Strahlenquelle mit einem lumineszierenden Stoff und Verfahren zur Herstellung einer solchen Strahlenquelle. Die Erfindung betrifft eine Strahlen quelle, die einen lumineszierenden Stoff ent hält, das heisst einen Stoff, der durch Strahlung von einer gewissen Wellenlänge angeregt werden kann und infolgedessen Strahlen von einer andern Wellenlänge aussendet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Strahlenquelle.
Die Strahlenquelle nach der Erfindung weist eine elektrische Gasentladungsröhre, insbesondere eine @Quecksilberdampfentla- dungsröhre, und einen lumineszierenden Stoff auf, der Siliziumdioxyd, das Oxyd des drei wertigen Ceriums, und mindestens ein Oxyd eines der zweiten Gruppe des periodischen Systems zugehörigen Elementes mit einer Ordnungszahl von 20 bis 56, z. B. Calcium-, Zink-, Strontium-, Cadmium- oder Barium oxyd, gegebenenfalls noch Aluminiumoxyd, enthält.
In einem solchen Stoff ist die gesamte, in Grammolekül ausgedrückte Ceriumoxyd- menge zweckmässig geringer als die Summe der Siliziumdioxydmenge und der Alumi- niumoxydmenge; minimal kann sie 0,01 Grammolekülprozent dieser Summe betra gen. Vorzugsweise enthält der Stoff 1 bis 5 Grammolekülprozente, -da sich mittels dieser Ceriumoxydmenge die höchste Lichtausbeute ergibt.
Eine Steigerung der Ceriumoxydmenge über den obengenannten Wert ist schädlich in bezug auf die gesamte Lichtausbeute des lumineszierenden Stoffes. Bei der Verwendung dieser Strahlenquelle erweist es sich als möglich, eine lumineszie rende Strahlung in dem langwelligen ultra violetten und dem an ihn anschliessenden Teil des sichtbaren Spektrums zu erhalten; die Grenzen dieses Gebietes liegen bei annähernd 3000 A und bei 6000 A.
Bei den meisten in einer Strahlenquelle nach der Erfindung ver wendeten Stoffen liegt der Höchstbetrag der ausgesandten Strahlung annähernd bei 4200 A. Der lumineszierende Stoff kann durch ultraviolette Strahlen sowohl im kurzwelligen als auch im langwelligen Gebiet angeregt werden. Bei der Verwendung einer Queck- silberdampfentladungsröhre ergibt sich als dann eine sehr starke Strahlung des lumines zierenden Stoffes, da bekanntlich das Queck silberspektrum bei 2537 A und 3650 A sehr intensive 'Linien enthält.
Die Verwendung des Ceriums als Aktiva tor ist aus einer Beschreibung von Unter suchungen bekannt, in der die Frage behan delt wird, ob das Cerium in dreiwertigem Zustande oder in vierwertigem Zustande zu der Lumineszenz Anlass gibt. Fast ohne Aus nahme ist das Ergebnis dieser Untersuchun gen, dass das Ceriumion in dreiwertiger Form vorhanden sein muss, soll Fluoreszenz auftre ten können.
In dieser Veröffentlichung ist auch ein Verfahren beschrieben, durch das leuchtendes Siliziumdioxyd durch Nieder schlagen aus einer Lösung von Äthylsilikat und Ceriumchlorid mittels Ammoniaks erhal ten wird. Der erhaltene Niederschlag wird getrocknet und bei hoher Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Der so er haltene Stoff luminesziert bei der Bestrah lung mit der Linie des Quecksilberspektrums von<B>2537</B> A mit einer blauen Farbe.
Gegenüber den vorstehend erwähnten Stoffen hat ein in einer Strahlenquelle nach der Erfindung verwendeter Stoff den Vorteil einer sehr grossen Lichtausbeute. Ferner be steht die Möglichkeit, gleichzeitig mit dieser grossen Lichtausbeute das Verhältnis der Be standteile des fluoreszierenden Stoffes derart zu wählen, dass zuvor gestellte Anforderun gen erfüllt werden können. Es ist beispiels weise möglich, die Farbe innerhalb der be reits gesetzten Grenzen zu ändern, ohne dass infolgedessen die Lichtausbeute vermindert wird.
Ein dritter, ganz bedeutender Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, dass der in einer Strahlenquelle nach der Erfindung ver wendete Stoff eine erheblich geringere Temperaturabhängigkeit aufweisen kann als die bisher bekannten, für den hier in Frage kommenden Anwendungsbereich verwendeten Stoffe. Diese bekannten Stoffe, beispielsweise mittels Silbers aktiviertes Zinksulfid, weisen mitunter zwar bei Zimmertemperatur eine hohe Lichtausbeute auf, aber bei der Stei gung der Temperatur f ällt diese sostark ab, dass sie für manche Zwecke nicht brauchbar sind.
Die Temperaturabhänbigkeit ist deshalb wich tig, weil die Stoffe öfters an einer solchen Stelle gegenüber der primären Strahlenquelle angewendet werden müssen, dass sie eine er hebliche Temperaturerhöhung erfahren. Es ist beispielsweise gefunden worden, dass ein gemäss der Erfindung aus Calciumoxyd, Si- liziumdioxyd und Ceriumoxyd in dreiwerti ger Form zusammengebauter, lumineszieren der Stoff zwischen 20 und 200 C nur 18 % in der Lichtausbeute zurückgeht. Gegenüber blauleuchtendem Zinksulfid ist die Verbesse rung sehr erheblich, da die Lichtausbeute des Zinksulfides bei l50 C nur noch 15 % der Lichtausbeute bei Zimmertemperatur beträgt.
<B>In</B> den Beispielen am Ende der Beschreibung ist für einige der dort angegebenen, Stoffe die Verminderung der Lichtausbeute bei ver schiedenen Temperaturen angegeben.
Beim Verfahren zur Herstellung einer Strahlenquelle gemäss der Erfindung kann der lumineszierende Stoff durch Erhitzen eines Gemisches der Oxyde des Ceriums, des Siliziums und mindestens eines der zweiten Gruppe des periodischen Systems zugehöri gen Elementes mit einer Ordnungszahl von 20 bis 56, gegebenenfalls gemeinsam mit Aluminiumoxyd oder einem Stoff, aus dem dieses Oxyd durch Erhitzung entsteht, in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, zweck mässig in einer reduzierenden Atmosphäre, erhalten werden.
Zur Herstellung kristalli nischer Erzeugnisse wird die Erhitzung zweckmässig bis nahe unter den Schmelz punkt des Stoffes vorgenommen, während zur Herstellung eines glasartigen Stoffes bis über den Schmelzpunkt erhitzt wird.
Der lumineszierende Stoff kann in Form einer Schicht auf die Innenseite der Wand der Entladungsröhre aufgebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, ihn an einer andern Stelle anzubringen. Es kann z. B. die eigent liche Entladungsröhre aus Quarz oder einem andern Stoff bestehen, der für ultraviolette Strahlen leicht durchlässig ist, wobei der lu mineszierende Stoff in diesem Falle auf die Innenseite einer die eigentliche Entladungs röhre umgebenden Aussenröhre aufgebracht werden kann.
Anstatt auf der Aussenröhre kann der lumineszierende Stoff auch auf einen Reflektor aufgebracht werden, welcher derart angeordnet ist, dass er von den in der Entladungsröhre erzeugten Strahlen getrof fen wird. Zur Vermeidung unerwünschter Strahlen mit kleiner Wellenlänge lassen sich Filter verwenden. Im allgemeinen wählt man die Absorption und Durchlässigkeitseigen- schaften der verschiedenen Einzelteile der Strahlenquelle nach Massgabe der Strahlung, die man wünscht. Es müssen z.
B. ultra violette Strahlen absorbierende Stoffe ge wählt werden, wenn ausschliesslich eine Quelle sichtbarer Strahlen erwünscht wird.
Da ein in einer Strahlenquelle nach der Erfindung zu verwendender Stoff durch Strahlen von sehr auseinanderlaufender Wellenlänge angeregt werden kann, lässt sich sowohl eine Tiefdruckquecksilberdampfent- ladungsröhre als auch eine Hochdruckqueck- silberdampfentladungsröhre verwenden. Da bei ist unter der zuletzt erwähnten eine Röhre zu verstehen, bei welcher der Dampfdruck im Betrieb so hoch ist, dass die Entladung eingeschnürt ist.
In gewissen Fällen kann man auch Entladungsröhren mit einer Fül lung aus Edelgasen oder aus Dampf des Zinks, Kadmiums, Arsens oder aus Mischun gen derselben verwenden.
Der in einer Strahlenquelle nach der Er findung zu verwendende Stoff kann mit einen. andern lumineszierenden Stoff zwecks Erzielung einer gewissen spektralen Vertei lung der ausgesandten Strahlen kombiniert werden. Die Stoffe können dabei sowohl kri stallinisch als auch glasartig sein.
Zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung und der mittels der erhaltenen Stoffe zu erzielenden Ergebnisse werden nachfolgend vier Beispiele gegeben. <I>Beispiel 1:</I> Ein Gemisch wird aus.: 90 g präzipitiertem Caleiumkarbönat, 36,6 g präzipitiertem Siliziumdioxyd, 5 g Cerokarbonat hergestellt. Das Gemisch wird während an derthalb Stunden in einerreduzierenden Atmo sphäre auf einer Temperatur von 1400 C erhitzt.
Der erhaltene Stoff ergibt bei der Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen einer Quecksilberdampfentladung eine starke blaue Emission (Wellenlänge 3600 A mit einem Höchstwert bei 4250 A).
Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes kann durch 3;00 Ca0 : 2,00 Si02 0,03 Cej#03 dargestellt werden.
Die Temperaturabhängigkeit ergibt sieh aus nachfolgender Tabelle:
EMI0003.0049
Temperatur <SEP> in <SEP> <SEP> C <SEP> Lichtausbeute <SEP> in
<tb> 0 <SEP> 100
<tb> 100 <SEP> 93
<tb> . <SEP> 200 <SEP> 82
<tb> 300 <SEP> 60
<tb> 400 <SEP> 40 <I>Beispiel 2:</I> Ein Gemisch wird aus: 67 g Calciumkarbonat, 34 g Aluminiumoxyd, 20 g Siliziumdioxyd, 5,5 g Cerokarbonat hergestellt. Das- Gemisch wird während an derthalb Stunden in einer reduzierenden Atmo sphäre auf 1470 C erhitzt.
Der erhaltene Stoff ergibt bei der Bestrahlung mit ultra violetten Strahlen einer Quecksilberdampf entladung eine starke blaue Emission (Wel lenlänge 3600 bis 6000 A mit einem Höchst- wert bei 4200 A). Der Stoff leuchtet nach dem Aufhören der Bestrahlung minuten lang nach.
Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes kann durch 2 Ca0 : 1 Si02 : 1 A1,03 0,03 Ce203 dargestellt werden.
Die Temperaturabhängigkeit ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:
EMI0004.0001
Temperatur <SEP> in <SEP> C <SEP> Lichtausbeute <SEP> in
<tb> 20 <SEP> 100
<tb> 100 <SEP> 72
<tb> 200 <SEP> 41
<tb> 300 <SEP> 20 <I>Beispiel 3:</I> Ein Gemisch wird aus: 49 g Strontiumkarbonat, 34 g Aluminiumoxyd, 40 g Siliziumdioxyd, 9 g Cerokarbonat hergestellt. Das Gemisch wird während 21i Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1360 C erhitzt.
Der erhaltene Stoff er gibt bei der Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen einer Quecksilberdampfentladung eine weissblaue Emission von 3000 bis 6000 A mit Höchstwerten bei 3500 und 4300 A.
Die Zusammensetzung des erhaltenen Stoffes ist 1 Sr0 : 1 A103 : 2 Si02 : 0,05 Ce.03.
<I>Beispiel</I> Ein Gemisch wird aus: 30 g Calciumkarbonat, 18 g Siliziumdioxyd, 20 g Aluminiumoxyd, 3,3 g Cerokarbonat hergestellt. Das Gemisch wird in einer redu zierenden Atmosphäre bei 1500 C geschmol zen. Bei der Abkühlung entsteht ein klares Glas, das bei der Bestrahlung mit ultra violetten Strahlen einer Quecksilberdampf entladung stark hellblau luminesziert (Wel lenlänge 3500. bis 6000 A).