DD214718A1 - Wandstabilisierte impulslampe fuer den wissenschaftlichen geraetebau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wandstabilisierte Impulslampe fuer den wissenschaftlichen Geraetebau mit hoher Leuchtdichte und Lichtausbeute im sichtbaren Spektralbereich. Das Ziel der Erfindung ist es, eine Lampe fuer den wissenschaftlichen Geraetebau zu entwickeln, die bei einer hohen Lichtausbeute eine gute Ausleuchtung des optischen Strahlenganges gewaehrleistet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer wandstabilisierten Impulslampe ein fuer die effektive Erzeugung sichtbarer Strahlung vorteilhaftes Betriebsregime zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Lampenfuelldruck mindestens 200 kPa und maximal 1 MPa betraegt und das Verhaeltnis des inneren Entladungsgefaessdurchmessers zum Elektrodenabstand 1:1 bis 1:2 ist.

Description

Wandstabilisierte Impulslampe für den wissenschaftlichen Gerätebau

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine wandstabilisierte Impulslampe für den wissenschaftlichen Gerätebau mit hoher Leuchtdichte und Lichtausbeute im sichtbaren Spektralbereich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In zahlreichen Anlagen des wissenschaftlichen Gerätebaus werden Impulslichtquellen benötigt, mit denen ein gemäß den jeweiligen Einsatzbedingungen dimensionierter Strahlengang ausgeleuchtet werden soll· Dies bedeutet für die Lichtquelle, daß sie eine kreisrunde oder etwa quadratische Fläche, die von einem Kondensorsystem erfaßt wird, mit einem durch dieses Kondensorsystem gegebenen Raumwinkel mit hoher Strahlungsleistung ausleuchten soll.

Bekannte Lösungen benutzen hierfür Lichtquellen mit elektrodenstabilisierten Xenon-Impulsentladungen, bei denen die Abmessungen des leuchtenden Plasmas durch die Form der Elektroden und den Abstand zwischen ihnen bestimmt werden

Der Fülldruck liegt üblicherweise in der Größenordnung von 1 MPa₁ siehe Moritz, 3. EIektrie 1968 H, 12, S. 484.

•i Q M ü 1 -i 0 Q Q „, Π y ίϊ ^:^ ο ο

Die mit solchen Irapulslampen erzeugbare Lichtmenge wächst mit Vergrößerung des Elektrodenabstandes. Sie ist jedoch nach oben begrenzt, weil das Produkt aus Elektrodenabstand und Fülldruck die Durchschlagspannung festlegt und aus Gründen der Zündwilligkeit nicht beliebig groß gemacht werden kann. Insbesondere ist es meist nicht möglich/ durch Vergrösserung des Elektrodenabstandes die Ausdehnung des strahlenden Plasmas so groß zu machen, daß die Abbildungsaperaturen hinreichend ausgeleuchtet werden.

''"'

Aus diesem Grund geht man zu wandstabilisierten Impulsentladungen über, bei denen der Elektrodenabstand um ein Vielfaches größer ist, so daß der Durchmesser der Plasmasäule nur durch die lichte Weite des umgebenden Entladungsrohres bestimmt ist. Solche langgestreckten Entladungslampen sind für vielfältige Zwecke im Gebrauch, bei ihnen wird die Zündwilligkeit durch einen erheblich geringeren Fülldruck von IO bis höchsten 100 kPa gewährleistet, während sich der Brenndrück durch thermische Aufheizung auf erheblich höhere Werte einstellt. Die rein thermodynamisch errechenbaren Brenndrücke werden jedoch bei weitem nicht erreicht, weil ein großer Teil des Gases während der Aufheizung in die technologisch bedingten kalten Toträume hinter den Elektroden ausweicht. Besonders stark wirkt sich dieser Effekt bei Impulslampen mit kurzem Elektrodenabstand aus, wie sie für die Ausleuchtung optischer Strahlengänge beim wissenschaftlichen Gerätebau vorzugsweise benötigt werden, weil hier der relative Anteil der To räume besonders groß ist.

Weiterhin sind aus der Fototechnik Blitzlampen bekannt. Die DE-OS 2508008 bezieht sich auf vorzugsweise für fotografische Zwecke vorgesehene Blitzröhre!"¹, mit langgestrecktes dünnen Entladungskanal und großem Elektrodenabstand, die für die Ausleuchtung optischer Strahlengänge mit etwa kreisförmigem Querschnitt nicht verwendbar sind.

3ei dieser Erfindung dient die vorgeschlagene Druckerhöhung in Verbindung mit einer elektronischen Schaltung zur Bereitstellung einer erhöhten Betriebsspannung der Gewährleistung eines hinreichend hohen Brenndruckes auch bei stark heruntergeregelter Impulsenergie. Darüber hinaus liefert die in dieser Erfindungsbeschreibung erläuterte Dimensionierungsvorschrift viel zu hohe Fülldrucke oberhalb 10° Pa, wenn man sie auf Impulslampen mit einem relativ geringen Elektrodenabstand anwendet.

In gepulsten Xenonentladungen rührt die Abstrahlung im sichtbaren Spektralbereich im wesentlichen vom Rekombinationskontinuum des einfach geladenen Xenons her. Es ist bekannt, daß die spektrale Verteilung dieses Kontinuums temperaturabhängig ist und sich bei hohen Temperaturen aus dem sichtbaren in den UV-Sereich verlagert (vgl. z. B. Günther, K.: "Physik der UV-Strahlung" in: Fortschritte der experimentellen und theoretischen Biophysik Bd. 25, Thieme Verlag Leipzig 1980). Für eine effektive Umwandlung der elektrischen Impulsenergie in sichtbare Strahlung ist also eine nicht zu hohe Temperatur des Plasmas anzustreben.

Die Plasmatemperatur hängt wiederum bei festgehaltener elektrischer Leistung direkt mit dem 3renndruck des Plasmas zusammen und steigt insbesondere bei fallendem Druck stark an (vgl. z. B. Günther, K.: Optika i spektroskopija 34, 1070 (1973)).

Wie bereits'erläutert, entwickeln wandstabilisierte Impulslampen wegen des groSen Totraumanteils einen besonders niedrigen Brenndruck und haben daher im sichtbaren Spektralbereich eine geringe Strahlungsausbeute.

Π ... Π W Q -~ si

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Lampe für den wissenschaftlichen Gerätebau zu entwickeln, die bei einer hohen Lichtausbeute eine gute Ausleuchtung des optischen Strahlenganges gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, in einer wandsta- ~J bilisierten Impulslampe ein für die effektive Erzeugung sichtbarer Strahlung vorteilhaftes Betriebsregime zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Lampenfülldruck zwischen 200 kPa und 1 MPa liegt und dabei das Verhältnis der inneren Entladungsgefäßdurchmesser zum Elektrodenabstand 1:1 bis 1:2 beträgt.

Durch die erhebliche Steigerung des Edelgasfülldruckes gegenüber üblichen wandstabilisierten Impulslampen steigt der Brenndruck erheblich an und die Temperatur sinkt auf Werte, % bei denen das Rekombinationskontinuum im Bereich der Augenempfindlichkeitskurve emittiert wird. Die Strahlungsausbeute im sichtbaren Spektralbereich steigt dadurch um 50 % und mehr. Die Zündfähigkeit ist trotz des höheren Fülldruckes nicht wesentlich beeinträchtigt, weil der Elektrodenabstand viel geringer ist als bei üblichenstabförmigan Impulslampen, Die üblichen Zündanordnungen können also verwendet werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Impulslampe. Sie besteht aus einem Quarzglaskolben 1 mit einem Innendurchmesser von etwa 6 mm, der mit Hilfe von übergangsgläsern 2 vakuumdicht mit den Stromzuführungen 3 aus Wolfram verbunden ist. Die Elektroden 4 haben einen Abstand von IO ram voneinander, so daß das gesamte vom Arbeitsgas erfüllte Volumen etwa dreimal so groß ist wie das zwischen den Stirnflächen der^Elektroden befindliche Brennvolumen,

Die Lampe enthält eine Xenonfüllung von 250 kPa anstatt der üblichen 50 kPa. Belastet man sie mit einer Impulsentladungsenergie von etwa 50 Ws bei einer Impulsdauer von 2 ms, baut 3ich in dem Entladungsgefäß ein Brenndruck von etwa 10 ~ Pa im Vergleich zu den üblichen 200 kPa auf. Die Piasmateraperatur sinkt dadurch von über 15.000 K auf etwa 11.500 K und die spektrale Emissionsvarteilung rückt aus dem UV-Bereich ins Sichtbare. Die visuelle Lichtausbeute steigt hierdurch von 70 Ira/W auf etwa 115 lm/W an, damit stehen bei der gleichen Lampenbelastung etwa 50 % mehr sichtbare Strahlung zur Verfügung. Die Kombination des erfindungsgemäßen Elektrodenabstandes mit dem vorgeschlagenem Fülldruck führt zu einer Lichtabstrahlungsflache , die zur Ausleuchtung optischer Strahlengänge geeignet ist und zu einem Brenndruck, der optimale Strahlungsausbeute im gewünschten Spektralbereich gewährleistet. Die damit verbundene Absenkung der Plasmatemperatur wirkt sich darüber hinaus schonend auf die Lampe aus und hat eine Erhöhung der Lebensdauer um ein Vielfaches zur Folge.

λ η »Λ π! λ η Q Π <. Π M. ίλ '" Λ :"

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1. Wandstabilisierte Impulsentladungslampe für den wissenschaftlichen Gerätebau, insbesondere zur Ausleuchtung optischer Strahlengänge mit etwa kreisförmiger oder quadratischer Aperatur, mit einer Edelgasfüllung, vorzugsweise einer Xenonfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenfülldruck mindestens 200 kPa und maximal 1 MPa beträgt und das Verhältnis von innerem Entladungsgefäßdurchmesser zum Elektrodenabstand 1:1 bis 1:2 ist»

   Hierzu 1 Blatt Zeichnung