de 2700 à 3000 #; elle a pour but d'obtenir que ces radiations soient engendrées avec un rendement élevé.
Dans la source de radiations ultra-violettes qui fait l'objet de l'invention on utilise une matière luminescente.. c'est-à-
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dire une matière qui, exposée aux radiations de certaines longueurs d'ondes émet des radiations d'autres longueurs d'ondes.
La source de radiation conforme à l'invention est consti- tuée par un tube à décharges électriques dans le gaz et par une couche luminescente qui contint un fluorure de cérium et dans laquelle le cérium. est contenu sous la. forme trivalente; partout où il est question ci-aprèsde fluorure de cérium on envisage le fluorure de cérium dans lequel le cérium est contenu sous la forme trivalente. On a constaté que le fluorure de cérium est ca- , pable de produire par luminescence des radiations ultra-violettes o dans la zone de longueurs d'ondes comprises entre 2700 et 3000 A.
La couche luminescente n'est pas nécessairement constituée entière- ment par du fluorure de cérium, mais elle peut aussi contenir d'autres matières. Il. y a même avantage à utiliser le fluorure de cérium, en solution solide dans un ou plusieurs fluorures d'yttrium, de lanthane, d'aluminium, de thorium, de zirconium, de hafnium et de terres rares ou dans des fluorures doubles contenant une ou plusieurs de ces matières comme constituant. Le rendement est ainsi accru et la répartition spectrale est modifiée, ce qui per- met de choisir une couche luminescente à rendement trèsélevé dans la zone de longueurs d'ondes voulue. A ce sujet il y a lieu de remarquer que dans ce cas la solution solide de fluorure de cérium dans un ou plusieurs des fluorures précités est considéré comme une matière "contenant du fluorure de cérium".
On obtient des résultats particulièrement convenables avec des couches luminescentes constituées par du fluorure de lanthane contenant 0,1 mol. pour mille jusqu'à 10 mol. pour cent de fluorure de cérium ou par du fluorure d'aluminium contenant 0,1 mol. pour mille jusqu'à 5 mol. pour cent de fluorure de cérium.
En composant la couche luminescente il faut veiller à ce que l'absorption perturbatrice (c'est-à-dire ne provoquant pas de luminescence) des radiations qui doivent provoquer la lu-
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minescence du fluorure de cérium et l'absorption de la luminescence émise par le fluorure de cérium soient réduites au minimum. Cette observation s'applique surtout lorsqu'on utilise des fluorures ou des fluorures doubles de terres r.ares.
La couche luminescente est appliquée en général sur la face interne de la paroi du tube à décharges et cette paroi est -alors faite en une matière à bonne transmission de radiations ultra-violettes ayant une longueur d'ondes supérieure à 2700 # maispar contre, de préférence, à grande capacité d'absorption des radiations dont la longueur d'ondes est inférieure à 2700 A.
Il est cependant également possible d'appliquer la couche lumines- cente de manière différente. Ainsi, par exemple, le tube à dé- charges proprement dit peut être fait en quartz et être entouré d'un tube extérieur, la matière luminescente étant alors appliquée avantageusement sur la face interne du tube-extérieur. Dans ce cas, le tube extérieur doit posséder les propriétés de transmission qui viennent d'être décrites pour la paroi du tube -à décharges.
Au lieu d'être appliquée sur-¯un tube extérieur;1 la matière luminescente peut encore être :appliquée sur un réflecteur disposé de manière à être atteint par les radiations émises par le tube à décharges. @ Comme il est souvent indésirable que dans les radiations émises par 1-'appareil soient contenus également des radiations ultra- violettes dont la longueur d'ondesest inférieure à 2700 # on fera. de préférence en sorte que les radiations reçues du réflecteur revêtu de matière fluorescente traversent un verre qui absorbe ces radiations indésirables et laisse passer facilement les ra- diations dont la longueur d'ondes est supérieure à 2700 #.
L'atmosphère gazeuse du tube à décharges, expression qui est applicable non seulement à une atmosphère constituée par un ou plusieurs gaz, mais également à une atmosphère cons- tituée par une ou plusieurs vapeurs ou par un mélange de gaz et de vapeur, doit être choisie, bien entendu, de telle sorte que la
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décharge qui jaillit dans cette atmosphère gazeuse engendre des radiations capables de provoquer la luminescence de ladite matière luminescente. La matière luminescente est en effet amenée à lumi- nescence par des radiations dont la longueur d'ondes est inférieure à 2700 #. De préférence, on introduira dans le tube à décharges une atmosphère de gaz et de vapeur de mercure et on constituera le tube par ce qu'on appelle un tube à décharges dans la vapeur de mercure à basse pression.
Cependant, on peut également utili- ser d'autres atmosphères, telles que par exemple une atmosphère constituée par des gaz rares ou par une vapeur de zinc, de cadmium, d'arsenic ou de mélanges de ces matières.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de celle-ci.
La fig. 1 est une vue schématique d'une source de radia- tions conforme à l'invention. Sur cette figure, 1 désigne la paroi d'un tube à décharges dans le gaz . A chacune des deux extrémités ce tube comporte un pincement 2 à on.base tubulaire qui est traver- sé par des fils 3 amenant le courant aux électrodes 4. La face interne de la paroi du tube est revêtue d'une couche luminescente
5 constituée par du fluorure de lanthane et 5 mol. pour mille de fluorure de cérium. ou par du fluorure d'aluminium et 2,5 mol. pour cent de fluorure de cérium. Le tube est rempli d'argon sous une pression de plusieurs millimètres de mercure et il renferme également du mercure.
Lorsqu'il est en service, le tube donne une décharge dans la vapeur de mercure à basse pression dont la pression de vapeur est comprise entre 0,1 et 0,001 mm. de mercure et est de préférence de 0,01 mm. de mercure. Le tube à décharges est d'agencement simple et est facile à utiliser. Un avantage de ce tube consiste en ce qu'il fonctionne à pleine intensité immédia- tement après l'allumage et que mené après l'extinction de la dé- charge le tube peut être rallumé directement. La production de @
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chaleur dans la décharge est minimum, ce qui améliore le rendement de l'énergie.
La fig. 2 du dessin est une vue de :La courbe d'émission (énergie en fonction de la longueur dondes) de la couche de fluo- rure de lanthane avec 5 mol. pour mille de fluorure de cérium dont est revêtue la face interne d'un tube à décharges dans la vapeur de mercure à basse pression fait en quartz.
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Source of radiation comprising an electric discharge tube in the gas and a luminescent layer.
For various irradiation applications there is a need for a source of ultraviolet radiation having wavelengths of between about 2700 and 3000 A, accompanied, where appropriate, by radiations whose wavelength is between 3000 and 4000 #.
The present invention relates to a source of ultraviolet radiations emitting a continuous spectrum in said region of wavelengths from 2700 to 3000 #; its aim is to obtain that these radiations are generated with a high efficiency.
In the source of ultraviolet radiation which is the subject of the invention, a luminescent material is used.
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say a matter which, when exposed to radiations of certain wavelengths, emits radiations of other wavelengths.
The source of radiation according to the invention is constituted by an electric discharge tube in the gas and by a luminescent layer which contains cerium fluoride and in which the cerium. is contained under the. trivalent form; Wherever cerium fluoride is referred to below, cerium fluoride is contemplated in which cerium is contained in the trivalent form. It has been found that cerium fluoride is capable of producing ultraviolet radiation by luminescence in the region of wavelengths between 2700 and 3000 A.
The luminescent layer is not necessarily made entirely of cerium fluoride, but it can also contain other materials. He. There is even an advantage in using cerium fluoride, in solid solution in one or more fluorides of yttrium, lanthanum, aluminum, thorium, zirconium, hafnium and rare earths or in double fluorides containing one or more several of these materials as a constituent. The efficiency is thus increased and the spectral distribution is modified, which makes it possible to choose a luminescent layer with very high efficiency in the desired wavelength region. In this connection it should be noted that in this case the solid solution of cerium fluoride in one or more of the above fluorides is considered to be a material "containing cerium fluoride".
Particularly suitable results are obtained with luminescent layers consisting of lanthanum fluoride containing 0.1 mol. per thousand up to 10 mol. percent cerium fluoride or aluminum fluoride containing 0.1 mol. per thousand up to 5 mol. percent cerium fluoride.
When composing the luminescent layer care must be taken to ensure that the disturbing absorption (that is to say not causing luminescence) of the radiations which are to cause the glow
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Minescence of cerium fluoride and absorption of luminescence emitted by cerium fluoride are minimized. This observation applies especially when using fluorides or double fluorides of rare earths.
The luminescent layer is generally applied to the internal face of the wall of the discharge tube and this wall is then made of a material with good transmission of ultraviolet radiations having a wavelength greater than 2700 # but on the other hand, of preferably, with high absorption capacity of radiations whose wavelength is less than 2700 A.
However, it is also possible to apply the luminescent layer in a different way. Thus, for example, the discharge tube proper may be made of quartz and be surrounded by an outer tube, the luminescent material then being advantageously applied to the inner face of the outer tube. In this case, the outer tube must have the transmission properties which have just been described for the wall of the discharge tube.
Instead of being applied to an outer tube; 1 the luminescent material can also be: applied to a reflector arranged so as to be reached by the radiation emitted by the discharge tube. @ As it is often undesirable that in the radiations emitted by the apparatus there are also contained ultraviolet radiations whose wavelength is less than 2700 #, one will do. preferably so that the radiations received from the reflector coated with fluorescent material pass through a glass which absorbs these unwanted radiations and easily passes the radiations whose wavelength is greater than 2700.
The gaseous atmosphere of the discharge tube, an expression which is applicable not only to an atmosphere constituted by one or more gases, but also to an atmosphere constituted by one or more vapors or by a mixture of gas and vapor, must be chosen, of course, so that the
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discharge which spurts out in this gaseous atmosphere generates radiations capable of causing the luminescence of said luminescent material. The luminescent material is in fact brought to luminescence by radiations the wavelength of which is less than 2700 #. Preferably, an atmosphere of mercury gas and vapor will be introduced into the discharge tube, and the tube will be formed by a so-called low-pressure mercury vapor discharge tube.
However, other atmospheres can also be used, such as, for example, an atmosphere consisting of rare gases or of a vapor of zinc, cadmium, arsenic or mixtures of these materials.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text forming, of course, part thereof.
Fig. 1 is a schematic view of a radiation source according to the invention. In this figure, 1 designates the wall of a gas discharge tube. At each of the two ends this tube has a clamp 2 with a tubular base which is crossed by wires 3 bringing the current to the electrodes 4. The internal face of the wall of the tube is coated with a luminescent layer.
5 consisting of lanthanum fluoride and 5 mol. per thousand of cerium fluoride. or by aluminum fluoride and 2.5 mol. percent cerium fluoride. The tube is filled with argon under a pressure of several millimeters of mercury and it also contains mercury.
When in use, the tube gives a discharge in low pressure mercury vapor with a vapor pressure between 0.1 and 0.001 mm. of mercury and is preferably 0.01 mm. of mercury. The discharge tube is simple in arrangement and easy to use. An advantage of this tube is that it operates at full current immediately after ignition and that carried out after the discharge has been turned off the tube can be re-ignited directly. The production of @
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heat in the discharge is minimal, which improves energy efficiency.
Fig. 2 of the drawing is a view of: The emission curve (energy as a function of the wavelength) of the lanthanum fluoride layer with 5 mol. per thousand of cerium fluoride coated on the inside of a low pressure mercury vapor discharge tube made of quartz.