DE1639113C

DE1639113C - Vapor discharge lamp for photochemical purposes

Info

Publication number: DE1639113C
Authority: DE
Inventors: Peter Dexter Schenectady N.Y. Johnson (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Publication date: 1971-07-01

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dampfent« ladungslanipen, insbesondere solche Dampfentladungslampe^ die selektiv Strahlung In den Spektralblindem zwischen 2800A und 3200A sowie zwischen 3200A und 4200A emittieren, deren Licht also in denjenigen Spoktralgebieten liegt, die zum Auslösen photochemischer Reaktionen in Industrie und Wissenschart besonders wirksam sind. Unter der Bezeichnung A sind hier und im folgenden Angström-Binheiten zu verstehen.The present invention relates to vapor discharge lanes, in particular vapor discharge lamps which selectively emit radiation in the spectral blind between 2800A and 3200A and between 3200A and 4200A, the light of which is therefore in those spectral areas which are particularly effective for triggering photochemical reactions in industry and science. The term A is to be understood here and in the following as Angstrom units.

Zur Erzeugung von Licht im sichtbaren Spektralberoich ist aus der schweizerischen Patentschrift 403 891 eine Quecksilber-Dampfentladungslampe bekannt, deren hermetisch abgeschlossene lichtdurchlässige Hülle ein Paar fester metallischer Bogenelektroden und Quecksilber in einer solchen Menge enthält, daß nach dessen Verdampfen eine Bogenentladung, durch die die Innenwandung des Entladungsgefäßes auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird, möglicht ist. Das Entladungsgefäß enthält neben ao einem Edelgas als Zündgas weiterhin Metallhalogenide, wie die Jodidc der Alkalimetalle und der Gruppe IHb des Periodensystems. Durch die Verwendung gewisser Kombinationen von Jodiden werden Verbesserungen im Wirkungsgrad und in den Färbeigenschaften gegenüber den üblichen Quecksilber-Dampflampen erreicht.For generating light in the visible spectral range a mercury vapor discharge lamp is known from Swiss patent specification 403 891, whose hermetically sealed translucent envelope has a pair of solid metal arc electrodes and contains mercury in such an amount that when it evaporates an arc discharge, through which the inner wall of the discharge vessel is heated to the operating temperature, is possible. In addition to a noble gas as ignition gas, the discharge vessel also contains metal halides, like the iodides of the alkali metals and group IHb of the periodic table. By using Certain combinations of iodides will result in improvements in efficiency and in coloring properties compared to the usual mercury vapor lamps.

Bei diesen bekannten Lampen liegt jedoch entsprechend ihrer Zweckbestimmung die Strahlung hauptsächlich in dem photochemisch weniger wirksamen sichtbaren Spektralbereich oberhalb 4200A.In these known lamps, however, the radiation is in accordance with their intended purpose mainly in the photochemically less effective visible spectral range above 4200A.

Für photochemische Zwecke wurden bisher hauptsächlich Quecksilberdampflampen verwendet, und zwar vorzugsweise Nieder- oder Mitteldruckdampflampen. Da jedoch ein beachtlicher Anteil des Lichtes einer Mitteldruck-Quecksilberdampflampe in einem Spektralgebiet mit Wellenlängen von mehr als 4200 A liegt — die Wellenlänge von 4200 A stellt die obere Grenze für photochemisch wirksames Licht dar — und da bei einer solchen Lampe auch noch Licht mit einer Wellenlänge von 6000 A auftritt, können Quecksilberdampflampen für photochemische Zwecke nur mit geringem Wirkungsgrad eingesetzt werden. Das bedeutet, daß ein erheblicher Anteil der Strahlung einer solchen Quecksilberdampflampe für photochemische Zwecke verloren geht. In denjenigen Fällen, in denen das photochemisch nicht ausnutzbare Licht störende Effekte auslöst, ist es notwendig, mit Filtern diesen Lichtanteil auszufiltern. Selbst unter den viel günstigeren Verhältnissen, unter denen der photochemisch nicht ausnutzbare Lichtanteil keine weiteren Wirkungen hervorruft, stellt dieser Lichtanteil doch einen Energieverlust dar, der den Wirkungsgrad einer Quecksilberdampflampe für photochemische Zwecke herabsetzt.For photochemical purposes, mercury vapor lamps have mainly been used, and preferably low or medium pressure vapor lamps. However, since a considerable proportion of the Light from a medium pressure mercury vapor lamp in a spectral range with wavelengths of more than 4200 A lies - the wavelength of 4200 A represents the upper limit for photochemically effective light dar - and since with such a lamp there is also light with a wavelength of 6000 A, Mercury vapor lamps can only be used with low efficiency for photochemical purposes will. This means that a considerable proportion of the radiation from such a mercury vapor lamp is lost for photochemical purposes. In those cases in which this is not photochemically exploitable light triggers disruptive effects, it is necessary to filter out this light component with filters. Even under the much more favorable conditions, under which the photochemically inapplicable Light component does not cause any further effects, this light component represents a loss of energy that reduces the efficiency of a mercury vapor lamp for photochemical purposes.

Es ergab sich daher die Aufgabe, eine Lampe für photochemische Zwecke zu finden, deren Füllung und Betriebsdrücke so beschaffen sind, daß man eine hohe Strahlungsleistung erhält, die vorwiegend oder nahezu gänzlich in dem pholochemisch wirksamen ultravioletten Bereich des Spektrums konzentriert ist.The task was therefore to find a lamp for photochemical purposes, the filling thereof and operating pressures are such that a high radiation output is obtained, which is predominantly or is almost entirely concentrated in the chemically active ultraviolet region of the spectrum.

F.rfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Dampfentladungslampe für photochemische Zwecke mit einem für UV-Strahlung durchlässigen Entladungsgefäß gelöst, in dem zwei Elektroden angeordnet sind, und das eine Quecksilberfüllung und eine solche Menge eines durch Anlegen der Betriebsspannung ionisierbaren ZUndgases enthält, daß das Quecksilber verdampft und nach der Verdampfung des Quecksilbers sich eine Dogenentladung ausbildet, durch die die Innenwandung des Entladungsgefäß auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Die Lampe 1st dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberfüllung so bemessen ist, daß nach dem Verdampfen ein Quecksilberpartialdruck von 0,5 bis 5 Atmosphären entsteht, und das Entladungsgefäß weiterhin eine solche Menge Wismuthalogenid, ausgenommen Wismutfluorid, enthält, daß bei der Betriebstemperatur ein Halogenidpartialdruck von 10 bis 200 Torr entsteht, so daß das Wismuthalogenid im Lichtbogen dissoziiert und im photochemisch wirksamen Spektralbereich die charakteristischen Linien des atomaren Wismut-Spektrums emittiert und durch die gewählte Quecksilbermenge die Linien des atomaren Wismut-Spektrums stoßverbreitert sind, ohne daß eine nennenswerte Verarmung an Wismuthalogenid eintritt.According to the invention, these tasks are achieved by a vapor discharge lamp for photochemical Purposes solved with a discharge vessel permeable to UV radiation, in which two electrodes are arranged are, and that a mercury filling and such an amount of one by applying the operating voltage ionizable ignition gas contains that the mercury evaporates and after the evaporation the mercury creates a dogenous discharge, through the inner wall of the discharge vessel is heated to the operating temperature. The lamp is characterized in that the mercury filling is dimensioned so that after evaporation a mercury partial pressure of 0.5 to 5 atmospheres are created, and the discharge vessel continues to exempt such an amount of bismuth halide Bismuth fluoride, that contains at operating temperature a halide partial pressure of 10 to 200 Torr is created, so that the bismuth halide in the Arc dissociates and the characteristic lines in the photochemically effective spectral range of the atomic bismuth spectrum and the lines of the atomic bismuth spectrum are collision broadened without any significant depletion of bismuth halide entry.

Außerdem finden in dem Mitteldruck-Quecksilberdampfbogen thermische Anregungen statt, durch die das Wismut sein charakteristisches Linienspektrum in dem photochemisch besonders wirksamen Spektralbereich aussendet. Wenn man nun die Strahlung des Wismuts mit dem Bandenspektrum des Quecksilbers überlagert, entsteht eine konzentrierte Lichtquelle von hohem Wirkungsgrad für Licht in dem photochemisch besonders wirksamen Spektralbereich.Also found in the medium pressure mercury vapor arc thermal excitations take place, through which the bismuth its characteristic line spectrum emits in the photochemically particularly effective spectral range. Now if you look at the radiation of the bismuth superimposed with the band spectrum of the mercury, a concentrated light source is created of high efficiency for light in the photochemically particularly effective spectral range.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lampe ist das Wismuthalogenid Wismuttrichlorid. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Lampe weist eine besonders starke Lichtemission in dem für photochemische Zwecke günstigen Spektralbereich zwischen 2800 A und 3000 A auf.In a preferred embodiment of the lamp, the bismuth halide is bismuth trichloride. A preferred lamp according to the invention has a particularly strong light emission in that for photochemical Purpose of a favorable spectral range between 2800 A and 3000 A.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit der Figur im einzelnen beschrieben werden. Die Figur stellt dabei einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lampe für photochemische Zwecke dar.In the following the invention will be described in detail in connection with the figure. the Figure shows a section through a lamp according to the invention for photochemical purposes.

In der Figur ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe für photochemische Zwecke dargestellt. Diese Lampe weist einen ultraviolett durchlässigen, evakuierbaren Lampenkolben 1 auf, der auf einen Schraubsockel 2 aufgesetzt ist. Innerhalb des Lampenkolbens 1 ist ein Gasentladungsgefäß 3 angeordnet. Das Gasentladungsgefäß 3 ist zylindrisch ausgebildet und mittels Quetschdichtungen 4 und 5 oben und unten hermetisch abgeschlossen. Diese beiden Quetschdichtungen dienen dazu, das Gasentladungsgefäß hermetisch abzudichten, wenn es aus einem Rohr hergestellt wird, und gleichzeitig sind auch die verschiedenen Zuleitungen zu den Elektroden vakuumdicht durch sie hindurchgeführt. In the figure is an embodiment of a lamp according to the invention for photochemical purposes shown. This lamp has an ultraviolet-permeable, evacuable lamp bulb 1, which is placed on a screw base 2. A gas discharge vessel 3 is arranged inside the lamp bulb 1. The gas discharge vessel 3 is Cylindrical design and hermetically sealed by means of pinch seals 4 and 5 at the top and bottom. These two pinch seals are used to hermetically seal the gas discharge vessel, if it is made from a pipe, and at the same time so are the various feed lines passed through them in a vacuum-tight manner to the electrodes.

Der Lampenkolben 1 und das Gasentladungsgefäß 3 können aus irgendeinem ultraviolett durchlässigen Material hergestellt sein. Beispiele hierfür sind Quarz, gesintertes Yttriumoxyd oder Lucalox (Lucalox ist der Handelsname für eine bestimmte Siliciumdioxydqualität).The lamp bulb 1 and the gas discharge vessel 3 can be ultraviolet-permeable from any one of them Material to be made. Examples are quartz, sintered yttrium oxide or Lucalox (Lucalox is the trade name for a certain grade of silica).

An den beiden Enden des Entladungsgefäßes 3 sind in der Mitte zwei Elektroden 6 und 7 angeordnet. Diese Elektroden 6 und 7 können als Wendeln aus Wolframdraht; oder thoriertem Wolframdraht hergestellt sein, oder aber auch aus Wolframdraht mit einem Stückchen Thorium oder auch als Doppelwendeln. Wie solche Elektroden ausgebildet sein können, ist auf dem Lampengebiet bekannt. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden 6,7 ist soAt the two ends of the discharge vessel 3, two electrodes 6 and 7 are arranged in the middle. These electrodes 6 and 7 can be used as coils made of tungsten wire; or thoriated tungsten wire be made, or made of tungsten wire with a piece of thorium or as double coils. How such electrodes can be formed is known in the lamp field. The distance between the two electrodes 6.7 is like this

groß, daß sich zwischen ihnen ein elektrischer Hoch· strombogen ausbilden kann, der die verdampfbaren Bestandteile der Lampenfüllung verdampfen kann, so daß diese Bestandteile dann Strahlung von hoher Intensität in dem gewünschten Spektralbereich emit- s tieren, Die Elektroden 6 und 7 sind auf Elektrodenhalterungen 8 und 9 aufgesetzt worden, die vakuumdicht durch die Quetschdichtungen 4 und 5 hindurchgeführt sind. An dom einen Ende des Entladungsgefaßes 3 ist noch eine Zündelektrode 10 angeordnet, die ebenfalls vakuumdicht durch die Quetschdichtung S des Entladungsgefäß 3 hindurchgefUhrt ist, Die Zündelektrode 10 ist Über einen Widerstand 11 mit einer Zuleitung und Halterung 12 verbunden, die auf der gleichen Spannung wie die Zuleitung und Halterung 13 liegt. Beide Zuleitungen und Halterungen 12 und 13 sind" mit dem gleichen Stromanschluß des Schraubsockels 2 verbunden. Es sei bemerkt, daß man an Stelle der Zündelektrode 10 auch andere Möglichkeiten anwenden kann, um die ao Lampe zu zünden.big that there is an electric high between them can form a current arc, which can evaporate the vaporizable components of the lamp filling, so that these components then emit radiation of high intensity in the desired spectral range animals, The electrodes 6 and 7 have been placed on electrode holders 8 and 9, which are vacuum-tight are passed through the pinch seals 4 and 5. At one end of the discharge tube 3 an ignition electrode 10 is also arranged, which is also vacuum-tight by the The pinch seal S of the discharge vessel 3 is passed through The ignition electrode 10 is connected via a resistor 11 to a lead and holder 12 connected, which is at the same voltage as the lead and bracket 13. Both supply lines and brackets 12 and 13 are "connected to the same power connection of the screw base 2. Es it should be noted that, instead of the ignition electrode 10, other possibilities can also be used to control the ao Light the lamp.

Das Entladungsgefäß 3 ist im Lampenkolben 1 mittels einfacher Klammern 14 und 15 aufgehängt, die von der Zuleitung und Halterung 13 ausgehend fest um die Quetschdichtungen 4 und 5 des Ent- as ladungsgefäßes herumgeklemmt sind. Die untere Klammer 14 ist mit den Halterungen 12 und 13 verbunden. Die obere Klammer 15 ist zwischen die Halterung 13 und eine weitere herabhängende Halterung 15a gesetzt, die mit einem Ring 16 verbunden ist, der einen eingestülpten Teil 17 oben im Lampenkolben 1 seitlich umgreift. Dieser eingestülpte Teil 17 dient dazu, das obere Ende der Zuleitung und Halterung 13 zu verankern. Die eine Elektrode 6 ist mit der Zuleitung und Halterung 13 verbunden. Die andere Elektrode 7 ist über eine getrennte Zuleitung 18 an den Stromanschluß des Schraubsockels gelegt, der übrig bleibt, wenn die Zuleitungen und Halterungen 12 und 13 mit dem Sockel verbunden sind.The discharge vessel 3 is suspended in the lamp bulb 1 by means of simple clamps 14 and 15, which, starting from the supply line and holder 13, are firmly attached to the pinch seals 4 and 5 of the Ent- as are clamped around the charge vessel. The lower bracket 14 is connected to the brackets 12 and 13. The upper bracket 15 is between the bracket 13 and another depending bracket 15a set, which is connected to a ring 16, which has an inverted part 17 at the top of the lamp bulb 1 grips around the side. This turned-in part 17 serves to hold the upper end of the supply line and holder 13 to anchor. One electrode 6 is connected to the supply line and holder 13. the the other electrode 7 is connected to the power connection of the screw base via a separate lead 18, which remains when the leads and brackets 12 and 13 are connected to the base.

Das Entladungsgefäß 3 enthält eine Füllung in Form einer Flüssigkeitsperle 19, in der beispielsweise während der Betriebspausen die festen Zusätze enthalten sein können. Diese Flüssigkeitspcrle 19 enthält soviel Quecksilber, daß sie nach Erreichen stabiler Betriebsbedingungen vollständig verdampft und dadurch einen Quecksilberdampfdruck zwischen 0,5 und 5 Atmosphären erzeugt. Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Lampe ist es wesentlich, daß bei ihren höheren Betriebstemperaturen und bei Quecksilberdampfdrücken von größenordnungsmäßig einer Atmosphäre oder weniger kein flüssiges Quecksilber mehr vorhanden ist, da die Temperaturen, die zum Verdampfen der festen Zusätze erforderlich sind, erheblich höher als diejenigen Temperaturen sind, die man bei Vorhandensein von flüssigem Quecksilber im Entladungsgefäß erreichen kann. Da beispielsweise der Siedepunkt von Quecksilber bei etwa 355°C liegt, ist diese Temperatur die Gleichgewichtstemperatur in dem Entladungsgefäß 3, falls in dem Entladungsgefäß noch flüssiges Quecksilber übrig bleibt. Daher muß die Quecksilbermenge so gewählt werden, daß das ganze Quecksilber verdampft und nach der Verdampfung auf den gewünschten Betriebsdruck führt.The discharge vessel 3 contains a filling in the form of a liquid bead 19 in which, for example The solid additives may be contained during the breaks in operation. This liquid pool 19 contains so much mercury that it evaporates completely after reaching stable operating conditions and thereby creates a mercury vapor pressure between 0.5 and 5 atmospheres. For the operation of the invention It is essential for lamp that at their higher operating temperatures and at mercury vapor pressures of the order of an atmosphere or less, no liquid mercury there is more, since the temperatures required to evaporate the solid additives are considerable higher than the temperatures that would occur in the presence of liquid mercury can reach in the discharge vessel. For example, since the boiling point of mercury is around 355 ° C, this temperature is the equilibrium temperature in the discharge vessel 3, if in the Liquid mercury remains in the discharge vessel. Therefore, the amount of mercury must be chosen that all the mercury evaporates and after evaporation to the desired operating pressure leads.

Die Füllung 19 enthält noch eine gewisse Menge eines Wismuthalogenids, vorzugsweise Wismuttrichlorid. Die Menge des Wismuthalogenids ist so gewählt, daß sich bei den Betriebstemperaturen der Lampe ein Wismuthalogenid-Partluldruck zwischen 10 Torr und 200 Torr, vorzugsweise zwischen 25 und SQTorr einstellt. Die obere Grenze der Mengo an Wlsmuthalogenld, die in das Entladungsgefäß eingegeben wird, ist nicht besonders kritisch, da die Menge von Wismulhalogenid, die vordampft, hauptsächlich durch die Betriebstemperatur im Entladungsgefäß bestimmt ist. Es ist günstig, wenn man Wisimuthalogenid im Überschuß verwendet. Wenn dünn nUmlich Wlsmuthalogenid durch Ablagerungen an den Wänden oder durch Reaktionen mit anderen Bestandteilen in der Lampe verloren geht, kann immer noch genügend Wismuthalogenid nachgeliefert werden, so daß der Beitrag der Wismutstrahlung zur gesamten Strahlung der erfindungsgemäßen Lampe erhalten bleibt.The filling 19 also contains a certain amount of a bismuth halide, preferably bismuth trichloride. The amount of bismuth halide is chosen so that the operating temperatures Lamp a bismuth halide partlul pressure between 10 Torr and 200 Torr, preferably between 25 and SQTorr. The upper limit of the Mengo Wlsmuthalogenld, which entered the discharge vessel is not particularly critical since the amount of bismul halide that pre-evaporates is primarily is determined by the operating temperature in the discharge vessel. It is cheap to use wisimuth halide used in excess. If thin, namely, isuthalide due to deposits It can always be lost from the walls or from reactions with other components in the lamp enough bismuth halide can still be supplied so that the contribution of the bismuth radiation to the total Radiation of the lamp according to the invention is retained.

Zusätzlich zu den beiden bereits erwähnten Zusatzstoffen in dem Entladungsgefäß 3 nach F i g. 1 wird noch ein Zündgas verwendet, das zweckmäßigerweise Neon oder ein anderes leicht ionisierbares Gas ist und unter einem Partialdruck zwischen 15 Torr und 25 Torr steht. Wie bereits erwähnt, können alle Halogenide des Wismuts bis auf das Fluorid in der erfindungsgemäßen Lampe verwendet werden, da Wismutfluorid zu heftig reagiert. Es können also Wismutchlorid, Wismutbromid und Wismutjodid verwendet werden. Die Verwendung des Chlorids in der erfindungsgemäßen Lampe ist besonders günstig, da Wismuttrichlorid einen recht hohen Dampfdruck aufweist und außerdem mit anderen Bestandteilen des Entl^dungsgefäßes nur sehr zögernd reagiert.In addition to the two additives already mentioned in the discharge vessel 3 according to FIG. 1 an ignition gas is also used, which is expediently neon or another easily ionizable Is gas and is at a partial pressure between 15 Torr and 25 Torr. As already mentioned, All bismuth halides except for the fluoride can be used in the lamp according to the invention because bismuth fluoride reacts too violently. So it can be bismuth chloride, bismuth bromide and Bismuth iodide can be used. The use of the chloride in the lamp according to the invention is special favorable because bismuth trichloride has a very high vapor pressure and also with other components of the discharge vessel reacted only very hesitantly.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Lampe wird die Betriebsspannung zwischen 40 Volt für einen Niederdruckquecksilberbogen und 500 Volt für einen Quecksilberhochdruckbogen — (beide Angaben gelten für eine Bogenlänge von etwa 5 cm) — an die Stromanschlüsse des Schraubsockels 2 gelegt, so daß die volle Betriebsspannung zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 erscheint. Ein Teil dieser Spannung liegt zwischen der Zündelektrode 10 und der Elektrode 7. Dieses wird durch den Spannungsabfall am Widerstand 11 verursacht. Die Feldstärke zwischen der Zündelektrode 10 und der Elektrode 7 ist so groß, daß das Zündgas, vorzugsweise Argon, ionisiert wird, so daß in der Nähe der Elektrode 7 eine Glimmentladung entsteht. Da stets Quecksilber innerhalb des Bereichs dieser Glimmentladung vorhanden ist, wird dieses Quecksilber von der Glimmentladung aufgeheizt, so daß sich ein gewisser Quecksijberpartialdruck einstellt. Dieser Quecksilberpartialdruck baut sich allmählich auf, und der Quecksilberdampf wird von der Glimmentladung bis zu einem solchen Grade ionisiert, daß sich zwischen den Elektroden 6 und 7 eine Bogenentladung ausbilden kann, die von dem ionisierten Quecksilberdampf unterhalten wird.When operating the lamp according to the invention, the operating voltage is between 40 volts for a Low pressure mercury arc and 500 volts for a high pressure mercury arc - (both figures apply for an arc length of about 5 cm) - placed on the power connections of the screw base 2, so that the full operating voltage appears between the two electrodes 6 and 7. Part of that tension lies between the ignition electrode 10 and the electrode 7. This is caused by the voltage drop caused at resistor 11. The field strength between the ignition electrode 10 and the electrode 7 is so large that the ignition gas, preferably argon, is ionized, so that in the vicinity of the electrode 7 a Glow discharge arises. Because there is always mercury within the range of this glow discharge is, this mercury is heated by the glow discharge, so that a certain mercury partial pressure adjusts. This mercury partial pressure builds up gradually, and so does the mercury vapor is ionized by the glow discharge to such an extent that between the Electrodes 6 and 7 can form an arc discharge from the ionized mercury vapor is entertained.

Da die- Glimmentladung in Argon zwischen der Zündelektrode 10 und der Elektrode 7 verhältnismäßig wenig Leistung und nur geringe Ströme verbraucht, was für eine Glimmentladung eigentümlich ist, reicht diese Glimmentladung nicht aus, um das Wismuthalogenid zu verdampfen. Die Entladung zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 ist andererseits eine Hochstrom-Bogenentladung von hoher Temperatur, die insofern eine völlig andere Charakteristik als die Glimmentladung aufweist, als ihre Plasmatemperatur mehrere tausend Grad beträgt. DieseSince the glow discharge in argon between the ignition electrode 10 and the electrode 7 is relatively consumes little power and only small currents, which is peculiar for a glow discharge is, this glow discharge is not sufficient to vaporize the bismuth halide. The discharge between the two electrodes 6 and 7, on the other hand, is a high current arc discharge of high temperature, which has a completely different characteristic from the glow discharge than its plasma temperature several thousand degrees. This

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Plasmatemperatur reicht aus, um das ganze Ent- samen Spektralbereich zwischen 2800 A und 3200 A ladungsgefäß 3 so hoch aufzuheizen, daß ein erheb- liegen bei folgenden Wellenlängen: 2803 A, 2848 A, licher Anteil des Wismuthalogenids verdampft, so 2894 A, 2967 A, 3021 A, 3125 A und 3132 A. Im daß sich ein Partialdruck zwischen 10 Torr und zweiten photochemisch wirksamen Spektralbereich 200 Torr einstellt. Wenn man in der erfindungsge- 5 zwischen 3200 A und 4200 A kann man bei folgen^ mäßen Lampe Wismutjodid verwendet, wird das Ent- den Wellenlängen Quecksilberlinien finden: 3341 A, ladungsgefäß zweckmäßigerweise auf eine Tempe- 3650A, 3655 A, 3663 A, 3906 A, 3984 A und ratur zwischen 300⁰C und 450⁰C gebracht. Bei 4045 A.The plasma temperature is sufficient to heat up the entire spectral range between 2800 A and 3200 A, the charge vessel 3 so high that a considerable amount of the following wavelengths are: 2803 A, 2848 A, and the proportion of bismuth halide evaporates, so 2894 A, 2967 A , 3021 A, 3125 A and 3132 A. In that a partial pressure between 10 Torr and the second photochemically active spectral range 200 Torr is established. If, in the invention, between 3200 A and 4200 A, bismuth iodide can be used with the following lamp, then the discharge will find wavelengths of mercury lines: 3341 A, charge vessel expediently at a temperature of 3650A, 3655 A, 3663 A, 3906 A, 3984 A and temperature between 300 ⁰ C and 450 ⁰ C brought. At 4045 A.

Wismutbromid sollte diese Temperatur zwischen Durch das gemeinsame Auftreten der stoßverbrei-Bismuth bromide should keep this temperature between

275° C und 425° C liegen. Bei der Verwendung von io terten Wismutlinien und der Quecksilberlinien, die Wismuttrichlorid liegt diese Temperatur zwischen ' ebenfalls bis zu einem gewissen Grad Stoßverbreite-250° C und 400' C. rung zeigen, geben die erfindungsgemäßen Lampen275 ° C and 425 ° C. When using io tered bismuth lines and the mercury lines, the Bismuth trichloride, this temperature is between 'also up to a certain degree collision width-250 ° C and 400 ° C. show give the lamps according to the invention

Wenn das Wismuthalogenid verdampft ist und sich mit einem sehr guten Wirkungsgrad photochemisch dadurch in dem Entladungsgefäß ein gewisser Par- besonders wirksame Strahlung sehr hoher Intensität tialdruck aufgebaut hat, wie es bereits beschrieben 15 ab.When the bismuth halide has evaporated and is photochemically with a very good efficiency as a result, a certain amount of particularly effective radiation of very high intensity in the discharge vessel tialdruck has built up, as already described 15 from.

wurde, treten die Wismuthalogenidmoleküle in die Aus dem eben gesagten geht hervor, daß die Funk-the bismuth halide molecules enter the

Säule der Bogenentladung ein und werden dissoziiert, tion der erfindungsgemäßen Dampfentladungslampe so daß Wismut im atomaren Zustand entsteht. Dieses für photochemische Zwecke auf einer Kombination Wismut im atomaren Zustand wird angeregt, so daß bestimmter Merkmale beruht. Zu Beginn muß in dem anschließend Strahlungsübergänge möglich sind. Da- 20 Entladungsgefäß der Lampe eine ausreichende bei werden in dem photochemisch besonders wirk- Quecksilbermenge vorhanden sein, die nach der Versamen Spektralbereich die charakteristischen Wismut- dampfung auf einen Quecksilberdruck zwischen 0,5 linien emittiert. Einige wichtige Wismutlinien in die- und 5 Atmosphären führt. Dieser Quecksilberdruck sem Spektralgebiet liegen bei 2898 A, 2938 A, ist notwendig, um einen elektrischen Hochstrom-2989 A, 3024 A, 3068 A. 25 bogen hoher Temperatur hervorzurufen. WeiterhinColumn of the arc discharge and are dissociated, tion of the vapor discharge lamp according to the invention so that bismuth arises in the atomic state. This for photochemical purposes on a combination Bismuth in the atomic state is excited so that certain features are based. At the beginning must be in the then radiation transitions are possible. So that the lamp's discharge vessel is sufficient in the photochemically particularly effective amount of mercury will be present after the seeding Spectral range the characteristic bismuth vaporization to a mercury pressure between 0.5 lines emitted. Some important bismuth lines lead into the- and 5 atmospheres. That mercury pressure This spectral range is 2898 A, 2938 A, is necessary to use a high-current electrical 2989 A, 3024 A, 3068 A. 25 high temperature arcs. Farther

Das reine Linienemissionsspektrum der angeregten muß im Entladungsgefäß der Lampe soviel Wismut-Wismutatome stellt sich als eine Anzahl sehr halogenid — vorzugsweise Wismuttrichlorid — vorschmaler Spektrallinien dar. Theoretisch wäre dieses handen sein, daß sich unter dem Einfluß der elek-Linienspektrum bereits für photochemische Zwecke taschen Bogenentladung im Quecksilberdampf ein durchaus brauchbar. Praktisch gesehen enthält dieses 30 Wismuthalogenid-Partialdruck zwischen 10 und Linienspektrum jedoch zu wenig Energie, um es für 200 Torr einstellt. Außerdem muß das Entladungsphotochemische Zwecke sinnvoll ausnutzen zu kön- gefäß so ausgebildet sein, daß die kälteste Stelle nen. Hier zeigt sich nun der Vorteil der Maßnahme, innerhalb des Entladungsgefäßes vom Lichtbogen auf das atomare Wismut, das unter einem niedrigen Par- einer Temperatur gehalten wird, die zur Ausbildung tialdruck steht, mit dem Quecksilber, das unter einem 35 des gewünschten Wismuthalogenid-Partialdruckes mittleren Druck steht, in dem Entladungsgefäß 3 ausreicht.The pure line emission spectrum of the excited must have as many bismuth-bismuth atoms in the discharge vessel of the lamp turns out to be a number of very halide - preferably bismuth trichloride - more narrow Spectral lines represent. Theoretically, this would be handled under the influence of the elek-line spectrum already for photochemical purposes pockets arc discharge in mercury vapor quite useful. In practical terms, this contains 30 bismuth halide partial pressures between 10 and Line spectrum, however, not enough energy to set it for 200 Torr. In addition, the discharge must be photochemical To be able to use the purposes sensibly, the vessel can be designed in such a way that the coldest point nen. This shows the advantage of the measure within the discharge vessel from the arc the atomic bismuth, which is kept below a low par- a temperature necessary for formation tialdruck is, with the mercury, which is under a 35 of the desired bismuth halide partial pressure Medium pressure is in the discharge vessel 3 is sufficient.

miteinander zu kombinieren. Es ist zwar nicht sinn- Als Folge dieser Bedingungen dissoziiert das Wis-to combine with each other. Although it does not make sense- As a result of these conditions, science dissociates

voll, die schmalen Wismutspektrallinien für sich muthalogenid, so daß Wismutatome entstehen, die allein für photochemische Zwecke auszunutzen, da angeregt werden und das charakteristische Wismutihr Hnergieinhalt zu gering ist. In Anwesenheit des 40 Linienspektrum ausstrahlen. Gleichzeitig muß der Quecksilberdampfes findet jedoch eine Stoßverbreite- Quecksilberdampfdruck innerhalb des Entladungsrung der Wismutlinien statt, die durch Stöße zwi- gefäßes so hoch sein, daß die Wismutlinien durch sehen den angeregten Wismutatomen und den Queck- Stoßverbreiterung verbreitert werden, um die gesilberatomen bedingt ist. Durch diese Stoßverbreite- samte Intensität der Wismutstrahlung zu erhöhen, rung werden die Spektrallinien, die von den ange- 45 Der Quecksilberdampfdruck darf aber nicht so groß regten Wismulalomcn emittiert werden, erheblich sein, daß das Halogenid aufgezehrt wird. Der Queckbreiter. Wenn man den Energicinhalt einer be- Silberdampfdruck im Entladungsgefäß muß jedoch stimmten Spektrallinie berechnet, so zeigt sich, daß so groß sein, daß im photochemisch wirksamen Spekdicse Knergie im wesentlichen gleich der Fläche tralbereich Quecksilberlinien in ausreichender Intenunterhalb der Kurve ist, durch die die Spektrallinie 50 sität emittiert werden können. Man sieht also, daß dargestellt wird. Unter ler Voraussetzung, daß die eine Stoßverbreite^rung der Linien nicht stattfindet. Maximalamplitude einer solchen Spektrallinie nicht wenn im Entladungsgefäß außer Wismuthalogenid wesentlich abnimmt, ist daher der Encrgieinhalt einer keine anderen Stoffe vorhanden sind. Außerdem Spektrallinie um so größer, je breiter die Spektral- darf auch der Queeksilbcrdruck nicht zu niedrig sein, linie ist. So betrügt bcispieslweise die natürliche 55 Wenn nämlich der Quecksilberdruck so niedrig ist. Breite der Wismutspektrallinie etwa 0,05 A. Durch dnß sich an Stelle einer Bogenentladung nur eine Wechselwirkung mit Quecksilberdampf von einer Glimmentladung ausbilden kann, bleibt die Tempe-Almosphäre, wie sie in <lei crnndungsgcmaikn rutur zu niedrig, so daß das Wismuthalogenid nicht Lampe stattfindet, tritt eine Stoßverbreitcrung der verdampft werden kann, wie es in den crfindungs-Wismutlinicn auf, deren Breiten dann zwischen etwa 60 gemäßen Lampen notwendig ist. Kl A und 25 Λ liegen. Diese stoßvcrbreilertcn Linien, Wie bereits gesagt, macht man in der erfindungs-full, the narrow bismuth spectral lines mutually halide, so that bismuth atoms are formed which can only be used for photochemical purposes, since they are excited and the characteristic bismuth has too little energy. Radiate in the presence of the 40 line spectrum. At the same time, however, the mercury vapor must have a collision spread mercury vapor pressure within the discharge of the bismuth lines, which are so high due to collisions between the vessels that the bismuth lines are broadened by the excited bismuth atoms and the mercury collision broadening caused by the silver atoms. By increasing the overall intensity of the bismuth radiation as a result of this collision, the spectral lines emitted by the bismuth, which are excited but not so great, will be considerable that the halide is consumed. The quack broader. If one calculates the energy content of a certain spectral line, however, it must be so large that in the photochemically active spectrum the energy is essentially equal to the area of the mercury line in sufficient depth below the curve through which the spectral line 50 can be emitted. So you can see that it is being represented. Ler under assumption that a surge Spread ^r ung does not take place of the lines. The maximum amplitude of such a spectral line is not when there is a significant decrease in the discharge vessel apart from bismuth halide, so the energy content of no other substances is present. In addition, the broader the spectral line, the wider the spectral line, the Queekilbcrdruck must not be too low. For example, the natural cheats when the mercury pressure is so low. Width of the bismuth spectral line about 0.05 A. Because instead of an arc discharge, only an interaction with mercury vapor from a glow discharge can develop, the temperature atmosphere remains too low, as it is in the case of the breaking point, so that the bismuth halide does not take place in the lamp A collision broadening occurs which can be vaporized, as occurs in the bismuth lines, the width of which is then necessary between about 60 normal lamps. Kl A and 25 Λ lie. These butted lines, as already said, are made in the

die durch Wechselwirkung zwischen den Wismut- gemäßen Lampe von der Stoßverbreiterung der Spekuiul den Queeksilberatoinen zustande kommen, ent- Irallinicn Gebrauch. Der dazu erforderliche Dampllialten nun soviel Hnergie. daß sie neben den Qucck- druck im Entladungsgefäß 3 der Lampe nach I· i g. 1 Silberlinien im pholochcmisch wirksamen Spektral- «3 darf nber nicht so groß sein, daß /usät/liehe bei eich einen erheblichen llcitrng /ui pliotochcmiseh chemische Reaktionen /wischen dem WisniuUialowiiksiiukn Strahlung liefern. Tinige Quecksilber- genid und den· Quecksilberdampf auflielen und das linien in dem ersten plintodtjmisch besdiuleis wirk- Wismut im liniladungsgefitlA aufgezehrt wiul. Austhat by interaction between the bismuth-like lamp from the collision broadening of the Spekuiul The Queek Silver atoms come about, according to Irallinicn use. The damplialten required for this now so much energy. that in addition to the squeeze pressure in the discharge vessel 3 of the lamp according to I · i g. 1 Silver lines in the spectral region, which is effective in terms of color, must not, however, be so large that / usat / lend In the case of a significant change / ui pliotochcmiseh chemical reactions / between the wisniuUialowiiksiiukn Deliver radiation. Tinige mercury genide and the mercury vapor and that lines in the first Plintodtjmisch besdiuleis effective bismuth in the line charge vessel wiul. Out

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diesem Grunde liegt die obere Grenze für den Quecksilberdampfdruck erfindungsgemäß bei etwa 5 Atmosphären. Dieser Druck ist für eine genügende Stoßverbreiterung der Wismutspektrallinien ausreichend, so daß die Lichtausbeute der Lampe höher wird. Andererseits findet bei diesem Quecksilberdampfdruck noch keine nennenswerte Verarmung an Wismuthalogeiiid statt.for this reason, the upper limit for the mercury vapor pressure according to the invention is approximately 5 atmospheres. This pressure is sufficient for a sufficient collision broadening of the bismuth spectral lines, so that the light output of the lamp is higher. On the other hand, there is mercury vapor pressure at this no appreciable depletion of bismuth halide has yet taken place.

Es wurde eine erfindungsgemäße Dampfentladungslampe für photochemische Zwecke hergestellt, die ähnlich wie eine Quecksilberdampflampe von 400 Watt aufgebaut war. Der Außendurchmesser des Entladungsgefäßes betrug 20 mm, der Innendurchmesser 18 mm. In dem Entladungsgefäß waren im Abstand von 5 cm zwei Elektroden angeordnet, die als Doppelwendeln aus thoriertem Wolframdraht ausgebildet waren. Das Entladungsgefäß enthielt etwa 50 mg Quecksilber, etwa 50 mg Wismuttrichlorid und 18 Torr Argon als Zündgas. Während des Betriebes bildete sich eine Bogenentladung mit einem Spannungsabfall von 60 Volt und einem Strom von 3,2 Ampere aus. Das Licht des Quecksilberspektrums innerhalb des photochemisch besonders wirksamen Spektralbereiches wurde durch stark verbreiterte Wismutlinien ergänzt, die etwa bei folgenden Wellenlänpen auftraten: 2898 A, 2938 A, 2989 A, 3024 A und 3068 A. Die erfindungsgemäße Lampe gab dabei in dem ersten photochemisch besonders wirksamen Spektralbereich zwischen 2800 A und 3200A doppelt soviel Licht wie eine Quecksilberlampe üblicher Bauart für photochemische Zwecke ab, die mit der gleichen elektrischen Leistung betrieben wurde.A vapor discharge lamp according to the invention for photochemical purposes was produced, which was constructed similar to a mercury vapor lamp of 400 watts. The outside diameter of the discharge vessel was 20 mm, the internal diameter 18 mm. Were in the discharge vessel two electrodes arranged as double coils made of thoriated tungsten wire at a distance of 5 cm were trained. The discharge vessel contained about 50 mg of mercury and about 50 mg of bismuth trichloride and 18 Torr argon as ignition gas. An arc discharge was also formed during operation a voltage drop of 60 volts and a current of 3.2 amps. The light of the mercury spectrum within the photochemically particularly effective spectral range was greatly broadened by Bismuth lines added, which appeared at the following wavelengths: 2898 A, 2938 A, 2989 A, 3024 A and 3068 A. The lamp according to the invention was particularly photochemical in the first effective spectral range between 2800 A and 3200A twice as much light as a mercury lamp conventional design for photochemical purposes, which operated with the same electrical power would.

Claims

Claims: 35

1. Vapor discharge lamp for photochemical purposes with a UV radiation permeable Discharge vessel in which two electrodes are arranged and one with mercury filling and contains such an amount of an ignition gas that can be ionized by applying the operating voltage, that the mercury evaporates and after the evaporation of the mercury a Arc discharge forms, through which the inner wall of the discharge vessel to the operating temperature is heated up, thereby

indicates that the mercury filling is dimensioned so that after evaporation a mercury partial pressure of 0.5 to 5 atmospheres arises and the discharge vessel continues to have such an amount of bismuth halide, except Bismuth fluoride, that contains a halide partial pressure at the operating temperature from 10 to 200 Torr arises, so that the bismuth halide dissociated in the arc and the characteristic lines of the atomic bismuth spectrum in the photochemically effective spectral range emitted and the lines of the atomic bismuth spectrum due to the selected amount of mercury are shock-widened without a significant depletion of bismuth halide occurs.

2. Vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the bismuth halide Bismuth trichloryJ is.

3. Vapor discharge lamp according to claim 1, characterized by a particularly strong one Light emission in the spectral range between 2800 and 3200 A.

4. Vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the temperature of the coldest point on the inner wall of the discharge vessel is between 250 and 450 ° C.

5. Vapor discharge lamp according to claim 4, characterized in that the bismuth halide Bismuth trichloride and that the temperature of the coldest point is between 250 and 400 ° C amounts to.

6. Vapor discharge lamp according to claim 4, characterized in that the bismuth halide Bismuth triiodide is and that the temperature of the coldest point of the discharge vessel between 300 and 450 ° C.

7. Vapor discharge lamp according to claim 4, characterized in that the bismuth halide Bismuth tribromide and that the temperature of the coldest point is between 275 and 425 C. located.

8. Vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the amount of bismuth halide is so great that the halide partial pressure is between 25 and 50 Torr under operating conditions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings