CH448285A

CH448285A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung negativer Ionen

Info

Publication number: CH448285A
Application number: CH192662A
Authority: CH
Inventors: Joseph Morowitz Harold
Original assignee: Scovill Manufacturing Co
Priority date: 1962-02-16
Filing date: 1962-02-16
Publication date: 1967-12-15

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung negativer Ionen Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung nega tiver Ionen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung negativer Ionen ist durch folgende Stufen gekennzeich net: Erzeugung einer Photonenstrahlung von vorbe stimmter Wellenlänge, Auffangen der Photonenstrah- lung mit einer Metallschicht von einer Dicke, die aus reicht, um die Photonenstrahlung auf ihrer einen Seite zu absorbieren, und die so dünn ist, dass Photoelektro nen in einen an die andere Seite der Schicht angren zenden gasgefüllten Bereich, worin negative Ionen er zeugt werden, emittiert werden.

Die Vorrichtung zur Erzeugung negativer Ionen umfasst eine Photonenstrahlungsquelle, eine metalli sche Schicht, die so angeordnet ist, dass sie auf einer Seite Photonenstrahlung aus dieser Quelle empfangen kann, und eine solche Dicke aufweist, die gross genug ist, um den Austritt von Photoelektronen in einen an die gegenüberliegende Seite der Schicht angrenzenden Bereich zu ermöglichen.

Anhand der beigefügten-Zeichnung wird die Erfin dung beispielsweise näher erläutert. Diese Zeichnung gibt eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung schematisiert und im Schnitt wieder, wobei einige Teile im Bruch dargestellt sind.

Es hat sich gezeigt, dass negative Ionen für viele Zwecke, beispielsweise zur Luftreinigung und in der Therapie, verwendbar sind. Bisher traten Schwierigkei ten auf, wenn der Versuch gemacht wurde, wirklich befriedigende Erzeuger von negativen Ionen zu schaf fen, insbesondere wenn eine hohe Konzentration an negativen Ionen erwünscht war.

Bei der als Beispiel wiedergegebenen Ausführungs form der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist die Hülle einer ultraviolette Photonen emittierenden Röhre mit einer dünnen metallischen Schicht aus Gold über zogen. Diese Schicht absorbiert von dem Emitter in der Röhre kommende Photonen auf einer ihrer Ober flächen und sendet Photoelektronen aus ihrer anderen oder äusseren Oberfläche aus, d. h. die Photoelektro nen werden von der Seite der Schicht ausgesandt, die der Seite, auf welcher die Photonen absorbiert werden, entgegengesetzt ist. Die Photoelektronen werden von den Atomen oder Molekülen eines die Hülle umgeben den Gases aufgefangen.

Bei der als Beispiel betrachte ten Ausführungsform ist dieses Gas ein Luftstrom, der die negativen Ionen zu dem Bereich führt, wo sie ange wandt werden.

In der Röhre 2 ist an ihrer Basis 4 eine Emissions einrichtung angeordnet, die ultraviolette Photonen er zeugt. Die Röhre 2 weist eine Hülle 6 aus Quarz oder Vicor (95 % Quarz und 5 % Glas) auf. Auf der äus- seren Oberfläche der Hülle 6 befindet sich ein dünner metallischer Überzug oder eine Schicht 8 aus Gold.

Die Schicht 8 ist durch einen Draht 10 geerdet, der durch eine Klemme 11 daran festgehalten wird, so dass sie auf Erdpotential gehalten wird. Die Röhre 2 befin det sich in einem Gehäuse 12, das eine jalousieartige Einlassöffnung 14 sowie eine Auslassöffnung 16 auf weist, aus welcher die Luft mit Hilfe eines Gebläses 20, das durch einen Elektromotor angetrieben wird, abgezogen wird. Die Photonen treten ohne Behinde rung durch die Hülle 6 hindurch und gelangen auf die innere Oberfläche der Schicht B. Dadurch wird die Schicht 8 zur Emission von Elektronen veranlasst, die in den Bereich 22 der die Hülle umgebenden Luft ein treten. In dieser Luft befindliche Staubteilchen können einige der Photoelektronen aufnehmen.

Die anderen Photoelektronen werden von den Atomen oder Mole külen der Luftbestandteile, z. B. dem Sauerstoff aufge nommen, wodurch die Luft zu einer konzentrierten negativen Ionenquelle wird. Das Gebläse fördert die Luft aus diesem Bereich 22 in den Bereich oder die Bereiche der Verwendung. Die Luft wirkt daher als Fördermittel für den Transport der negativen Ionen aus der Zone 22 bei der Röhre 2.

Die dünne Schicht 8 aus Metall wird auf die Röh renhülle 6 im Vakuum aufgedampft, wodurch eine ge naue Einstellung der Stärke der metallischen Schicht auf der gesamten Oberfläche der Hülle gewährleistet wird. Bei der als Beispiel gewählten Ausführungsform besteht die metallische Schicht aus Gold mit e-ner Stärke in der Grössenordnung von 75 bis 400 Ang- ström-Einheiten, wobei bestimmte Prüfungen erkennen lassen, dass die bevorzugte Stärke nahe bei der unteren Grenze dieses Bereichs liegt.

Die Schicht 8 ist dick genug, um eine Absorption der Photonen zu ermöglichen, und dünn genug, um den Austritt der Photoelektronen zuzulassen.

Bei der als Beispiel gewählten Ausführungsform ist die Röhre 2 eine Niederdruck-Quecksilber-Entladungs- röhre, die 90 0.%o ihrer Energie bei einer Wellenlänge von 2537 A emittiert. Die Röhre ist auf 3,5 Watt aus gelegt und hat eine Leistung an ultravioletten Photonen von 0,1 Watt. Wie bereits erwähnt, ist die Goldschicht 8 im Vakuum aufgedampft worden, und während des Aufbringens dieser Schicht wurde die Röhre mit kon stanter Geschwindigkeit zwischen zwei Golddampfquel- len gedreht. Der Erdungsdraht 10 ist mechanisch an die Schicht 8 angeklemmt.

Anstelle des in dem obigen Beispiel genannten können auch andere Metalle und andere Photonen- quellen verwendet werden. Bekanntlich werden Pho toelektronen aus der Schicht nur dann emittiert, wenn die Photonen eine hierfür ausreichend hohe Energie besitzen. Im allgemeinen erzeugen bei einem gegebenen Metallüberzug nur Photonen mit einer Wellenlänge unter einer bestimmten Grenze Photoelektronen. Die maximale Wellenlänge für den jeweiligen metallischen Überzug kann aus der photoelektrischen Funktion des Metalls nach der Gleichung
EMI0002.0021
berechnet werden.

In dieser Gleichung bedeutet W die Energie in Elektronenvolt, h die Planksche Konstante, c die Lichtgeschwindigkeit und A max die grösste Wel lenlänge des ein Photoelektron erzeugenden Photons. Im folgenden werden die Werte von W und A max für einige Metalle wiedergegeben.

EMI0002.0026

W <SEP> max
<tb> Gold <SEP> 4,82 <SEP> 2552 <SEP> A
<tb> Caesium <SEP> 2,84 <SEP> 4331 <SEP> A
<tb> Quecksilber <SEP> 4,53 <SEP> 2715 <SEP> A
<tb> Nickel <SEP> 5,01 <SEP> 2455 <SEP> A
<tb> Blei <SEP> 4,0 <SEP> 3075 <SEP> A
<tb> Silber <SEP> 4,73 <SEP> 2600 <SEP> A
<tb> Wolfram <SEP> 4,5 <SEP> 2733 <SEP> A Wird eine Lichtemissionsröhre mit einer dünnen Metallschicht bedeckt, dann werden bekanntlich Pho toelektronen abgegeben, wenn alle der folgenden Be dingungen herrschen: 1. Die Wellenlänge mindestens eines Teils des emittierten Lichts ist geringer als das für den metalli schen Überzug kritische Maximum.

2. Die Photoelektronen können aus dem metalli schen Überzug austreten und 3. Der Metallfilm lädt sich nicht positiv auf, wodurch das Austreten weiterer Photoelektronen ver hindert würde. Die Bedingung 1 kann erhalten werden, indem eine geeignete Quelle des Emissionsspektrums der Lamne und ein geeigneter metallischer Überzug gewählt werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass Legierungen häufig niedrigere Energiefunktion als das reine Metall aufweisen. Normale Wolfram-Lampen emittieren Licht bis herab zu 3000 Angström, Queck silberbogenlampen emittieren Licht bis herab zu 1849 Angström.

Die Bedingung 2 wird bei Vorliegen eines ausrei chend dünnen Metallfims erzielt. Hier müssen 2 Fakto ren aufeinander abgestimmt werden: die Wahrschein lichkeit, dass ein Photon absorbiert wird, steigt mit der Dicke des Films, wohingegen die Wahrscheinlichkeit, dass das Photoelektron austritt, mit der Dicke des Films abnimmt. Im allgemeinen kann die optimale Stärke nicht theoretisch vorausgesagt werden, sondern ist experimentell zu bestimmen. Dies beruht darauf, dass keine genauen Energiebereichskurven für Elektro nen sehr geringer Energie vorliegen.

Die Bedingung 3 wird z. B durch einen Erdungs- draht, der mit dem metallischen Film in Berührung steht, hergestellt.

Bei der als Beispiel gewählten Ausführungsform wird auf eine einzige Röhre bezogen, und der metalli sche Überzug hat im wesentlichen die Form einer Kugelhülle. Es können aber auch mehr als eine Röhre eingesezt und in Parallel- oder Reihenschaltung be trieben werden, wobei auch Röhren anderer Arten und Formen verwendbar sind. Die Röhre ist mit Hilfsteilen versehen, z. B. einem Schalter, einem Widerstand und Draht zum Anschluss an eine Stromquelle, die der Klarheit wegen in der Zeichnung weggelassen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Erzeugung negativer Ionen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Photonenstrahlung von vorbestimmter Wellenlänge erzeugt und die Photo- nenstrahlung mittels einer metallischen Schicht abge fangen wird, die hinreichend dick ist, um die auf der einen Seite auftreffende Photonenstrahlung zu absor bieren, und die hinreichend dünn ist, um Photoelektro nen in einen an die gegenüberliegende Seite der Schicht angrenzenden gasgefüllten Bereich zu emittie ren.

1I. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, die eine Photonenstrahlungs- quelle aufweist, gekennzeichnet durch eine metallische Schicht, die so angeordnet ist, dass sie auf ihrer einen Seite Photonenstrahlung aus dieser Quelle empfangen kann, und die eine Dicke aufweist, die gross genug ist, um die von dieser Quelle ausgestrahlten Photonen ab zufangen, und die gering genug ist, um den Austritt von Photoclektronen in einen an die gegenüberliegende Seite der Schicht angrenzenden Bereich zu ermögli chen. UNTERANSPRÜCHE 1.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass negative Ionen aus dem Bereich, worin die Photoelektronen emittiert werden, abgezogen werden, indem Luft in diesen Bereich ein und ausge führt wird. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sich die metallische Schicht auf der Aussenwand einer nichtmetallischen Hülle befin det, die die Photonenquelle umgibt. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zum Abziehen der negativen Ionen aus dem Bereich vorgesehen sind, der an die Seite der metallischen Schicht angrenzt, aus der die Photoelektronen emittiert werden. 4.

Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichent, dass Umwälzeinrichtungen vorgesehen sind, die Gase in den und aus dem Bereich strömen lassen, der an die Seite der metallischen Schicht an grenzt, aus der die Photoelektronen emittiert werden. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht geerdet ist und daher ein praktisch stabiles Potential aufweist. 6.

Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die metallische Schicht und der Bereich der an die Seite der metallischen Schicht angrenzt, aus der die Photoelektronen emittiert wer den, innerhalb eines Gehäuses befinden, das an diesen Bereich angrenzende Einlass- und Auslassöffnungen besitzt, und dass die Umwälzeinrichtungen aus einem Gebläse bestehn, das die Strömung der Gase durch den Einlass, diesen Bereich und den Auslass zu bewirten vermag. 7.

Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht aus Gold besteht und eine Dicke von 75 bis 400 Angström-Ein- heiten, vorzugsweise 75 Angström-Einhe:ten besitzt, und dass die Photonenstrahlungsquelle aus einer h'ie- derdruck-Quecksilber-Entladungsröhre besteht.