DE3312398C2 - Hochdruck-Entladungslampe zur Erzeugung ultravioletter Strahlung - Google Patents

Abstract

Ultraviolette Lichtquelle hoher Intensität mit einer Bogenentladungsröhre mit einem Paar von Elektroden. Die Bogenentladungsröhre ist mit bestimmten Mengen an Quecksilber, Tantalhalogen und Edelgas gefüllt und mit einer Röhrenladung von mindestens 13 Watt/cm ↑2 versehen.

Description

tionellen Deuteriumlampe aufweist, muß die Lampe eine höhere Strahlungsdichte im Wellenlängenbereich von 225 bis 230 tun als die Strahlungsdichte der Deuteriumlampe aufweisen. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn die Wandbelastung 13 W/cm² oder mehr beträgt, wie aus F i g. 2 hervorgeht.

Weitere Experimente mit ultravioletten Lichtquellen hoher Intensität mit Wandbelastungen von 13 W/cm² oder mehr führsn zu den folgenden Tatsachen. Die Strahlung der Tantalhalogenidmoleküle kann erhöht werden durch Erhöhung des Verhältnisses der Tantalhalogenidmenge und der in die Lampe eingefüllten Quecksflbermenge. Dies verursacht jedoch einen Temperaturabfall im Entladungsplasma, wodurch sich umgekehrt eine schwächere Strahlung der Hg2-Moleküle im Spektrum unterhalb von 245 mn ergibt. Es wurden verschiedene Lampen, die mit TaJ₅, Hg und Ar unter 3333 Pa gefüllt wurden, hergestellt Ihre Strahlungsdichte der Taj5- und HgrMoleküle wurde für Lampen mit verschiedenen Mol Verhältnissen von TaJs zu Hg gemessen. In Fig.3 ist das Meßergebnis dargestellt, wobei eine Kurve dale relative Strahlungsdichte der'JaJ₅-Moleküle bei 340 nm und eine Kurve e die relative Strahlungsdichte der HgrMoleküle bei 220 nm mit einer Wandbelastung von 46W/cm₂ zeigt Aus Fig.3 geht hervor, daß im Bereich des Molverhältnisses unter 20 Prozent die Strahlung der Hgz-Moleküle (Kurve e) eine ausreichende Strahlungsdichte aufweist, um eine ultraviolette Lichtquelle hoher Intensität mit einem kontinuierlichen Spektrum für einen Wellenlängenbereich von 190 bis 450 nm zu verwirklichen.

Weitere Experimente führten zu den nachfolgenden Tatsachen. Tantalhalogenid hat einen hohen Sättigungsdampfdruck; TaJ₅ hat z. B. einen Sättigungsdampfdruck von ungefähr 2666 Pa bei 300⁰C Mit diesem hohen Sättigungsdampfdrack kann eine ausreichende Tajs-Strahlung erzielt werden. Andererseits ist die Lebensdauer der Metallhalogenidlampe um so größer, je kleiner die Temperatur der Entladungslampe ist Eine Lampe mit Tantalhalogenid kann daher eine langlebige Lichtquelle mit einem ausreichend hohen Dampfdruck sein, wenn der kälteste Punkt auf einer Temperatur unterhalb von 600° C gehalten wird.

Unter Bezugnahme auf Fig.4 wird nunmehr eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Haupteiektroden 2 und 2' aus Wolfram sind an zwei Punkten in die Entladungslampe 1 eingeschmolzen, welche aus Quarzglas oder dergleichen zur Übertragung ultravioletter Strahlung besteht Die Wolframhauptelektroden 2 und 2' sind jeweils über Molybdänplätt- chen 3 und 3' mit Zuleitungsdrähten 4 und 4' aus Molybdän verbunden. Die Entladungslampe 1 wird mit Füllmaterial 5 und Argongas, wie weiter unten beschrieben wird, gefüllt Bei einigen Anwendungen ist die Entladungslampe 1 innerhalb eines Außenkolbens befestigt, dessen Wand mindestens teilweise ultraviolette Strahlung durchläßt, um die Entladung zu stabilisieren. Meistens wird in diesem Fall der Außenkolben auf ein Vakuum leergepumpt.

Die Entladungslampe 1 wird mit 2 mg/cm³ TaJ₅,6 mg/ cm³ Hg und Argon unter 3333 Pa gefüllt. TaJ₅ kann derart eingefüllt werden, daß Tantal und HgJs in die Lampe 1 eingefüllt werden, so daß sie zur Bildung von TaJ₅ reagieren. Die Entladungslampe 1 wurde leistungsmäßig mit einer Waniibelastung von 13 Watt/cm² oder es mehr versorgt und es wurde eine ultraviolette Lichtquelle hoher Intensität mil einer ausreichenden hohen Strahlungsdichte für Wellenlängen im Bereich von 190 bis 450 nm erzielt

Es wird angemerkt, daß eine Hilfselektrode zu de» Hauptelektroden 2 und 2' für leichte Entladungszündung oder andere Zwecke hinzugefügt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung Patentansprüche: beschrieben. Darin zeigt F i g. 1 eine grafische Darstellung der relativen Strah-

1. Hochdruck-Entladungslampe zur Erzeugung ul- lungsdichte gegenüber der Wellenlänge für verschiedetravioletter Strahlung hoher Intensität mit einer Fül- 5 ne Wandbelastungen als Parameter,

lung aus Quecksilber, Tantalhalogenid und Edelgas, F i g. 2 eine grafische Darstellung der relativen Strah-

dadurch gekennzeichnet, daß die Wand- lungsdichte der Strahlung der Moleküle und Atome ge-

belastung mindestens 13 Watt/cm² beträgt und das genüber der Wandbelastung,

Molverhältnis der Menge an Tantalhalogenid zu der F i g. 3 eine grafische Darstellung der relativen Strah-

Menge an Quecksilber kleiner oder gleich 20% ist io lungsdichte der Strahlung der Moleküle gegenüber dem

2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, Molverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung, und dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Fig.4 einen Querschnitt des Aufbaus einer Hochkältesten Stelle unter 600° C liegt druck-Entladungslampe.

Zunächst wird das Prinzip der vorliegenden Erfin-

15 dung beschrieben. In der Beschreibung wird der Begriff

»Wandbelastung« als gesamte Entladungsleistung geteilt durch den inneren Oberflächenbereich der Entla-

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck- dungslampe in der Nachbarschaft der Entladung defi-Entladungslampe zur Erzeugung ultravioletter Strah- niert Für eine zylindrische Entladungslampe ist die lung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z. B. 20 Wandbelastung bestimmt durch P/2 π R, wobei P die aus den JP-OS 52-45 391 und 52-45 390 bekannt ist Leistung in Watt/cm für die Einheitsiänge der Entia-

Eine der weit verbreitesten ultravioletten Lichtquel- dung zwischen den Elektroden und R der Innenradius in len in physikalischen und chemischen Geräten ist die Zentimeter der Entladungslampe ist
Deuteriumlampe. Physikalische und chemische Geräte Bei der Metallhalogenidlampe ist es üblich, Quecksil-

haben eine Empfindlichkeitsgrenze, weiche von der 25 ber zu den in die Röhre gefüllten Bestandteilen hinzuzu-Strahlungsdichte der Lichtquelle abhängt Neuerdings fügen, um Strahlungseffizienz zu gewinnen oder um die werden für Ultrafeinanalysen ultraviolette Lichtquellen gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erreichen, mit hoher Strahlungsdichte gefordert Um diesen Anfor- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Metallhaloderungen zu genügen, ist anstelle der Deuteriumlampe genidlampe geschaffen worden mit zwei Hauptelektroals ultraviolette Lichtquelle hoher Strahlungsdichte eine 30 den aus Wolfram, welche mit 2 mg/cm³ TaJ₅, 6 mg/cm³ Metallhalogenidlampe vorgeschlagen worden, welche Hg und Argon unter 3333 Pa gefüllt wird. In F i g. 1 ist mit Tantaihaiogenid und Quecksßher gefüllt ist, wie dies das Meßergebnis der Strahlungsdichte der Lampe gein den JP-OS 52-45 391 und 52-45 390 offenbart ist Die- zeigt In der grafischen Darstellung der F i g. 1 sind die se bekannte Lampe hat ein kontinuierliches Spektrum Relativwerte der Strahlungsdichte für jede Wellenlänim Wellenlängenbereich von 220 bis 450 nm. Hierbei 35 ge, wobei die Strahlungsdichte der konventionellen wird lediglich auf die Strahlungsdichte der Tantalhalo- Deuteriumlampe mit 1 angesetzt worden ist, auf der genid-Moleküle abgestellt wobei das Quecksilber ledig- Ordinate für verschiedene Wandbelastungen als Paralich zur Einstellung elektrischer Eigenschaften der Ent- meter aufgetragen. Die Spektra für Wellenlängen oberladungslampe hinzugefügt wird. Bei kleineren Wellen- halb von 245 nm werden durch Überlagerung der Strahlängen unterhalb von 245 nm hat die Lampe eine niedri- 40 lung der Quecksilberatome mit der Strahlung der ge Strahlungsdichte. Sie kann für die Messung bei kür- Tajs-Moleküle gebildet Sie haben eine ausreichende zeren Wellenlängen unterhalb von 245 nm nicht benutz* Strahlungsdichte. Die kontinuierlichen Spektra für WeI-werden. Wenn z. B. ein Spektralfotometer zum Messen lenlängen unterhalb von 245 nm werden hingegen durch von Zucker oder organischen Säuren benutzt wird, wel- die Strahlung der Hg2-Moleküle gebildet Es wurde geche kein Licht im nahen ultravioletten Bereich absorbie- 45 funden, daß durch Erhöhung der Wandbelastung (W/ ren, müssen sie in Wellenlängen um 210 nm herum oder cm³) die Strahlung der Hg2-Moleküle eine ausreichend kleineren Wellenlängen gemessen werden. Hierbei effektive Strahlungsdichte haben kann, wie in F i g. 1 kann die bekannte Tantalhalogenidlampe nicht benutzt gezeigt ist Die Strahlung der Hg2-Moleküle erhöht sich werden. erheblich, wenn die Wandbelastung vergrößert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar- 50 Diese Eigenschaft ist in F i g. 2 gezeigt, in welcher eine in, eine Hochdruck-Entladungslampe zur Erzeugung ul- Kurve a die Strahlungsdichte der Strahlung der travioletter Strahlung hoher Intensität mit einer Füllung Hg₂-Moleküle für den Bereich von 225 bis 230 nm, eine aus Quecksilber, Tantalhalogenid und Edelgas zu schaf- Kurve b die Strahlungsdichte der Strahlung der fen, welche eine hohe Strahlungsdichte im breiten ultra- Tajs-Moleküle für den Bereich von 320 bis 325 nm und violetten Bereich aufweist 55 eine Kurve c die Strahlungsdichte der Strahlung haupt-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine sächlich der Hg-Atome für den Bereich von 280 bis Hochdruck-Entladungslampe gemäß Anspruch 1 gelöst 285 nm zeigt, wobei jede Strahlungsdichte in Relation Die erfindungsgemäße Hochdruck-Entladungslampe zur Strahlungsdichte der Deuteriumlampe dargestellt verursacht eine wirksame Strahlung der Quecksilber- ist. Aus Fig.2 geht hervor, daß die Strahlung der moleküle im Wellenlängenbereich von ungefähr 190 bis 60 Hg2· Moleküle (Kurve a) scharf ansteigt, wenn die 245 nm und schafft demzufolge eine ultraviolette Licht- Wandbelastung erhöht wird, im Vergleich zur Strahlung quelle hoher Strahlungsdichte über einen breiten WeI- der TaJ₅-Moleküle (Kurve b) und der Strahlung der Hglenlängenbereich, welcher Wellenlängen von 190 bis Atome (Kurve c). Daher ist der entscheidenste Faktor 450 nm abdeckt. Im Vergleich zur Deuteriumlampe zur Erzielung einer Lichtquelle mit einem kontinuierliweist die erfindungsgemäße Hochdruck-Entladungs- 65 chen Spektrum mit ausreichend hoher Intensität im lampe eine große Lebensdauer und wirtschaftliche Vor- Wellenlängenbereich über 190 nm die Festlegung des teile auf. Wandbelastungswertes. Damit eine Lampe eine höhere

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Strahlungsdichte als die Strahlungsdichte der konven-