Lampe à éclairs. 1.:( présente invention esi relative à une lampe à éclairs, ou lampe stroboscopique, pou vant être construite pour de grandes puis- @all('e.s nloVenneS.
i)11 sait que la cléchar#-e d'an. condensateur à travers lui gaz rare ou un mélange de < gaz rares et de vapeurs métalliques, donne na.is- sanec à un éclair très bref, de grande inten sité lumineuse, plus particulièrement lorsque le gaz de remplissage de la lampe du xénon ou du krypton, ou un mélange de ces deux gaz.
L'énergie T" dépensée au cours d'une telle déeliarge est sensiblement égale à T" = 1/2 . (' . -i'' l 611(11t exprimée en joule, lorsque la capa- e;té C du condensateur est exprimée en farad et l:( tension de charge T', en volts.
@i l'on répète les éclairs :1' fois par seconde, la puissance moyenne absorbée sera: P=h.Ï- f' étant cette puissance exprimée en watts. Tant que cette puissance moyenne resto assez faible, inférieure par exemple à <B>100</B> watts, la construction des lampes à éclairs ne présente pas de difficultés parti- eulières et ces lampes sont, à l'heure actuelle, d titi emploi courant.
Toutefois, lorsqu'on cherche à. accroître la puissance moyenne des lampes à éclairs et à dépasser une puissance de l'ordre d'une cen- laine (le watts, divers phénomènes viennen '. contrarier le bon fonctionnement des lampes;
on observe notamment n) un échauffement exaéré des électrodes de la lampe à éclairs, b) un échauffement exagéré de la paroi en verre de la. lampe, c) une pulvérisation des électrodes, prin cipalement de-l'électrode fonctionnant comme cathode, pulvérisation provoquant le noircis sement de la paroi en verre de la lampe.
La. présente invention est relative à une lampe à éclairs pouvant être exécutée de manière à être capable de dissiper des puis sances moyennes élevées (moyennes relatives à des temps de fonctionnement longs par rap port à la durée des éclairs), supérieures à une centaine de watts, et pouvant. atteindre, par exemple, plusieurs kilowatts, sans qu'il en résulte un échauffement. exagéré des élec trodes ou de la paroi en verre de la lampe, ni un noircissement de cette paroi sous l'influence de la pulvérisation des électrodes.
Pour pouvoir fonctionner avec des puis sances moyennes élevées et par suite, en par ticulier, pouvoir répéter les éclairs à une fré quence suffisante (par exemple 24 par seconde pour les applications cinématographiques), il est nécessaire, pour éviter le passage au fonc tionnement. en luminescence et conserver le fonctionnement en éclairs séparés, de mainte nir les électrodes et en particulier celle qui joue le rôle de cathode, suffisamment froides pour éviter qu'une émission thernio-électro- niqtte importante ne conduise ait fonctionne ment en régime d'arc.
Ce résultat peut. être atteint, même pour de grandes puissances, si l'on utilise des élec trodes qui peuvent facilement se refroidir, ce qui est le cas lorsque les électrodes forment une partie de l'enceinte dans laquelle s'effec tue la décharge et que par suite elles pré sentent une ou plusieurs surfaces baignée., par l'air ambiant ou accessibles à des@pro- cédés artificiels de refroidissement extérieur.
Par exemple, les électrodes pourront. être refroidies par ventilation forcée ou par circu lation d'eau, ou être munies d'ailettes de refroidissement ou encore être solidaires de pièces métalliques, en contact. thermique étroit avec, les électrodes, munies elles-mêmes d'ailet tes de refroidissement.
De même, pour éviter l'échauffement exagéré de l'enceinte en verre des lampes :t éclairs, notamment pour grandes puissances, il est nécessaire de leur donner une conforma tion telle que leur développement en surface soit suffisant pour assurer le refroidissement; les mêmes considérations ont conduit à aug- inenter le dimensionnement des ampoules des lampes à incandescence de grande puissance.
La lampe à éclairs qui fait l'objet de <B>1.9</B> présente invention comprend une enceinte remplie d'un gaz à basse pression et au moins deux électrodes métalliques dites froides formant parties intégrantes de l'enceinte. Cette lampe est caractérisée en ce que les deux électrodes métalliques sont.
soudées aux par ties extrêmes d'un tube en verre constituant au moins une partie de la paroi latérale de l'enceinte et s'étendant vers l'intérieur de l'espace limité par le tube en verre, la décharge électrique étant canalisée par une pièce transparente réfractaire, formant con duit de décharge et de faible section par rap port au tube en verre, disposée à l'intérieur de l'enceinte et munie à ses extrémités de par ties évasées qui entourent complètement les électrodes métalliques et qui s'étendent à.
l'arrière de ces dernières de manière à laisser cwnnitmiquei. les espaces limités respective- ment par la pièce formant conduit. de décharge et le tube en verre.
On petit. exécuter l'objet. de l'invention de manière qu'il présente 1e4 caractéristiques suivantes l. Les électrodes métalliques sont consti tuées chacune par un corps creux dans lequel est. adapté à. l'extérieur de l'enceinte un corps métallique à réfrigération naturelle ou foi- cée destinée à. limiter la température de l'électrode.
? Entre les électrodes métalliques et la partie non évasée de la pièce destinée à cana liser la décharge sont disposés des écran isolants, formant partie clé cette pièce. qui protègent contre le dépôt de pulvérisation cathodique la partie de cette pièce qui doit rester transparente.
3 La pièce destinée à. canaliser la décharge porte dans sa partie non évasée ou dans une de ses parties évasées une électrode d'anior- cage, dont l'entrée de courant. traverse avec isolement l'enceinte et est. soudée dans la paroi de cette enceinte.
On peut remarquer que l'emploi d'élec- t.rodes métalliques directement soudées à l'enceinte en verre de la lampe présente l'avantage important de ne pas nécessiter d'entrées de courant. constituées par des con ducteurs enrobés dans le verre, dispositioir4 couramment emplozées dans les lampes de faible puissance pour amener le courant aux électrodes entièrement. contenues à l'intérieur de l'enceinte.
Il ne faut pas oublier, en effet, que les intensités de courant de décharge d'un condensateur à. travers des lampes à éclairs atteignent, couramment. des valeurs de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères et que ces intensités, pour des puissances plus inipor- tantesy peuvent atteindre plusieurs milliers d'ampères. Il @- a donc intérêt à diminuer au maximum la résistance du circuit électrique de décharge.
Au dessin annexé, on a représenté, à. titre d'exemple, diverses formes d'exécution de l'objet. de l'invention.
La fig. 1. du dessin montre un premier exemple (le réalisation de la. lampe à- éclairs suivant. l'invention. Sur cette figure, les élec trodes métalliques E ont la forme d'un eyIirr- dre creux, fermé à une extrémité, dont la convexité est. tournée vers l'intérieur de l'enceinte sous vide V de la lampe, des sou dures<B>8</B>, étanches au vide, étant réalisées entre le métal constituant les électrodes E et l'enceinte tubulaire en verre V de la lampe.
Afin d'obtenir des soudures résistant à des variations importantes de température, il est nécessaire de recourir, pour former les élec- trocles E, à des matériaux métalliques ayant des coefficients de dilatation thermique très voisins de celui du verre de l'enceinte l'; on pourra, par exemple, avantageusement employer pour les électrodes un alliage de fer, de nickel et de cobalt, tandis que l'enceinte sera constituée par un verre que se soude à cet, alliage.
Les électrodes E sont munies d'un radia teur R constitué d'un cylindre métallique, en cuivre ou en laiton de préférence, pourvu d'ailettes placé à frottement sur les élec trodes E, augmentant. ainsi les possibilités d'échange calorifique.
Entre les électrodes E, à l'intérieur de l'enceinte V, est prévu un tube T, par exem ple en quartz, destiné à canaliser la décharge entre les électrodes.
<B>Le</B> tube T est fixé sans scellement, de faon que les gaz échauffés sur le trajet de la décharge puissent passer librement dans l'espace annulaire entre le tube T et l'enceinte V pour aller se refroidir au contact clé la paroi extérieure de l'enceinte V.
Une immobilisation suffisante de ce tube eanalisateur à la place convenable est obtenue simplement en le faisant appuyer par ses deux extrémités sur les deux fonds de la lampe; la. non-étanchité entre le tube canaliseur et l'espace annulaire limité par l'enceinte V étant réalisée grâce à, des dentelures des bord extrêmes de ce tube canaliseur.
L a fig. '-) représente une variante de la forme représentée à la fig. 1 dans laquelle la pièce destinée à canaliser la décharge est. for mée d'un tube t, et de deux tubes t.., soudé, de sections différentes, le tube t, pénétrant. à l'intérieur des tubes<I>t2;</I> la section médiane la. plus étroite cr, par exemple, la longueur utile pour l'éclairage uniforme d'un film cinémato- bra.phique.
Enfin, si l'on veut éviter tout noircisse ment nuisible des parois sous l'influence de la pulvérisation des électrodes, il est utile de prévoir, à l'intérieur de la pièce canalisant la décharge, des écrans isolants interceptant les particules solides éjectées des électrodes. Dans la. disposition des fig. 1 et 2, cette pièce est pourvue d'écrans ou ombrelles 0 agissant comme obstacles sur le trajet des -particules solides provenant de la pulvérisation des élec trodes et empêchant ainsi le noircissement de la, partie de la pièce qui doit rester trans parente.
L'interposition d'un écran de protec tion contre un dépôt de pulvérisation est ren due inutile si l'on emploie des électrodes orientées latéralement aux extrémités de l'enceinte, puisque seules les parois latérales de la pièce canalisant la décharge situées à proximité des électrodes subissent un noir= cissement. La fig. 3 représente une forme d'exécution présentant cette disposition. La flèche f indique la direction d'utilisation de la lumière.
Enfin, dans un grand nombre de lampes à éclairs, il est nécessaire d'utiliser un disposi tif qui fasse jaillir L'éclair à l'instant exacte ment, opportun (par exemple pour la prise d'une photographie en instantané ultra- rapide), ou qui fasse jaillir des éclairs succes sifs périodiques avec une fréquence choisie.
Un dispositif connu pour provoquer le jaillissement de l'éclair consiste à produire brusquement un champ électrique intense entre l'une des électrodes de la lampe et un conducteur voisin de cette électrode et dis posé extérieurement à la lampe. Ce dispositif qui donne de bons résultats pour les lampes de faible puissance formées de tubes dont le diamètre est de l'ordre de quelques milli mètres ne peut plus être utilisé dans les lampes de grandes puissances, de dimensions transversales à la décharge de l'ordre de plu- sieurs centimètres et qui possèdent une pièce destinée à canaliser la. décharge.
En effet, l'expérience a montré (111'1111e surtension appliquée pour l'allumage à un conducteur extérieur à la lampe a souvent pour effet. de faire passer la décharge, lion plus dans la pièce prévue à cet effet, mais dans l'espace compris entre cette pièce et l'enceinte de la lampe.
On peut obvier à ce grave inconvénient en utilisant une électrode auxiliaire d'allumage qui, traversant l'espace annulaire sous une gaine isolante (un enrobage de verre pal- exemple), pénètre dans la pièce canalisatrice par une ouverture qui v est pratiquée.
Les surtensions de sens convenable appli quées entre cette électrode d'allumage et l'électrode voisine de la. lampe assurent alors le passage désiré de l'éclair à l'intérieur de la pièce canalisatrice.
Une telle électrode auxiliaire est. repré sentée, à titre d'exemple, sur les fig. ? et a désigne l'électrode auxiliaire d'allumage, b la gaine isolante, co l'ouverture pratiquée dans la pièce cana- lisatrice pour le passage de l'électrode d'allu mage a..
Pour mettre en évidence les résultat:, atteints avec les lampes décrites ci-dessus, il est donné ci-après trois exemples numériques: (t-) Une lampe à éclairs pour projection d'un film cinématographique capable de i'our- nir cinquante éclairs de 10 joules par seconde, c'est-à-dire de développer une puissance moyenne de 500 watts - les électrodes de cette lampe étant munies d'ailettes à réfrigé ration forcée par air.
b) Une lampe analogue, pouvant dissiper en fonctionnement prolongé une puissance moyenne de 1 k@V, a. permis de réaliser la cinématographie en instantané extrêmement bref (30 microsecondes) de préparation microscopique, dans les conditions de grossis sement maximum non seulement en micro scopie ordinaire, mais également, et ceci pour la première fois, en microscopie à contraste de phase pour des préparations vivantes et rton colorées, c) Une lampe analogue destinée à une prise de vue cinématographique dans laquelle le refroidissement.
(le \ la eatliode est réalisé par circulation d'eau et celui de l'anode par réfrig=ération forcée par air, est en cours d'essai, à raison de 50 éclairs de .:>00 joules par seconde - puissance lit,) venne '?-.i kW.
Il convient enfin de noter que la lampe à. éclairs selon l'invention lient aussi bien être réalisée pour de grandes puissances (supé- rieures à quelques centaines de watts) due pour de faibles puissances (quelques watts ou quelques dizaines cle watt> ).
Lightning lamp. 1. :( present invention is relating to a lightning lamp, or strobe light, which can be built for large powers- @all ('e.s nloVenneS.
i) 11 knows that the key # -e of year. condenser, through it rare gas or a mixture of rare gases and metallic vapors, gives rise to a very brief flash of great luminous intensity, more particularly when the gas filling the lamp with xenon or krypton, or a mixture of these two gases.
The energy T "expended during such a deeliarge is substantially equal to T" = 1/2. ('. -i' 'l 611 (11t expressed in joule, when the capacity C of the capacitor is expressed in farad and l :( charging voltage T', in volts.
@If the flashes are repeated: 1 'times per second, the average power absorbed will be: P = h.Ï- f' being this power expressed in watts. As long as this fairly low average restaurant power, for example less than <B> 100 </B> watts, the construction of flash lamps does not present any particular difficulties and these lamps are, at the present time, of great importance. current use.
However, when looking to. increase the average power of the flash lamps and to exceed a power of the order of a hundred (the watts, various phenomena occur. to thwart the correct functioning of the lamps;
one observes in particular n) an exaggerated heating of the electrodes of the flash lamp, b) an exaggerated heating of the glass wall of the. lamp, c) sputtering of the electrodes, mainly of the electrode functioning as a cathode, sputtering causing blackening of the glass wall of the lamp.
The present invention relates to a flash lamp which can be produced in such a way as to be capable of dissipating high average powers (averages relating to long operating times with respect to the duration of the flashes), greater than a hundred of flashes. watts, and being able. achieve, for example, several kilowatts, without resulting in heating. exaggeration of the electrodes or the glass wall of the lamp, nor a blackening of this wall under the influence of the spraying of the electrodes.
In order to be able to operate with high average powers and therefore, in particular, to be able to repeat the flashes at a sufficient frequency (for example 24 per second for cinematographic applications), it is necessary to avoid switching to operation. in luminescence and keep the operation in separate flashes, to keep the electrodes and in particular that which plays the role of cathode, sufficiently cold to avoid that a significant thermoelectro- nic emission does not lead to operation in arc regime .
This result can. be achieved, even for high powers, if one uses electrodes which can easily be cooled, which is the case when the electrodes form a part of the enclosure in which the discharge takes place and therefore they have one or more surfaces bathed by ambient air or accessible to artificial external cooling processes.
For example, the electrodes can. be cooled by forced ventilation or by water circulation, or be fitted with cooling fins or be integral with metal parts in contact. narrow thermal with the electrodes themselves fitted with cooling fins.
Likewise, to avoid excessive heating of the glass enclosure of the lamps: t flashes, in particular for large powers, it is necessary to give them a conformity such that their surface development is sufficient to ensure cooling; the same considerations led to increasing the sizing of the bulbs of high power incandescent lamps.
The flash lamp which is the subject of the present invention comprises an enclosure filled with a low pressure gas and at least two so-called cold metal electrodes forming integral parts of the enclosure. This lamp is characterized in that the two metal electrodes are.
welded to the end parts of a glass tube constituting at least part of the side wall of the enclosure and extending towards the interior of the space limited by the glass tube, the electric discharge being channeled through a transparent refractory part, forming a discharge duct and of small cross section with respect to the glass tube, arranged inside the enclosure and provided at its ends with flared parts which completely surround the metal electrodes and which extend at.
the rear of these so as to leave cwnnitmiquei. the spaces limited respectively by the part forming the duct. discharge and glass tube.
We small. run the object. of the invention so that it exhibits the following characteristics 1e4. The metal electrodes are each constituted by a hollow body in which is. adapted to. outside the enclosure a metal body with natural or creep refrigeration intended for. limit the temperature of the electrode.
? Between the metal electrodes and the non-flared part of the part intended to channel the discharge are arranged insulating screens, forming a key part of this part. which protect the part of this part which must remain transparent against the deposit of cathodic sputtering.
3 The part intended for. channeling the discharge carries in its non-flared part or in one of its flared parts an aniorcage electrode, including the current input. crosses with isolation the enclosure and is. welded in the wall of this enclosure.
It can be seen that the use of metal electrodes directly welded to the glass enclosure of the lamp has the important advantage of not requiring current inputs. constituted by conductors coated in the glass, dispositioir4 commonly emplozées in low power lamps to bring the current to the electrodes entirely. contained inside the enclosure.
It should not be forgotten, in fact, that the discharge current intensities from capacitor to. through flash lamps reach, fluently. values of the order of several hundred amperes and that these intensities, for more important powers, can reach several thousand amperes. It therefore has an interest in reducing the resistance of the electric discharge circuit as much as possible.
In the accompanying drawing, there is shown at. by way of example, various embodiments of the object. of the invention.
Fig. 1. of the drawing shows a first example (the embodiment of the. Flashlamp according to the invention. In this figure, the metal electrodes E have the shape of a hollow eyelid, closed at one end, of which the convexity is turned towards the interior of the vacuum chamber V of the lamp, <B> 8 </B>, vacuum-tight welds being made between the metal constituting the electrodes E and the tubular chamber glass V of the lamp.
In order to obtain welds resistant to large variations in temperature, it is necessary to use, to form the electrocles E, metallic materials having thermal expansion coefficients very close to that of the glass of the enclosure l ' ; one could, for example, advantageously use for the electrodes an alloy of iron, nickel and cobalt, while the enclosure will be constituted by a glass which is welded to this alloy.
The electrodes E are provided with a radiator R consisting of a metal cylinder, preferably copper or brass, provided with fins placed in friction on the electrodes E, increasing. thus the possibilities of heat exchange.
Between the electrodes E, inside the enclosure V, there is provided a tube T, for example made of quartz, intended to channel the discharge between the electrodes.
<B> The </B> tube T is fixed without sealing, so that the gases heated on the path of the discharge can pass freely in the annular space between the tube T and the enclosure V to cool on contact key the outer wall of the enclosure V.
Sufficient immobilization of this eanalisateur tube in the appropriate place is obtained simply by making it press by its two ends on the two bases of the lamp; the. non-tightness between the channeling tube and the annular space limited by the enclosure V being achieved by means of indentations on the end edges of this channeling tube.
L a fig. '-) shows a variant of the form shown in FIG. 1 in which the part intended to channel the discharge is. formed of a tube t, and two tubes t .., welded, of different sections, the tube t, penetrating. inside the tubes <I> t2; </I> the middle section la. narrower cr, for example, the useful length for uniform illumination of motion picture film.
Finally, if one wishes to avoid any harmful blackening of the walls under the influence of the spraying of the electrodes, it is useful to provide, inside the part channeling the discharge, insulating screens intercepting the solid particles ejected from the electrodes. electrodes. In the. arrangement of fig. 1 and 2, this part is provided with screens or umbrellas 0 acting as obstacles in the path of the solid -particles originating from the spraying of the electrodes and thus preventing the blackening of the part of the part which must remain transparent.
The interposition of a protective screen against a deposit of spray is rendered unnecessary if one uses electrodes oriented laterally at the ends of the enclosure, since only the side walls of the part channeling the discharge located near the electrodes undergo a black = wetting. Fig. 3 shows an embodiment having this arrangement. The arrow f indicates the direction in which the light is used.
Finally, in a large number of flash lamps, it is necessary to use a device which makes the flash shoot out at the exact moment, opportune (for example for taking an ultra-fast snapshot photograph) , or which spurts out periodic successive flashes with a chosen frequency.
A known device for causing the flash of lightning consists in suddenly producing an intense electric field between one of the electrodes of the lamp and a conductor close to this electrode and placed outside the lamp. This device, which gives good results for low-power lamps formed of tubes with a diameter of the order of a few milli meters, can no longer be used in high-power lamps, of dimensions transverse to the discharge of the order of several centimeters and which have a part intended to channel the. dump.
Indeed, experience has shown (111'1111th overvoltage applied for ignition to a conductor external to the lamp often has the effect of passing the discharge, lion more in the room provided for this purpose, but in the space between this part and the lamp enclosure.
This serious drawback can be overcome by using an auxiliary ignition electrode which, passing through the annular space under an insulating sheath (a coating of glass, for example), enters the channeling part through an opening which is made.
The correct direction overvoltages applied between this ignition electrode and the neighboring electrode. lamp then ensure the desired passage of the lightning inside the channeling part.
Such an auxiliary electrode is. shown, by way of example, in FIGS. ? and a designates the auxiliary ignition electrode, b the insulating sheath, co the opening made in the duct part for the passage of the ignition electrode a ..
To demonstrate the results obtained with the lamps described above, three numerical examples are given below: (t-) A flash lamp for projection of a cinematographic film capable of supplying fifty flashes of 10 joules per second, that is to say of developing an average power of 500 watts - the electrodes of this lamp being provided with fins with forced air cooling.
b) A similar lamp, capable of dissipating an average power of 1 k @ V in prolonged operation, a. made it possible to carry out cinematography in extremely short snapshot (30 microseconds) of microscopic preparation, under the conditions of maximum magnification not only in ordinary microscopy, but also, and this for the first time, in phase contrast microscopy for preparations alive and rton colored, c) An analogous lamp intended for cinematographic shooting in which the cooling.
(the \ la eatliode is carried out by circulating water and that of the anode by refrigeration = forced air ventilation, is being tested, at the rate of 50 flashes of.:> 00 joules per second - bed power, ) venne '? -. i kW.
Finally, it should be noted that the. flashes according to the invention are equally suited to be carried out for high powers (greater than a few hundred watts) due to low powers (a few watts or a few tens of watt>).