Procédé d'obtention de radiations ultraviolettes et de radiations lumineuses de composition choisie, et dispositif pour sa mise en #uvre. La présente invention comprend un pro cédé d'obtention de radiations ultraviolettes et de radiations lumineuses de composition choisie ainsi qu'un dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Le procédé suivant l'invention est caracté risé en ce que l'on soumet à une excitation électrique atteignant une grande intensité au moins de manière instantanée, une atmo sphère comprenant au moins un gaz rare se trouvant dans une enceinte, sous faible pres sion.
Le dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte contenant une atmosphère com prenant au moins un gaz rare, et des moyens pour produire une excitation atteignant une grande intensité au moins de manière instan tanée, lesdits moyens -d'excitation -de l'atmo sphère étant séparés d'au moins une paroi de l'enceinte servant à l'irradiation par une dis tance suffisante pour que ladite paroi soit pratiquement soustraite à l'action excitatrice et demeure, de ce fait, sans l'intervention de moyens auxiliaires de refroidissement,
à une température suffisamment basse pour pouvoir être appliquée sur une partie è, traiter.
L'aptitude remarquable que présentent les gaz rares de l'air à émettre des radiations sous l'action de la décharge électrique est con nue depuis longtemps; elle a spécialement été utilisée dans l'industrie des tubes lumi nescents à néon.
Or, sous l'effet de la décharge, les gaz rares sont susceptibles d'émettre, en même temps que des radiations visibles, des radia tions ultraviolettes. Bien que de nombreux travaux scientifiques aient été effectués sur les spectres des gaz rares, il ne semble pas que l'on ait su jusqu'ici tirer parti pratique ment de cette propriété.
Les radiations ultraviolettes sont le plus souvent produites par -des lampes à vapeur de mercure qui sont caractérisées 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 re vient élevé, elles nécessitent, en raison de leur haute température de régime, l'utilisa tion de dispositifs de refroidissement à eau, qui compliquent les appareils et exigent un encombrement important.
Or, la technique des applications médi cales en particulier a rendu de plus en plus désirable la réalisation -de sources produisant des spectres visibles et ultraviolets aussi con tinus que possible. L'arc électrique satisfait à ces conditions, mais il conduit à des appa reils d'un maniement délicat et qui chauffent beaucoup.
On 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 milli mètre 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 suf fisamment élevée. On admettait jusqu'ici que la production des spectres d'étincelles était obtenue uniquement par l'excitation de haute fréquence; or, on a trouvé que les spectres d'étincelles des gaz rares peuvent être pro duits par une décharge électrique à basse fréquence, même en courant continu, pourvu que la densité de courant soit suffisante.
Les spectres obtenus sont constitués par un en semble de raies extrêmement serrées et d'in tensités comparables, s'échelonnant depuis le violet visible jusqu'à l'extrême ultraviolet.
Par exemple, dans le cas -d'un tube à élec trodes intérieures, chargé d'une atmosphère de xénon à la pression de Z/lo de mm de mer cure, on détermine l'émission des radiations ultraviolettes en poussant la densité de cou- rapt 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, constitués, par exemple en quartz, se prêtent particulièrement à ces régimes élevés de den sité 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 ap pareil de section convenable, la grande den sité de courant instantanée d'au moins 3 am pères par centimètre carré, ci-dessus indiquée Un autre fait très important est que, aux basses pressions, et sous l'influence de la grande densité instantanée du courant, on peut faire vibrer en même temps divers gaz rares; on 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 4e gaz, il est possible, par exem ple notamment, par l'addition de néon et d'argon au krypton ou au xénon ou à ces deux derniers gaz à la fois, de réaliser une source fournissant un spectre extrêmement complet s'étalant du rouge sombre au violet extrême, et du violet extrême aux ultra violets des plus courtes longueurs d'ondes.
On obtient ainsi, en même temps qu'un beau spectre ultraviolet une belle lumière blanche n'affectant pas sensiblement les cou leurs, qui peut être utilisée pour la publicité lumineuse et l'éclairage.
En outre, par un choix convenable de la proportion des gaz et de la pression, on ob tiendra 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 mé lange de gaz rares, des vapeurs métalliques, comme par exemple la vapeur de mercure, on peul: obtenir une combinaison remarquable çle-# spectres des gaz et des vapeurs.
Il faut, pour cela, n'ajou'cer que de très petites quantités -de métal, de manière qu'à la température de fonctionnement 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'exem ple, une mise en rouvre du procédé selon l'in vention.
La technique de l'utilisation des rayon ultraviolets nécessite une condition particu lière. Il est nécessaire .d'approcher le plus pos sible la source - de radiations - de la partie à irradier: on sait en effet que les radiations ultraviolettes, surtout celles de courtes Ion- gueurs d'ondes sont très absorbées par l'air.
Il faut donc éviter l'interposition d'air entre Ja source et la région à irradier, car le rende ment dépend moins de la loi .de l'éclairement inversement proportionnel au carré de la dis tance, que de l'absorbtion des radiations par la couche d'air interposée.
En médecine, par exemple, pour certaines applications locales nécessitant la mise en ouvre de courtes longueurs .d'ondes, il con vient de plaquer la lampe contre la partie à irradier. Comme les lampes actuelles chauffent beaucoup, la lampe doit être en tourée d'une circulation d'eau froide qui absorbe les radiations, ,diminue le rendement et complique les appareils.
Les fi-. 1 et 2 -du dessin annexé repré sentent, à titre d'exemples, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Dans les dispositifs décrits et représen tés, les moyens d'excitation à haute fré- quence, qui peuvent être extérieurs ou in térieurs -à l'enceinte contenant le ou les gaz ou le mélange .de gaz et -de vapeurs, sont pla cés à une distance suffisante de la paroi ser vant à l'irradiation pour que cette paroi se trouve en dehors du champ électromagnéti que. Cette paroi se trouve ainsi soustraite à l'action du champ haute fréquence qui crée, comme on sait, dans les diélectriques, un échauffement important. En même temps, elle est moins soumise aux transmissions -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 nécessaire.
La paroi servant à l'irradiation peut être constituée, 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'application désirée, telle zone du spectre visible ou ul traviolet utile. Cette paroi peut aussi avoir toutes les formes désirables en vue d'épou ser 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 fig. 1, 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; de ce côté, et sur la moitié du tube est bobiné à l'exté rieur, à sbires jointives, un fil tubulaire de Cuivre C, ayant par exemple 2 mm de dis mètre et 0,5 mm .d'épaisseur d'isolement d'a miante. A l'autre extrémité du tube est ci mentée une plaque de quartz P, transparente pour le spectre visible .et l'ultraviolet. La lampe est chargée d'une atmosphère appro priée, par exemple un mélange de gaz rares et de vapeurs de mercure.
Les deux fils ex trêmes<I>A</I> et B -du solénoïde S sont reliés aux bornes d'un appareil haute fréquence, par exemple d'un appareil -de diathermie à écla- Leur; un manche D est disposé pour le manie ment -de l'appareil.
Sur la. fig. 2, le solénoïde .S servant. à l'excitation est placé à l'intérieur même de la lampe. Le fil conducteur est alors isolé par toute substance convenable, par exemple par de l'émail, de manière à éviter toute pro duction 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 tem pérature -de fonctionnement de la lampe. Dans ce cas, on peut disposer tous moyens connus, 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 les 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 irradiations locales, par exemple sur la peau, en appliquant -directement 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 len tille 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. fig. 1, par exemple, on peut conserver à une extrémité la plaque de quartz et placer à l'autre extré- mité une lentille -de quartz, en disposant dif féremment le manche de maniement.
Il sera parfois avantageux de disposer, à L'intérieur -de la lampe, cou immédiatement à l'extérieur, des réflecteurs à pouvoir réflé- ahissant 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 fig. 2, mais il pourra être réalisé de toute manière convenable, par exemple, par un -dépôt appro prié sur la paroi de la. lampe.
Process for obtaining ultraviolet radiation and light radiation of selected composition, and device for its implementation. The present invention comprises a process for obtaining ultraviolet radiations and light radiations of selected composition as well as a device for carrying out this process.
The method according to the invention is characterized in that an electrical excitation reaching a high intensity at least instantaneously is subjected to an atmosphere comprising at least one rare gas located in an enclosure, under low pressure.
The device for implementing this method is characterized in that it comprises an enclosure containing an atmosphere comprising at least one rare gas, and means for producing an excitation reaching a high intensity at least instantaneously, said means -excitation -of the atmosphere sphere being separated from at least one wall of the enclosure serving for irradiation by a sufficient distance so that said wall is practically withdrawn from the exciting action and remains, therefore done, without the intervention of auxiliary cooling means,
at a temperature low enough to be able to be applied to a part è, to treat.
The remarkable ability of rare gases in the air to emit radiation under the action of electric discharge has long been known; it has been used especially in the neon light tube industry.
However, under the effect of the discharge, the rare gases are liable to emit, at the same time as visible radiation, ultraviolet radiation. Although much scientific work has been carried out on the spectra of rare gases, it does not seem that so far we have been able to take practical advantage of this property.
Ultraviolet radiation is most often produced by mercury vapor lamps which are characterized by a line spectrum that is doubtless very intense, but few in number. As they age, these lamps become dirty ". And become more and more opaque to ultraviolet rays - short wavelengths. Finally, of a high cost, they require, because of their high operating temperature , the use of water cooling devices, which complicate the devices and require a large footprint.
However, the technique of medical applications in particular has made it more and more 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.
It has been 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 millimeter of mercury, very rich and very intense sources radiation, 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, it has been found that the rare gas spark spectra can be produced by an electric discharge at low frequency, even in direct current, provided that the current density is sufficient.
The spectra obtained consist of 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 Z / lo mm of sea cure, the emission of ultraviolet radiations is determined by increasing the density of the neck. - rapture in the tube above -de 3 amps per square centimeter of section, of the tube.
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 conditions.
High-frequency excitation can also be used, for example and preferably as explained above, the discharge in damped waves which, by its strong instantaneous current intensities, provides, in an apparatus of suitable section, the great density of instantaneous current of at least 3 am per square centimeter, above indicated Another very important fact is that, at low pressures, and under the influence of the large instantaneous density of the current, one can vibrate at the same time various rare gases; it is thus possible to combine between them the spectra, the richest in ultraviolet, of krypton and xenon.
On the other hand, by a suitable choice of 4th gas mixtures, it is possible, for example in particular, by the addition of neon and argon to krypton or to xenon or to these last two gases at the same time, to achieve a source providing an extremely full spectrum ranging from dark red to extreme violet, and from extreme violet to ultra violet of the shortest wavelengths.
Thus, together with a beautiful ultraviolet spectrum, a beautiful white light is obtained, which does not appreciably affect the colors, which can be used for luminous advertising and 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 radiations - of short wavelengths - the higher the content of the mixture of krypton and xenon and the lower the pressure. Conversely, the spectrum will be so much richer in ultraviolet radiation - long wavelengths, the neon content of the mixture will be higher and the pressure will be greater.
By adding to the rare gases or to the mixture of rare gases, metallic vapors, such as for example mercury vapor, we can obtain a remarkable combination of the spectra of gases and vapors.
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 particles. radiation and thus decrease the yield.
An embodiment of the method according to the invention will now be described by way of example.
The technique of using ultraviolet rays requires a special condition. It is necessary to bring the source - of radiations - as close as possible to the part to be irradiated: it is in fact known that ultraviolet radiations, especially those of short wavelengths, are very much 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 of radiations by the interposed air layer.
In medicine, for example, for certain local applications requiring the use of short wavelengths, it is appropriate to press the lamp against the part to be irradiated. As the current lamps heat a lot, the lamp must be in turn of a circulation of cold water which absorbs the radiations, decreases the output and complicates the apparatus.
The fi-. 1 and 2 -of the accompanying drawing represent, by way of example, two embodiments of the device according to the invention.
In the devices described and shown, the high-frequency excitation means, which may be outside or inside the enclosure containing the gas (s) or the mixture of gases and vapors, are placed. at a sufficient distance from the wall used for irradiation so that this wall is outside the electromagnetic field. This wall is thus subtracted from the action of the high frequency field which creates, as we know, in the dielectrics, a significant heating. At the same time, it is less subject to heat transmissions by conductivity from 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.
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 area of the visible spectrum to pass, for the desired application, or ul useful traviolet. This wall can also have any desired 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 same wall of the lamp, the shape of which has been appropriate.
In fig. 1, a pyrex glass T-tube about 14 cm long and 3 -cm in diameter is closed at one end; on this side, and on half of the tube is wound on the outside, with adjoining minions, a tubular copper wire C, having for example 2 mm of diameter and 0.5 mm. of insulation thickness d 'a miante. At the other end of the tube is shown 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 extreme wires <I> A </I> and B -of the solenoid S are connected to the terminals of a high-frequency device, for example of a device -of lightning diathermy; a handle D is arranged for handling the device.
On the. fig. 2, the .S solenoid serving. to the excitement is placed inside the lamp itself. The conducting wire is then insulated by any suitable substance, for example by enamel, so as to avoid any production of effluvium 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 may be liquid at the operating temperature of the lamp. In this case, any known means 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 the 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 duration of application 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 it directly. quartz plate against the skin, without any noticeable heating, even after half an 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 allowing the radiation to be concentrated: .
It is also possible, on the same lamp, to have several walls with a view to different applications. In the case of the. fig. 1, for example, it is possible to keep the quartz plate at one end and to place a quartz lens at the other end, by arranging the handling handle differently.
It will sometimes be advantageous to have, inside the lamp, neck immediately outside, reflectors with high reflectivity, for visible rays and ultraviolet rays, for example of known alloys of magnesium and d. 'aluminum; such a reflector is shown at M in FIG. 2, but it can be achieved in any suitable manner, for example, by a -deposit appro pried on the wall of the. lamp.