DE1539345A1

DE1539345A1 - Selbstleuchtende Lichtquelle

Info

Publication number: DE1539345A1
Application number: DE19661539345
Authority: DE
Inventors: Linhart Jun Theo F; Mahon Arthur Francis; Doda Robert J
Original assignee: American Atomics Corp
Current assignee: American Atomics Corp
Priority date: 1965-07-08
Filing date: 1966-06-18
Publication date: 1969-09-18
Also published as: CH459364A; GB1139829A

Description

AMSHICM ATOMICS OOHPORATIÜH, Tucson, Staat Arizona (7.St.A.)

Selbstleuehtende Lichtquelle

Die Erfindung betrifft eine selbstleuchtende Lieht· quelle ait einem korrosionssicher abgedichteten Gehäuse, das ein lichtdurchlässiges, einen radioaktives das enthaltenden Hohlraum begrenz Mes Fenster aufweist» wobei in dem Gehäuse luminessierendee Material vorgesehen ist, das bei Erregung durch radioaktives Gas Licht aussendet.

Bisher sind $aserregte, seifestleuchtend© Lichtquel len TorwftMet worden, welche phosphorbesohlclitete innerhalb von Hohlräumen besaSen, die

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ein farbloses betaealttierendes Gas, wie beispielsweiße Xr$pton 85 oder fritium, enthielten. Solehe bekan&tea Lichtquellen sind beispielsweise in den USA Patenten 2 955 68«, 3 005 102 und 3 038 271 beschrieben.

Die Ton solcher selbstleuchtenden Lichtquelle gelieferte Leuchtkraft rührt vom Auf traf fen der Betastrehlung auf den fhosphorbelag innerhalb der Lichtquelle her· Bei derartigen Lichtquellen sind keine GrlüMaapen oder Batterien auszutauschen, keine Leitungen zu unterhalten und keine Brennstoffe nachsufulien» Si© sind zuverlässig und haben eine lange Betriebedamer * vobeX ihr® ▼on 7 bis 1© Wahrem

Zur BrhShung der Leuchtintesieitat aiM bereits selbstleuchtende Lichtquellen b®kssnt_$ bei denen die Betaesileste ms£ @ine Bi©@phoroberfläche auftrifft, velcäe konkav gekrfitet ist mtä bei denen das dabei: erzeugte Lieht tflcut, äureh ®ine B@hicht -des Phosphors treten muS, Tjsto? es Glaaf©niter austritt iasd fto --einen

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Selbstleuchtende Lichtquellen, in denen ein Phosphor durch ein radioaktives betaemittierenäes Gas erregt wird, können je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck Licht mit Wellenlängen aussenden, welche vom Ultraviolett- bis zum Infrarotteil des Spektrums reichen» Die Anwendungsgebiete solcher Lichtquellen erfordern oft, daß Licht einer bestimmten Färbe erzeugt wirdο Wenn solche Lichtquellen zur Lieferung von Informationen im Halbdunkeln verwendet werden, ist es normalerweise erforderlich, daß sie Licht einer bestimmten Farbe aussenden« Ein Versuch zur Lösung dieses Problems bestand darin, verschiedene Phosphors innerhalb der Lichtquellen zu verwenden» So sind beispielsweise Phosphors erhältlich, welche blaugrüneβ und gelbes Licht liefern_o Es sind jedoch z.Ztο keine Phosphore erhältlich, welche ein gutes Botlicht liefern, obwohl "rot" wahrscheinlich die bedeutsamste Farbe für Informations- und Signalzwecke istο Eine andere Technik bestand darin, Filter zu verwenden, um bestimmte gewünschte Wellenbereiche auezufiltern« Solche Filter sind oft nötig, da die Emissions- und/oder Beflektionsfarben der selbstleuchtenden Lichtquellen oft schlecht in

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ihrer Erregungsreinheit sind. Die in der ■Vergangenheit für diesen Zweck verwendeten !filter waren jedoch ziemlich unwirksam, da sie oft nur 5 bis 10 % des gewünschten Lichtes durchließen„ Diese Filter enthielten in vielen Fällen organisches Material für die Farbfilterung, welches duitah die Strahlung beeinträchtigt wurdeο' Zusätzlich zum Verlust der Lichtintensität sind diese Filter auch gegen andere Umgebungseinflüsse als Strahlung unstabile

Die Fabrikationsverfahren, die für die bekannten selbstleuchtenden Lichtquellen verwendet wurden, erforderten oft Silberlote oder die Verwendung von Materialien, bei welchen Flußmittel oder Säure verwendet werden mußten» Die in solchen Lichtquellen verwendeten Phosphore mußten jedoch beim Zusammenziehen der Einheit peinlichst sauber sein, da sonst die Flußmittel oder Säuren den Phosphor verunreinigenο

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine grundlegend verbesserte Vorrichtung für die Filterung des von selbstleuchtenden Lichtquellen ausgesandten Lichtes zu schaffen, so daß

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mit großer Genauigkeit Licht einer bestimmten Farbe oder Wellenlänge erzeugt werden kann₀

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Fensters ein Mebrsoiiichten-Interferenzfilter vorgesehen ist.

Solche Interferenzfilter, die auf die Fenster der Lichtquelle aufgebracht werden können, haben im Durcblässigkeitsbereich Durchlässigkeiten von über 95 %° Sie lassen das Licht in den interessierenden Bereichen fast ohne merkliche Absorption durch und haben eine große spektrale Stabilität» Sie zeigen kein fading infolge von Umwandlungen, wie sie bei Filtern des gefärbten Absorptionatypea auftreten« Derartige Filter sind bei selbstleuchtenden Lichtquellen, welche eine von einem radioaktiven Gas bombardierte Phosphoroberfläche besitzen, von besonderem Wert, da solche Lichtquellen spezielle· Filtereinrichtungen benötigen, welche einerseits einen hohen Wirkungsgrad besitzen und andererseits außerordentlich stabil gegenüber Umwelteinflüssen sein sollen.

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Die selbstleuchtende Lichtquelle ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das lumineszierende Material Licht eines bestimmten ersten Wellenlängenbereichs aussendet und daß das Interferenzfilter Licht eines zweiten, innerhalb des ersten Wellenlängenbereichs liegenden Wellenbereichs durchläßt und das Licht der übrigen, innerhalb des ersten Wellenbereichs liegenden Wellenlängen nicht durchläßt.

Dabei können sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Fensters Interferenzfilter angeordnet sein.

Die Wirkungsweise d®s iaiieIiangsgegaastaEdee und die Art und Heise, Ib ά@τ üt® db<$m ©rwäliatea und ■ weiteren vorteilhaften' "gigsgasehaftea ersielt werden, lassen sich anhand der mm folgernden Beschreibung von Ausführuagsbeispielen besser verstehen, wobei auf die" Zeie!mu©@&& Besiig genommen wird«,

Zn den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eise selbstleuehtende

nach der irorliegenden "Erfindung_s in der eine Slasumhülliing de» gas gefüllten Hoidraum ibt

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Fig« 2 eine selbstleuchtende Lichtquelle

nach der Erfindung mit einein flachen, scheibenförmigen Fenster, auf den ein Yielscliichtlnterfereiutf ilter aufgebracht ist?

Pig. 3 ein weiteres Ausfübruzsgsbeispiel nach der Erfindungj bei dem ein konkaves Fenster verwendet wird ; und

Pig« M- eine grafische Darstellung, die die Erhöhung an Helligkeit zeigt, die sich mit der vorliegenden Erfindung gegenüber den herkömmlichen selbstleuchtenden Lichtquellen erzielen läßt«.

Fig. 1 zeigt eine selbstleuchtende Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung, bei der eine Glasumhüllung einen gasgefüllten Hohlraum umgibtο Die Glasumhüllung 11 umschließt einen Kern 12 mit einem konkaven Hohlraum» Die Umhüllung 11 kann aus Cerhaltigern Glas bestehen, während der Kern 12 metallisch sein kannο Wenn ein metallischer Kern verwendet wird, ist es vorteilhaft, vor dem Aufbringen des Phosphors eine weiße Unterschicht auf die Hohlraumoberfläche aufzutragen. Der Phosphor wird dann auf die Oberfläche des Hohlraumes in solcher Dicke aufgetragen, daß sich bei einer weiteren Erhöhung der Belagdicke keine erhöhte Lichtausbeute ergibt» Ein anorganisches Bindemittel, wie beispielsweise Na-

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triumsilikat, wird zur Bindung des Phosphors auf der Hohlräumoberflache verwendet» Der Phospborbelag ist in Fig. 1 durch die Linie 13 angedeutet₀ Als Phosphor© werden anorganische Phosphore, wie beispielsweise Zinksulfide verwendete Weiterhin können Pigmente, wie in Abhängigkeit der zwischen dem Ultraviolettbereich und dem Ultrarotbereich liegenden Selenide, Silikate oder andere bekannte Pigmente« die auf Betastrahlung ansprechen, verwendet werden.

Für den metallischen Kern 12 wird Aluminium bevor« sseugt, da es keine Veränderung oder Verfärbung des Phosphors hervorruft» Auch ist bei Aluminium die von dem Auftreffen der Betateilchen auf das Metall verursachte Sekundärstrahlungsenergid kleiner als bei einem schwereren Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahle Es kann jedoch in manchen Fällen, in denen eine innere Abschirmung gewünscht wird, vorteilhaft sein, den Kern in swei Abschnitte zu unterteilen, wobei der Hohlraumabschnitt aus Aluminium und der Bodenabschnitt aus einem hochdiohten Material, wie beispielsweise Mallory-*letall, besteht.

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Die Umhüllung.11 wird mittels einer üblichen Glas-Metall-Dichtung mit einem Sockel 14 verbunden, wobei für die Herstellung der Verbindung zwischen Sockel 14 und Umhüllung 11 keine Flußmittel oder korrosiven Stoffe benötigt werden.

An den Sockel 14 ist mittels·einer Dichtungstechnik, die kein korrosives Material oder Flußmittel erfordert, beispielsweise durch Silberlotung in wasserstoffhaltiger reduzierender Atmosphäre, ein Kupferrohr angesetzt. Das Bohr 15 dient dazu, die Luft aus dem zwischen dem Kern 12 und der Umhüllung 11 vorhandenen Hohlraum zu entfernen und anschließend ein radioaktives betaemittierendes Gas, wie beispielsweise Krypton 85, in die Kammer einzuführen«.

Die aus der Kammer abgeführte Luft und das in die Kammer eingeführte radioaktive Gas umströmen zwischen der Kammer und dem Rohr 15 den Kern 12 innerhalb der Umhüllung 11 und des Sockels 14p Nach der Einführung des radioaktiven Gases in die Kammer durch das Bohr 15 wird dieses Bohr umgebogen und verschlossen, wodurch man eine feuchtig*

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keltafreie und luftdient abgeschlossene Kammer erhält, die das radioaktive Gas enthält. Die Abdichtung des Rohres 15 wird ebenfalls ohne die Verwendung von Flußmitteln oder korrosiven Materialien, beispielsweise durch Veichlötung, durchgeführt.

Obwohl das in Jig. 1 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sich nicht auf eine bestimmte GrSfie beschränkt, kann eine nach diesem Ausf Uhrungsbeispiel von Fig. 1 aufgebaute Lichtquelle eine Lange« wie in der Fig. 1 durch die Abmessung A angedeutet, von etwa 2,1 cm (0,3 Zoll) und einen Durchmesser, wie in der Fig. 1 durch die Dimension B angedeutet, von etwa 1,3 cm (0,5 Zoll) besitzen.

Statt des Metallkerns 12 kann auch ain gepreßter Kern verwendet werden· In diesem Fall wird der Phosphor mit einer kleinen Menge eines anorganischen Bindemittels, wie ffatriumeilikat, gemischt, in einer geeigneten Form gepreSt und bei einer erhöhten !Temperatur zur Bildung eines abriebfesten luminesilerenden Kerns gebrannt. Daher kann der Kern selbst aus lumineszierendem Material bestehen, so daß sich eine anschließende Phosphorauflag«

erübrigt· Bei dieser Ausfulurungsform stellt der Bereich oder die Linie 15 den Abschnitt des homogenen, aus lumineszierendem Material hergestellten Kerns dar, der von der Setaemiesion getroffen wird und der in Abhängigkeit von seiner Bombardierung Licht abgibt. Weiterhin kann der lumlnessieren&e gepreßte Kern mit der (Ilasumhüllung 11 verschweißt werden, wodurch jede Kemvereehiehung innerhalb der umhüllung verhindert wird, falls dies erwünscht ist.

Flg. 2 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer selbstleuchtenden Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungebeispiel wird statt der Glasumhüllung ein scheibenförmiges Ger-enthaltendes Glasfenster 21 verwendet, um einen metallischen Kern 22, der, wie es. schon in Verbindung; mit FIg, 1 beschrieben ,wurde, einen konkaven Hohlraum besitzt, einzuschließen. Der Hohlraum besitzt einen Bioaphorbelag, welcher durch die Linie 25 angedeutet 1st. Bei einer anderen Ausführungeform kann der Kern 22 aus homogenem lumineszierenden Material durch Pressen hergestellt sein» Der Kern 22 1st Innerhalb eines metallischen Gehäuses 24 angeordnet, welches mit einer metallischen Kappe 25 verschlossen ist. Das Kupferröhr 26

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dient wieder zum Abziehen der Luft aus der Kammer innerhalb der Lichtquelle von Pig· 2 sowie zum an» schließenden Einleiten von radioaktivem Gas, beispielsweise Krypton 85, in diese Kammer, worauf es umgebogen und, wie bereits oben beim Ausführungsbeispiel 1 erwähnt» dicht verschlossen wird. Das Bohr 26 ist in die Kappe 25 in ähnlicher Weise„ wie bereits bei Fig. 1 erwähnt, dicht eingesetzt. Zwischen dem Gehäuse 24 und dem Fenster 21 wird eine Glas-Metall-Verbindung in der bereits oben erwähnten Weise hergestellt«» Weiterhin wird eine durchgehende Sichtung um den flanschartigen Verbindungsabschnitt zwischen dem Gehäuse 2M- und der Kappe 25 vorgesehen, wobei auch diese Abdichtung, ohne die Verwendung von irgendwelchen Flußmitteln oder korrosiven Materialien erfolgt und beispielsweise aus einer durchlaufenden "Heli-Arc"-Verbindung um den Flansch herum besteht.

Weiterhin sind Mehrschichten-Interferenzfilter 2? und 23 auf der Außen« und Innenseite des Glasfensters 21 angebracht. Derartige Interferenzfilter besitzen mehrere Schichten mit vorgegebenen physikalischen Eigenschaften, wobei die Dicke jeder Schicht mindestens ein Paar Lichtwellenlängen beträgt. Es sind Verfahren ausgearbeitet worden, um

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eine gesteuerte Reflection in einem Bereich des Spektrums mit nahezu vollständige.? Zurückweisung dee auftreffenden Lichtes au erzielen, während gleichzeitig bei anderen Wellenlängen eine nahezu 100 #ige Durchlässigkeit erzielt wird. Serartige Interferenzfilter können so ausgebildet sein, daß sie bestimmte DurehlaBbereiche besitzen oder daß sie als Hochpaß- oder Tiefpaßfilter wirken. Diese Filter haben Durchlässigkeiten im Durchlässigkeitsbereich von über 95 % und außerordentlich scharfe übergänge von Beflektion zu Durchlässigkeit, welche im allgemeinen sehr viel schärfer sind als die, welche bisher mit Absorptionsfiitern zu erzielen waren· Derartige Interferenzfilter sind in dor Vergangenheit in erster Linie für Laborzwecke verwendet worden, sind heute aber auch im Handel erhältlich. Mittels der beschriebenen Dichtungen bleibt der gasgefüllte Hohlraum innerhalb der in Pig· 2 dargestellten Lichtquelle feuchtigkeitsfrei und luftdicht abgeschlossen.

Das Cer-enthaltende Glasfenster 21 kann eine Linse aufweisen, statt nur ein transparentes Fenster zu sein, wenn eine Fokussierung des von dem Hohlraum ausgehenden Lichtes erwünscht ist.

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Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des in Fig» 2 dargestellten lusführiingsbeispiels, bei der das Glas 31 in Richtung des konkaven Hohlraums konvex gekrümmt ist, welcher in diesem Falle konisch in den Kern 32 eingeformt ist« Somit kann das Glas dazu dienen, die Größe des Volumens innerhalb des Hohlraums und damit die Menge des zur Füllung des Hohlraums benötigten radioaktiven Gases etwas zu verringern« Dies kann erfolgen, ohne daß die von der Lichtquelle ausgehende Lichtmenge wesentlich verringert wird, da das am meisten wirksame Volumen des radioaktiven Gases dasjenige Volumen ist, das in der Mähe des Phosphorbelages auf der Hohlraumoberfläche vorhanden 1st.

Obwohl in Fig· 2 Interferenzfilter auf beiden Seiten des Fensters 21 dargestellt sind, werden solche Filter normalerweise nur auf einer Seite des Glases verwendet. Zwar ist eine Beeinträchtigung des Filters aufgrund der Betaemission wegen der Stabilität dieser Filter nicht wahrscheinlich, sie könnte jedoch durch Anbringen des Filters an der Außenseite statt an der Innenseite des Fensters 21 weitgehend verhindert werden.

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Die in Fig, 4 gezeigte grafische Darstellung läßt die beträchtliche Helligkeitsvergrößerung erkennen, die mit der vorliegenden Erfindung gegenüber den herküamliehen, selbstleuchtenden Lichtquellen erzielt wird» Die Linien 42 und 43 stellen die Versuchsergebnisse dar, die mit Lichtquellen nach der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind» erzielt wurden, während die Linie einem mittels einer üblichen Lichtquelle mit ebener Fhosphoroberflache durchgeführten Versuch entspricht. Die Ordinate der grafischen Darstellungen ist in "Foot-Lamberts" angegeben, welche ein Maß für die Helligkeit der Lichtquelle 1st. Die Abszisse ist in "Effectiven Millicuries" von Krypton 85 angegeben, welche ein Maß für die in der Lichtquelle enthaltene Menge an radioaktivem Gas sind.

Bei Jeder Lichtquelle ist die von dieser erzeugte Lichtintensität in dem Versuchsbereich der Menge des radioaktiven Gases innerhalb der Lichtquelle proportional. Man sieht dabei ohne weiteres, daß die beiden Lichtquellen nach der vorliegenden Erfindung eine Helligkeit liefern, die vier- bis fünfmal großer ist als die der herkömmlichen Lichtquelle, welche mit der gleichen effektiven Menge an Gas gefüllt ist.

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Das radioaktive das Krypton 85 enthält 5 Volumen-% des radioaktiven Isotops. Es wird jedoch angenommen, daß in der Zukunft 40 bis 45 #ige Anreicherungen erhältlich sein werden. Hit einem solchen angereicherten Gas wird es möglich sein, von einer einsigen Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung eine noch größere Lichtmenge zu erhalten.

Die selbstleuchtenden Lichtquellen nach der vorliegenden Erfindung bieten sich für viele Anwendungsgebiete en, bei denen die lange Lebensdauer, das zuverlässige Arbeiten zusammen mit der Einsparung an Verdrahtung, Lampenkörpern, Batterien und nachzufüllendem Brennstoff sowie die Anspruchslosigkeit gegenüber jeglicher Wartung, von besonderer Bedeutung sind. Daher können sie für Signallaternen oder für Warneinrichtungen, welche unabhängig von einer Versorgung sein sollen, verwendet werden. Sie können im Verkehr beispielsweise als permanente Parklichter oder-"zur Begrenzung der Hittellinie oder Kante einer Autostraße verwendet werden, wobei sie fest in die Bahn eingebaut werden. Sie könnten dabei so in eine Straße eingesetzt werden, daß sie den Fahrern, die in der einen Richtung fahren, grün erscheinen und den Fahrern, die in der anderen Rieh-

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tung fahren, rot. Es ergeben sich auch zahlreiche militärische Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise als Richtlattenlampen für Artillerie und dergl. Derartige Lampen erforderten bisher ein häufiges Auswechseln von Batterien. Die Lichtquellen nach der Erfindung könnten weiter an Schwimmwesten oder an Rettungsflößen von Flugzeugen für die Notlandung auf See verwendet werden und könnten bei der Herstellung an den Schwimmwesten oder flößen angebracht werden und erforderten dann keine Wartung mehr. Sie könnten weiter zur Begrenzung einer Rollbahn verwendet werden, und Reihen solcher Lichtquellen könnten dazu dienen, bestimmte Abschnitte, beispielsweise als Landungsmarken, anzuzeigen. Biβ vorstehend genannten Anwendungsgebiete sind nur als Beispiele der vielen nützlichen Verwendungsmöglichkeiten der.selbstleuchtenden Lichtr quellen nach der vorliegenden Erfindung anzusehen.

Die vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele sollten die vorliegende Erfindung nur erläutern. Selbstverständlich können vom Fachmann zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlasaen. .

Claims

Λ?

Aaaprüohe

1 ♦) Selbstleuchtende Lichtquelle mit einem korrosionssicher abgedichteten Gehäuse, das ein. lichtdurchlässiges, einen radioaktives Gas enthaltenden Hohlraum begrenzendes Fenster aufweist, wobei in dem Gehäuse lumineszierendes Material vorgesehen ist, das bei Erregung durch radioaktives Gas Licht aussendet, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Fensters (21) ein MehracMchten-Interferenzfflfeer C27» 20) vorgesehen 1st.

2, lichtquelle »ach Jßsjo?uch 1, dadurch gekennzeichnet, de^ das luminessierende ifaterial Licht eines bestiioaten ersten Vellenlängenberelehe aussendet, und dafl daß Interferenzfilter (27, «iß«a zweiten, innerhalb $ss «aesfeeii

genbereiohs liegenden Wellenbereichs durchllBt und des -liiöht der übrigen, Oamerhälb Mm wmumi :M££&<m bereichs liegenden Wellenlängen nicht durcliltBt.

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5« Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_v daß sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Fensters (21) Interferenzfilter (2?, 28) angeordnet sind.

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