DD201107A1 - Uv-kadmium-niederdruck-strahler fuer bestrahlungszwecke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Strahlungsquelle, die bei 326,1 nm eine besonders hohe Strahlungsausbeute erreicht und ohne Gefahr schaedigender Nebenwirkungen fuer den Menschen in Medizin und Technik eingesetzt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die starke Resonanzlinie des Kadmiums bei 326,1 nm fuer Strahler effektiv zu nutzen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass neben Kadmium auch ein die Entladung anregendes Element, wie Quecksilber in Mengen von 0,01 Mikro/cm&exp3!-1 mg/cm&exp3! vorhanden ist und das folgende Parameter eingehalten sind: (Formel), wobei I fuer die Entladungsstromstaerke und R&ind1! fuer den Innenrohrdurchmesser steht und das Produkt aus Innenrohrdurchmesser und Kadmiumpartialdruck zwischen 0,07 cm (Formel), der Edelgasdruck im Bereich von (Formel) und die Kadiumtemperatur im Bereich von (Formel) liegt.

Description

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UV-Kadmium-Niederdruck-Strahler für Bestrahlungszwecke Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektrische UV-Strahlungsquelle, die sowohl in der Medizin zur Therapie von Hautkrankheiten, z.B. der Schuppenflechte psoriasis vulgaris und für kosmetische Zwecke als auch in der Technik z.B. zur Lacktrocknung eingesetzt werden kann·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist, daß bei der Behandlung der Schuppenflechte ein hoher therapeutischer Effekt dann erreicht werden kann, wenn eine Bestrahlung des Patienten mit Strahlung im UV-A-Spektralbereich mit schwerpunktmäßiger Emission um 325 nm vorgenommen wird. Um die Gefahr des Auftretens schädigender Nebenwirkungen für den Patienten auszuschließen, sollen Wellenlangen unterhalb 320 nm vermieden werden und die Strahlung möglichst innerhalb des sog, "Therapeutischen Fensters" zwischen 323 und 333 nm liegen.

3QROY. 1931*974564

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Bisher bekannte Lösungen zur Strahlungserzeugung innerhalb des "Therapeutischen Fensters" beruhen auf der Anwendung der Halogenmetalldampf-Hochdruckentladung mit Füllgaszusätzen wie Kupfer- oder Silberhalogenid (OD 141733), Lutetiumverbindungen (WP 144479), Indium- und Thalliumjodld (WP 146549), Eisen-Galliumjodid oder Gallium-Indium-Samarium-Bleijodid (DE OS - 2531876).

Die Strahlung dieser Entladungssysteme wird leider auch wesentlich in Teilen des Spektrums emittiert, von denen eine starke Belastung oder Gefährdung des bestrahlten Objektes ausgeht, dene schädliche Strahlung muß deshalb in geeigneter und aufwendiger Weise entfernt werden. Dadurch wird die Effektivität der Strahlungsquelle nicht nur gemindert, sondern es bedarf auch eines hohen technischen Aufwandes bei der Filterung und Temperaturabführung in dem der Strahlungsquelle angepaßten Bestrahlungsgerät.

Auch die Messung der innerhalb und außerhalb des "Therapeutischen Fensters" emittierten Strahlung ist bei den derzeit bekannten Strahlungsquellen aufwendig, da sich eine Vielzahl von Linien und ein Kontinuum überlagern.

Auch die bekannte Kadmium-Niederdruck-Entladungslampe, die unter Verwendung von Leuchtstoffen zur Erzeugung von sichtbarem Licht dienen kann, (DD-WP 105 937, Franz.Pat. 1488562), ist ohne besondere Maßnahmen nicht in der Lage, eine genügend starke Emission der langwelligen Cd-Resonanzlinie bei 326,1 nrr zu gewährleisten und zugleich unerwünschte Strahlungsanteile zu unterdrücken.

Läßt man nämlich bei dieser Lampe nur den Leuchtstoff weg und fertigt Innen- und Außenkolben aus Kieselglas, so fehlt in der Leistungsbilanz des Entladungsrohres die Wärme, die vorher bei der Strahlungstransformation im Leuchtstoff frei

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wurde und wesentlich zu der notwendigen Aufheizung des Entladungsrohres beitrug.

Daraue ergeben sich zusätzliche Anforderungen an die Vorrichtung zum Wärmestau, an die Abmessungen des Entladungsrohres, an die Entladungsstromstärke, an die Anregungsbedingungen des Kadmiums und an die Durchlässigkeit der IR-reflektierenden Schichten. Außerdem tritt durch die Kieselglasrohre die schädliche Strahlung der 228,8 nm-Cd-Linie hindurch.

Strahlung, die für chemische Reaktionen, z.B. zur Lackhärtung, eingesetzt werden soll, muß, um die für chemische Reaktionen notwendige Energie bereitstellen zu können, im nahen UV-Gebiet liegen, jedoch größer als 300 nm sein. Noch kurzwelligere Strahlung unter 300 nm dringt nicht mehr tief genug in die Lackoberfläche ein.

Ziel der Erfindung .

Ziel der Erfindung ist es, eine hocheffektive Strahlungsquelle zu entwickeln, die

- ihre Energie überwiegend im "Therapeutischen Fenster" abstrahlt

- keine oder vernachlässigbere Strahlungsanteile unterhalb 323 nm nach außen abstrahlt

-gewährleistet, daß die oberhalb des "Therapeutischen Fensters" emittierte Strahlung genügend weit von diesem Fenster entfernt ist, oder deren Intensität vernachlässigbar gering ist

- das zu bestrahlende Objekt und die Umwelt nicht unzumutbar belastet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die starke Resonanzlinie des Kadmiums bgi 326,1 nm für Strahler effektiv zu nutzen.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß neben Kadmium eine die Anregung günstig beeinflussende Substanz,

3 vorzugsweise Quecksilber in Mengen von 0,01 ,ug/cm bis

1 mg/cm , hinzugefügt wird· Optimale Strahlungsbedingungen werden erreicht, wenn die folgenden Parameter eingehalten werrden:

- Für den Quotienten aus Entladungsstromstärke I und Innenrohrradius R, muß gelten

1/R₁ - 3 A/cm

- FQr das Produkt aus Innenrohrradius und Kadmium-Partialdruck ρ «j muß gelten

0*07 cm Pa - ^Ri ' Po Cd " ^{7 cm Pa}* dabei liegt die Kadmium-Temperatur t_C(. im Bereich

250 ⁰C - t_cd * 330 ⁰C

- Zur Einstellung der Leistungsaufnahme und guter Zündeigenschaften werden die Edelgase He, Ne, Ar, Kr oder Xe oder Gemische derselben eingesetzt· Für den Druck ρ der Edelgase muß gelten

10 Pa - ρ i- 1,5 kPa.

Das Austreten der schädlichen 228,8 nm-Strahlung wird durch Aufbringen einer geeigneten IR-reflektierenden Schicht, vorzugsweise aus In₂^3 ^un<Voder Verwendung eines diese Strahlung absorbierenden Außenrohres verhindert. Der oder die Außenkolben müssen in jedem Fall für die 326,1 nm-Strahlung durchlässig sein. Für das Entladungsgefäß werden Nafestes Verbundglas, Keramik oder vorzugsweise Kieselglas eingesetzt.

Da die für die Emission der 326,1 nm-Cd-Linie optimale Temperatur zwischen 250 und 320 ⁰C liegt, ist durch eine besondere thermische Isolierung ein Wärmestau zu erzeugen, der die produzierte Eigenwärme der Entladung zur Erzeugung der notwendigen Temperatur ausnutzt.

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Der Wärmestau wird durch ein einfach- oder doppelwandiges Entladungsgefäß mit Außenkolben realisiert, dessen Wände teilweise mit spiegelnd reflektierenden Oberflächenschichten vorzugsweise aus Aluminium, Silber, o.a. und/oder teilweise mit Infrarot-reflektierenden Schichten z.B. In_o0_Q bedeckt sind. Der Zwischenraum ist evakuiert, mittels Gettersubstanz wird für ein gutes Vakuum gesorgt. Um die Wärmeverluste zu verringern, werden die Enden der Lampe vollständig verspiegelt.

Durch Anbringen von Sicken im Entladungsgefäß und/oder durch eine elliptische Form des Entladungsgefäßes wird einer Cd-Verarmung bzw. Cd-Ablagerung an unerwünschten Stellen vorgebeugt, als zusätzliche Maßnahme zur Temperaturstabilisierung im Entladungsgefäß, kann vor der Strahlenaustrittsöffnung ein Heizdraht, der gleichzeitig die Funktion eines Vorwiderstandes übernimmt, angeordnet werden.

Der beschriebene Strahler erreicht bei Betrieb am 220 V-Netz mit induktivem Vorschaltgerät bei einer Leistungsaufnahme von 50 W nach ca. 5 Minuten einen Entladung6zustand, bei dem vorwiegend die 326,1 nm-Strahlung emittiert wird.

Strahlungsquellen gemäß der Erfindung emittieren den größten Teil ihrer Strahlung bei 326,1 nm, lassen kurzwellige Strahlung nicht austreten und geben nur in geringem Maße Wärme an die Umgebung ab. Sie sind damit hervorragend geeignet z.B. für den Einsatz zur Behandlung von ausgewählten Hautkrankheiten - etwa der Schuppenflechte - mittels der Photo-Therapie, für kosmetische Bestrahlungen und für die Lackhärtung.

Bei der Behandlung von Hautkrankheiten ergibt sich gegenüber herkömmlichen Phototherapieverfahren der Vorteil, daß die erkrankte Haut vorher nicht sensibilisiert werden muß.

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Durch den verstärkten Einsatz von Kadmium anstelle von Quecksilber ergibt sich wegen der geringen Giftigkeit und dem bei Zimmertemperatur zu vernachlässigenden Dampfdruck eine Minderung der Umweltbelastung, insbesondere bei der Herstellung der Strahler·

Ausführungsbeispie1 Die Erfindung soll nachstehend an 3 Ausführungsbeispielen

näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: Einen zweiseitig gesockelten UV-Kadmium-Nieder-» druck-Strahler, dessen Entladungsgefäß einen kreisförmigen Querschnitt hat,

Fig. 2: Einen zweiseitig gesockelten UV-Kadmium-Niederdruck-Strahler, dessen Entladungsgefäß einen elliptischen Querschnitt hat und/oder mit eingeschlossenen Sicken versehen ist.

Fig. 3: Einen einseitig gesockelten UV-Kadmium-Niederdruck-Strahler mit einem U-förmig gebogenen Entladungsgefäß.

Fig. 1 zeigt einen UV-Kadmium-Niederdruck-Strahler, dessen Entladungsgefäß 1 aus fur die Cd-Wellenlänge 326,1 nm durchlässigem Material, z.B. Rasotherm, Na-festem Verbundglas, spezieller Keramik oder Kieselglas besteht, einen Innendurchmesser von 5 - 22rnm aufweist und eine Brennspannung von 70 - 110 V hat sowie eine Füllung von 1 - 10 mg Kadmium, 0,1 ,ug - 10 mg Quecksilber und 10 Pa - 1,5 kPa Neon enthält.

Die Elektroden 2 des Entladungsgefäßes 1 sind mit einer Elektrodenabschirmung 3 versehen, die die Elektroden 2 ringförmig umschließt.

Auf der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes 1 ist eine IR-reflektlerende Schicht 4 z.B. aus In₃O₃ mit hoher Durchlässigkeit für die 326,1 nm-Resonanzlinie angebracht.

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Das Entladungsgefäß 1 befindet sich in einem Außenkolben 6 aus einem für die 326,1 nra-Strahlung durchlässigen Material z.B. Rasotherro, Keramik, Plaste,. Kieselglas mit einem Außendurchmesser von 10 bis 38 mm. Der Außenkolben 6 ist. auf 1/2 - 7/8 seines Umfangs und an den Enden auf der Innenseite mit einer spiegelnd reflektierenden Schicht 7 z. B. Aluminium, Silber o. ä. belegt.

Mindestens auf der verbleibenden Innenfläche ist eine IR-reflektierende und die 325,1 nm-Strahlung durchlassende Schicht aufgebracht. Der Außenkolben 6 hat an den Enden jeweils einen Zweistiftsockel 8, der für ausreichende Kontaktierung und die richtige Orientierung der Ausstrahlungsrichtung sorgt. Ober die Stromzuführungen 9, 10 ist das Entladungsgefäß 1 elektrisch mit den Sockelstiften 11, 12 verbunden, wobei die Stromzuführungen oft außerhalb des Entladungsgefäßes mindestens auf einer Seite als Temperaturkompensationsglied 5 ausgestaltet sind. Der Außenkolben 6 ist evakuiert.

Figur 2 zeigt einen UV-Kadmium-Niederdruck-Strahler, dessen Entladungsgefäß 1 einen elliptischen Querschnitt hat und/ oder mit eingeschlossenen Sicken 13 versehen ist. Die eingeschlossenen Sicken 13 im Entladungsgefäß 1 sollen einer Undefinierten Cd-Ablagerung im Rohr entgegenwirken. Bei Anwendung eines elliptischen Querschnittes liegt die große Hauptachse in der Zeichenebene. Das Entladungsgefäß 1 ist auf 1/2 bis 7/8 seines Umfanges außen mit einer spiegelnd reflektierenden Schicht z.B. aus Aluminium, Silber oder ähnlichem belegt.

Figur 3 zeigt einen UV-Kadroium-Niederdruck-Strahler mit einem U-förmig gebogenen Entladungsgefäß 1, das in einem zylindrischen Außenkolben 6 untergebracht ist. Die Kontaktierung erfolgt über einen Lampensockel 14 z.B. E 40.

Claims (7)

1. 235249 A

   Erfindungsanspruch

   UV-Kadmium-Niederdruckstrahler für Bestrahlungezwecke bestehend aus einem Entladungsgefäß und einem Außenkolben mit Kadmium in elementarer Form, als Verbindung oder Legierung vorliegend und Edelgas, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem die Entladung tragenden Kadmium, eine die Anregung des Kadmiums verbessernde Substanz, wie. Quecksilber in Mengen von O.Olyug/cm - 1 mg/cm vorhanden ist und das folgende Parameter eingehalten sind.

   I/R. 4 3 A/cm, wobei I für die Entladungsstromstärke

   und R. für den ihnenrohrdurchmesser steht und das Produkt aus Innenrohrdurchmesser und Kadmiumpartialdruck zwischen

   0,07 cm Pa £ P . ^ 7 cm Pa
   der Edelgasdruck im Bereich von
   10 Pa * ρ ^ 1,5 kPa und
   die Kadmiumtemperatur im Bereich von 250 ⁰C *-t _d * 330 ⁰C liegt sowie das Austreten der Strahlung 228,8 nm durch das Anordnen einer IR-reflektierenden Schicht, beispielsweise In₃O₃ und/oder eines diese Strahlung absorbierenden Außenkolben zu verhindern ist.
2. 2. UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß stabförmig, U-förmig, doppel U-förmig oder spiralförmig ist.
3. 3· UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt lund 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß einen elliptischen Querschnitt und/oder Sicken besitzt, wobei die große Achse der Ellipse senkrecht zur durch den Reflektor gegebenen Hauptstrahlrichtung angeordnet ist.

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4. 4. UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet« daß das Entladungsgefäß an seiner Oberfläche einschließlich der Enden zu 1/2 bis 7/8 eine spiegelnd reflektierende Schicht, vorzugsweise Aluminium oder Silber aufweist.
5. 5. UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- oder Außenwand des Außenkolbens einschließlich der Enden zu 1/2 bis 7/8 eine spiegelnd reflektierende Schicht, vorzugsweise aus Aluminium oder Silber aufweist >
6. 6. UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt l bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben zusätzlich ein Wärmeschutzrohr angeordnet ist.
7. 7. UV-Kadmium-Niederdruckstrahler nach Punkt l bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Strahlenaustrittsöffnung ein Heizdraht, der gleichzeitig die Funktion eines Vorwiderstandes übernimmt, angeordnet ist.

   Hierzu JL„Seiten Zeichnungen