DE1539498A1 - Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe in der Strahlungsemission von der positiven Saeule her auftritt,und fuer eine solche Vorrichtung bestimmte Lampe - Google Patents

Description

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"Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe, in der Strahlungeemission von der positiven Säule her auftritt, und für eine solche Vorrichtung bestimmte Laape".

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe mit Glühkathode, in der eine Bogenentladung mit Strahlungseraission von der positiven Säule her auftritt, > welche Lampe ausser einem Edelgas mindestens zwei flüchtige Metalle enthält, von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist» _: Weiterhin betrifft die Erfindung eine für eine solche Vorrich- : tung bestimmte Lampe. Die Strahlungsemiseion kann dabei sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren Teil deft Spektrum· liegen·; Die unsichtbare Strahlung; z.B. Ultraviolettstrahlung, kann gegebenenfalls durch Lumineszenz in sichtbares Licht umgewandelt werden. ■ - .: -/

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In einer bekannten Vorrichtung wird eine mit einen Edelgas, Alkalimetall und Checksüber gefüllte Lampe derart betrieben, dass alles da· und aller Dampf ionisiert ist, woait angestrebt wurde, eine positive Strom-Spannungskennlini· zu erzielen, so dass die Komplikation eines Vorschaltgerätea vermieden werden konnte. Der dieser Lampe zugrunde liegende Gedanke ist, dass der Dampfdruck den Quecksilbers infolge der Legierung mit einem Alkalimetall so niedrig ist, dass durch Erschöpfung der Anzahl ionisierbarer Atome die Anzahl von Ladungeträgern bei zunehmendem Strom nicht oder doch kaum zunimmt. Da jedoch angegeben wird, dass auch das Edelgas ionisiert wird, kann nur dann eine positive Kennlinie erhalten werden, wenn der Druck des Edelgases sehr niedrig ist, d.h. ein Tausendtel Millimeter oder weniger. Bei diesem Druck kann jedoch keine positive Säule, wohl aber eine andere Art von Entladung mit geringer Lichtausbeute auftreten. Auaserdea bringt der niedrige Oasdruck Schwierigkeiten mit Bioh bein Zünden und infolge Elektrodenzerstäubung.

Dii !Erfindung baaveckt anzugeben, unter welchen Bedingungen fine positive Stroa-Spannungekennlinie in einer Laap· mit ilblichereij Kntladungeverhältni88en und einer höheren Lichtausbeute erhalten werden kann.

In einer Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe mit einer Glühkathode, in der eine Bogenentladung mit Strahlungsemission von einer positiven Säule her auftritt, welche Lampe ausser einem Edelgas mindestens zwei flüchtige Metalle enthält, von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist, sind geraäss der Erfindung die beiden flüchtigen Metalle in Form einer Legierung

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vorhanden und die rfandtetnperatur unter den Betriebeverhältnissen der Lampe ist so gewählt, dass der Bestandteil der Legierung mit der niedrigeren Ioniaationsspannung an der Stelle der positiven Säule im Querschnitt der Lampe »m Mittel um mindestens 20 $ ionisiert ist, während die Dichte des Bestandteiles mit der höheren lonisationsepannung einen zum Erzeugen von Strahlung günstigen Wert hat und der Edelgasdruck etwa 0,1 bis 10 Torr beträgt.

Wie in solchen Lampen üblich, dient das Edelgas dazu, die positive Säule zu erhalten, die Zündung zu erleichtern und der Zerstäubung der Elektroden entgegenzuwirken. Die Ionisationsepa nnung der Edelgase ist stets höher als die der flüchtigen Metalle, die vorzugsweise aus den Alkalimetallen Cadmium, Zink und Quecksilber gewählt werden.

Der Erfindung liegt der Jedanke zugrunde, daas infolge des niedrig«?η Drucks lea Bestandteiles mit der niedrigeren Ioniaationaspannungeine gewisse Sättigung des lonisations&rads in der positiven Säule unter Betriebsverhältniasen erzielt wird» Bei Erhöhung des Stromes muss zum VergrÖssern der Anzahl Ladungsträger der lcngitudinale Spannungegradient in der positiven Säule zunehmen, wodurch ixe Kennlinie einen positiven Charakter annimmt, der erst verschwindet,wenn der Spannungegradient in der positiven Säule so e,rcBa _Oeworden ist, dass auch der zweite Bestandteil und gegebenenfalls daa Edelgas in erheblichem Masse ionisiert werden. Der Vorteil einer Lampe in einer Vorrichtung nach Erfindung beateht nicht nur in der positiven Strom-Spannungsie, wobei die Vorschaltimpedanz vegfallen kann, sondern

auch iarin, dass ier Druck des die Emission liefernden Bestanden

!,ί ,-ew'ihi'. witder« Kann ,'dass dieser ien,in bezut: auf den

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Lanipendurohraesser, für iie Strahlungserzeugung günstigsten rfert hat. Bei den bisher üblichen Lampen musste der Dampfdruck des Strahlung erzeugenden Metalles auch die Bedingungen der Stromführung erfüllen, was bedeutet, dass die Anforderungen für die Stromführung und die Strahlungserzeugung zu einem Kompromiss gebracht werden mussten.

Die Erfindung lässt sich bei Lampen mit Quecksilber als Strahlung erzeugendem Element anwenden, wobei ein oder mehrere der fünf Alkalimetalle Cäsium, Rubidium, Kalium, Natrium und Lithium an sich oder in Form einer Legierung zugesetzt werden Können.Auch bei den sogenannten Natriumlampen kann die Erfindung angewandt werden, wobei dann die Stromleitung im wesentlichen durch Cäsium, Rubidium, Kalium oder Legierungen derselben zustande gebracht wird.

Bei Zumischung etwaiger anderer Metalle soll der Einfluss auf den Dampfdruck des Metalles, das im wesenlichem die Stromführung herbeiführent, und auf den Dampfdruck des Metalles, das im wesentlichen die Strahlung erzeugt berücksichtigt werden. Die zut'emischten Metalle Können dabei auch noch zur Stromführung und Strahlungserzeugung beitragen.

An Hand der erwünschten Stromdichte kann der Druck des den Strom führenden Bestandteiles durch die Formel«

χ IU

1,8 χ 10"³ -^- <p^ü

V ^vd

bestimmt werden j wobei f die Stromdichte in Ampere/cm ,,p den Druck des deft-Strom führenden Bestandteiles in Torr und V", die

TriftgeschwindigK.ei't der Elektronen in tcm/sec in der positiven ^:- Säule der .fiöhre bezerc/hnen.Unter Trift^eschtfindiöKeit wird iie"

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Stromdichte (j), geteilt durch die Gesamtladung pro Kubikzentimeter der beweglichen Elektronen verstanden.

, . An Hand der Daten der Zusammensetzung der Legierung des Strahlung erzeugenden Bestandteiles kann die Temperatur derart gewählt werden, dass die erwünschten Drücke erzielt werden. Der Dampfdruck eines Bestandteiles der Legierung ist im allgemeinen der Dampfdruck des reinen Metalles vervielfacht mit dem Bruchteil dieses Bestandteiles in der Legierung und mit einem Koeffizienten, dem Aktivitätskoeffizienten, der sowohl ™

grosser als auch kleiner als 1 sein kann. Dei Aktivitätskoeffizient ist für viele Legierungen bekannt.

Bei Lumineszenzlampe« kann die Wahl der Drücke und der Temperaturen nach der Erfindung zu erheblich höheren Wandtemperaturen als üblich führen. Um grosse Wärmeverluste zu verhüten, Kann die Verwendung einer isolierenden Hülle wie bei Natriuniiampen empfehlenswert sein.

Uünstige Kombinationen für eine Lampe nach der Erfindung sind Cäsium oder Natrium als der Stromführende Bestandteil M mit QuecKSilber als Strählung erzeugender Bestandteil und Argon, Krypton oier Xenon als Edelgas. Auch eine Kombination von Cäsium als Str...'ηführende Komponente und Natrium als Strahlung erzeugenie Komponente mit Argon, Krypton oder Xenon als Edelgas ist gunstig. '■

Bei einer Lampe nach der Erfindung wird sieh bei zunehmender Stromstärke und bei zunehmendem Ionisationsgrad die " Strahlungeerzeugung vom Teil um die Achse her allmählicli zur _;

Wand hinausdehnen. Dies erfolgt in vielen Fällen zunächst am Anodenende dea Entladungsrauaiee. Der günstigste Kompromiss zwischen ohne Vorschalt_berät und geringe? Selbstabsorption'in

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Säule wird erzielt, wenn die Grenze zwischen Strahlungserzeu— gung im ganzen Querschnitt und Strahlungeerzeugung in dem achsennahen Teil annäherend in der Mitte dee Entladungsraumes liegt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert , in der

Pi-ij.l eine Lampe nach der Erfindung, Fig.2 einige Nessergebnisse iieeer Lampe in graphischer Darstellung zeigen.

In Fig.l besteht die Lampe 1 aus einem Rohr 1 aus hartem Glas mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Länge von 750 nun. In der Lampe befinden sich zwei Kathoden 2 und 3 ■mit diese umgebenden Nickelringen 4 und 5· Das Rohr hat eine Füllung von 3 mm Argon und enthält weiter eine Menge von 200 rag einer Legierung von 45 Atom % Quecksilber, und 55 Atom % Cäsium* Bei einer Wandtemperatur von 353 bis 403 K beträgt der Quecksilberdruck etwa 2 χ 10 Torr und der des Cäsiums 2 χ 10 Torr.

In Fife.2 ist die Spannung über der Lampe nach Fig.l in Volt bei einer Gleichstromentladung zwischen etwa 100 und 500 mA aufgetragen» Bei den Messungen hatte die Rohrenwand die in den Strom-Spannungskennlinien angegebenen Temperaturen; diese Temperaturen wurden durch ein zweites umgebendes Rohres 6 mit Erhitzungsdraht geregelt. Es ist deutlich ersiehtlich, dass die Gesarotspannung der Lampe bei zunehmendein Strom stark zunimmt und dass das Maximu« dieser Kennlinien bei einem Strom auftritt, der bei ansteigender rfandtemperatur zunimmt. Der Cäsiumanteil kann zwischen 40-75 Atom % variiert werden unter gleichzeitiger Änderung des Quecksilberanteil·.

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Bei Natrium ale Stromführende Komponente in dem Rohr nach Fig.l wurde eine Zusammensetzung von 98 Atom $ Natrium und 2 Atom ?o Quecksilber benutzt. Die Temperatur ist dann etwa 463 K.

In beiden Fällen kann nicht nur eine Gleichstromentladung sondern selbstverständlich auch eine Wechseletroaentladung benutzt werden, was für die Praxis wichtiger ist.

Bei Natrium als Licht erzeugenden Qae wird eine Legierung gewählt, die weniger als 1 % Cäsium bei einer Temperatur

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von 48J bis 543 K enthält, wobei der Druck des Caeiume 2 1 10 Torr und der Druck des Natriums 2 χ 10 Torr beträgt. Die genaue Zusammensetzung der Legierung und die Wahl der Temperatur hängen vor. den jeweiligen Anforderungen ab, d.h. entweder Maximalwirkungsgrad oder Kaximallichtausbeute oder ein Kompromiss zwischen diesen.

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Claims (1)

1. PHN. 1065

   Patentansprüche:

   Ii) Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe mit Glükathode und von der positiven Säule ausgehender Strahlungeemission, wobei die Lampe ausser einem Edelgas mindestens zwei flüchtige Netalle enthält, von denen mindestens eines «in Alkalimetall ist, d.g., dass die beiden flüchtigen Metalle in Form einer Legierung ■ mit .solcher Zusammensetzung und unter den Betriebsverhältniseen der Lampe bei einer solchen Wandtemperatur vorhanden sind, dass der Bestandteil der Legierung mit der niedrigeren Ionisationsspannung an der Stelle der positiven Säule in einem Querschnitt der Lampe im Mittel um mindestens 20 % ionisiert ist, während die Dichte des Bestandteiles mit der höheren Ionisationsepannung einen für Strahlungserzeugung günstigen feiert jiat und der Edelgasdruck in der Grössenordnung von G,l bis 10 Torr liegt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d.g., daes der Druck ρ in Torr des stromführenden uestandteiles der Formel:

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   entspricht, wobei j die Stromdichte in Ampere/cm und V, die Triftgeschwindigkeit der Elektronen in km/sec in der positiven SUuIe bezeichnen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d.g·, dass der Strahlung erzeugende Bestandteil aus i^uecKsilber und der Stromführende Bestandteil aus Cäsium besteht, dessen Menge 40 bis 75 Atom % in der Legierung bildet bei einer riandtemperatur von 353 bis 403° K.

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   4". . Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d.g., dass das

   Strahlung" .erzeugende- Element aus Quecksilber und die andere Korn- ;cr.ente -lus Natrium nest eh t-", wobei na "ut^Keiieetzung ier

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   Legierung 98 Atom $ Natrium und 2Atom % 'Quecksilber bei einer Wandtemperatur von etwa 483 K ist,

   5. ". Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d.g., dass das Strahlung erzeugende Element Natrium und das Stromführende Element Cäsium ist, dae weniger als 1 j£ der Legierung bei einer rfandtemperatur von 483 bis 543 K bildet,

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4» d.g,, dass

   am Anodenende der positiven Säule die Strahlungserzeugung im

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   ganzen Querschnitt auftritt und am Kathoden über einen Teil des ^

   iiuerschnittee. '

   7. Lampe für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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