JP5048513B2 - 水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物およびそれを組み込む放射線源 - Google Patents
水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物およびそれを組み込む放射線源 Download PDFInfo
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Description
本発明は、一般に、励起された場合に放射線を放出できる水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物に関する。特に、本発明は、励起された場合に放射線を放出できるイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む放射線源に関する。
イオン化性組成物が、放電源において使用される。放電放射線源において、放射線は、媒体中での放電によって生成される。放電媒体は、通常、ガス相または蒸気相の状態にあり、好ましくは、ハウジングから、発生した放射線を透過させることができるハウジング内に収容される。放電媒体は、通常、媒体の両端に設置された電極の対にわたって電圧を印加することによってイオン化される。放射線の発生は、ガス放電状態で起こり、そのとき、電子およびイオンなどの高エネルギーの荷電粒子が、放電媒体内のガス原子または分子と衝突し、原子および分子が、イオン化または励起させられる。励起エネルギーのかなりの部分は、これらの原子および分子が、低いエネルギー状態に緩和するときに、放射線に変換され、このプロセス中に、放射線が放出される。
ガス放電放射線源が、入手可能であり、内圧の範囲で動作する。圧力範囲の一方の端部において、放出の原因となる化学種が、非常にわずかな量で存在し、数百パスカル以下の、動作中の圧力を発生する。放射する化学種は、時々、総圧の０．１％ほどの少量を構成する場合がある。
圧力範囲の下方端の総動作圧を有し、少なくとも部分的に、蛍光体コーティングを含むＵＶスペクトル範囲で放射するガス放電放射線源は、ＵＶ放射線を可視放射線に変換することができ、蛍光源と呼ばれることが多い。蛍光体はまた、蛍光源のカラー特性を決定するのに役立つ。所望のカラー外観を生成するのに、蛍光体の混合物が、通常、使用される。
高強度放電源を含む他のガス放電源は、比較的高い圧力（約０．０５ＭＰａ〜約２０ＭＰａ）で、かつ、比較的高い温度（約６００℃より高温）で動作する。これらの放電源は、通常、外側外囲器内に閉囲された内側アーク管を収容する。
多くの一般に使用される放電放射線源は、イオン化性組成物の成分として水銀を収容する。こうした水銀含有放射線源の廃棄は、環境に対して有害である可能性がある。
米国特許第３，７６４，８４３号
米国特許第４，００１，６２６号
米国特許第４，１５７，４８５号
米国特許第４，３６０，７５６号
米国特許第４，３８７，３１９号
米国特許第４，４３９，７１１号
米国特許第４，９２４，１４２号
米国特許第５，１９２，８９１号
米国特許第５，４８１，１５９号
米国特許第５，７９８，６１２号
米国特許第６，１３７，２３０号
米国特許第６，２１８，７８１号
米国特許出願公開第２００２／００４７５２５号
米国特許第６，３８０，６７５号
米国特許出願公開第２００３／０００１５０５号
米国特許第６，５３８，３７８号
米国特許第６，６０３，２６７号
米国特許出願公開第２００３／０１７８９４２号
米国特許出願公開第２００３／０１８４２３１号
米国特許出願公開第２００３／０２０９９８７号
米国特許出願公開第２００３／０２１４２３４号
米国特許第６，７３４，６３０号
米国特許第６，７５６，７２１号
したがって、放射線源において使用することができる、放射線を放出できる水銀非含有の放電組成物を提供することが望ましい。
一般に、本発明は、励起されると、放射線を放出できるイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物、および、こうした組成物のうちの１つを組み込む放射線源を提供する。
本発明の一態様では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属を含む。組成物は、励起された場合に約１×１０３Ｐａ未満の全蒸気圧を生じる不活性バッファガスを除く。
本発明の別の態様では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属を含み、但し、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａは存在しない。
本発明のさらに別の態様では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属と、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される第２金属の少なくとも１つの化合物とを含み、但し、Ｓｅが存在するときに、Ｇｅは存在せず、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａならびにそのハロゲン化物は存在しない。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。
別の態様では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される金属の少なくとも１つの化合物を含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。
別の態様では、本発明は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属を含むイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む放射線源を提供する。動作中の放射線源内の金属の蒸気圧は、約１×１０３Ｐａ未満である。
さらなる態様では、本発明は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属を含み、但し、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａは存在しない、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む放射線源を提供する。
本発明のさらに別の態様では、放射線源は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属と、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される第２金属の少なくとも１つの化合物とを含み、但し、Ｓｅが存在するときに、Ｇｅは存在せず、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａならびにそのハロゲン化物は存在しない、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。
本発明のさらに別の態様では、放射線源は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される金属の少なくとも１つの化合物を含むイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。
本発明のこれらの、また、他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して、以下の詳細な説明が読まれるときに、よりよく理解されるであろう。図面では、同じ指標は、図面全体を通して同じ部品を表す。
本発明の一実施形態では、本発明のイオン性で水銀非含有の組成物は、不活性バッファガスと、このような組成物を含む放射線源の動作中の金属の蒸気圧が、約１×１０３Ｐａ未満となるような総量で、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属を含む。動作中の金属の蒸気圧は、好ましくは、約１００Ｐａ未満であり、より好ましくは、約１０Ｐａ未満である。金属は、好ましくは、Ｇａ、Ｍｎ、およびその組合せからなる群から選択され、より好ましくは、金属は、Ｇａである。
さらなる実施形態では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、さらに、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第２金属の少なくとも１つの化合物を含む。この化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。イオン化性組成物は、励起された場合に約１×１０３Ｐａ未満、好ましくは、約１００Ｐａ未満、より好ましくは、約１０Ｐａ未満の全蒸気圧を生じる不活性バッファガスを除く。第２金属は、好ましくは、Ｇａ、Ｍｎ、およびその組合せからなる群から選択され、より好ましくは、第１および第２金属はＧａである。一実施形態では、第１および第２金属は同じである。別の実施形態では、第１および第２金属は異なる。さらなる実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化物である。一実施形態では、ハロゲン化物は、ヨウ化物である。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明の第２の実施形態では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含み、但し、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａは存在しない。金属は、好ましくは、Ｇａ、Ｍｎ、およびその組合せからなる群から選択され、より好ましくは、金属は、Ｇａである。
さらなる実施形態では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、さらに、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、およびＯｓからなる群から選択される前記少なくとも１つの第２金属の少なくとも１つの化合物を含む。化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。別の実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化物である。一実施形態では、ハロゲン化物は、ヨウ化物である。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明の第３の実施形態では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属と、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される第２金属の少なくとも１つの化合物とを含み、但し、Ｓｅが存在するときに、Ｇｅは存在せず、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａならびにそのハロゲン化物は存在しない。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物（但し、Ｓｅが存在するときに、Ｇｅは存在しない）、およびその組合せからなる群から選択される。一実施形態では、第１および第２金属は同じである。別の実施形態では、第１金属および第２金属は異なる。さらなる実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化物である。一実施形態では、ハロゲン化物は、ヨウ化物である。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明の第４の実施形態では、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される金属の少なくとも１つの化合物と含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。一実施形態では、金属化合物は、ヨウ化ガリウムである。別の実施形態では、金属化合物は、ヨウ化ビスマスである。
本発明の別の実施形態では、放射線源は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含むイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。金属は、放射線源の動作中の前記少なくとも１つの金属の蒸気圧が、約１×１０３Ｐａ未満であり、好ましくは、１００Ｐａより小さく、より好ましくは、１０Ｐａより小さくなるような量で存在する。
本発明のさらなる実施形態では、放射線源のイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、さらに、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第２金属の少なくとも１つの化合物を含む。化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。イオン化性組成物は、励起された場合に約１×１０３Ｐａ未満、好ましくは、約１００Ｐａ未満、より好ましくは、約１０Ｐａ未満の全蒸気圧を生じる不活性バッファガスを除く。第２金属は、好ましくは、Ｇａ、Ｍｎ、およびその組合せからなる群から選択され、より好ましくは、第１および第２金属はＧａである。一実施形態では、第１および第２金属は同じである。別の実施形態では、第１金属および第２金属は異なる。さらなる実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化物である。一実施形態では、ハロゲン化物は、ヨウ化物である。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明のさらなる実施形態では、放射線源は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含み、但し、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａは存在しない、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。
本発明のさらなる実施形態では、放射線源のイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物は、さらに、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、およびＯｓからなる群から選択される前記少なくとも１つの第２金属の少なくとも１つの化合物を含む。化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。別の実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化物である。一実施形態では、ハロゲン化物は、ヨウ化物である。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明のさらに別の実施形態では、放射線源は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの第１金属と、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される第２金属の少なくとも１つの化合物とを含み、但し、Ｓｅが存在するときに、Ｇｅは存在せず、ハロゲン化錫が存在するときに、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、およびＧａは存在しない、イオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。第１金属は、好ましくは、Ｇａ、Ｍｎ、およびその組合せからなる群から選択される。一実施形態では、第１および第２金属は同じである。別の実施形態では、第１金属および第２金属は異なる。好ましくは、第１金属および第２金属は、Ｇａである。１つの好ましい実施形態では、第１金属は、Ｇａであり、第２金属の化合物は、ハロゲン化ガリウムである。別の好ましい実施形態では、ハロゲン化ガリウムは、ヨウ化ガリウムである。別の実施形態では、ハロゲン化物は、臭化物である。
本発明のさらなる実施形態では、放射線源は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびその組合せからなる群から選択される金属の少なくとも１つの化合物とを含むイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。金属化合物は、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物、およびその組合せからなる群から選択される。一実施形態では、金属化合物は、ヨウ化ガリウムである。別の実施形態では、金属化合物は、ヨウ化ビスマスである。別の実施形態では、放射線源は、不活性バッファガスと、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、およびＯｓからなる群から選択される１つの金属の化合物とからなるイオン化性で水銀非含有、ナトリウム非含有の組成物を含む。さらに別の実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化ガリウム、好ましくは、ヨウ化ガリウムである。さらに別の実施形態では、金属化合物は、ハロゲン化ビスマス、好ましくは、ヨウ化ビスマスである。
一実施形態では、金属は、非励起状態において、元素金属として存在する。別の実施形態では、金属は、水銀またはナトリウム以外の少なくとも１つの別の金属との合金の成分として存在する。
本発明の一態様では、放射線源のイオン化性組成物の金属化合物は、ハロゲン化金属である。さらなる態様では、ハロゲン化金属は、ヨウ化金属である。別の態様では、ハロゲン化金属は、臭化金属である。一実施形態では、イオン化性組成物は、少なくとも２つの金属化合物を含む。
本発明のさらなる態様では、放射線源のイオン化性組成物の金属化合物は、ハロゲン化ガリウムである。別の態様では、ハロゲン化ガリウムは、ヨウ化ガリウムである。さらに別の態様では、ハロゲン化ガリウムは、臭化ガリウムである。
不活性バッファガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびその組合せからなる群から選択される不活性ガスを含む。不活性バッファガスは、ガス放電が、より容易に点火されることを可能にする。不活性バッファガスはまた、定常状態動作を制御し、放射線源の動作を最適化するのに使用されることができる。非制限的な例では、不活性バッファガスとして、アルゴンが使用される。アルゴンは、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、およびその組合せなどの、別の不活性ガスと、完全に、または、部分的に、置き換えられてもよい。
本発明の一態様では、動作温度における不活性ガスのガス圧は、約１Ｐａ〜約１×１０４Ｐａ、好ましくは、約１００Ｐａ〜約１×１０３Ｐａの範囲になる。
本発明の範囲内で、イオン化性組成物内に２つ以上のガリウム化合物を含むことによって、放射線源の効率が改善されてもよい。効率は、動作中に放電の内圧を最適化することによって、さらに改善されてもよい。こうした最適化は、金属および／または金属化合物の分圧を制御することによって、または、不活性バッファガスの圧力を制御することによって、または、金属および／または金属化合物の分圧ならびに不活性バッファガスの圧力を制御することによって実施されることができる。さらに、放電の動作温度を制御することによって、発光効率の増加を達成することができることを、出願人は発見した。ルーメン／ワットで表現される発光効率は、特定の可視波長範囲の放射線の輝度と放射線を発生するエネルギーとの比である。
図１は、ガス放電放射線源１０を概略的に示す。図１は、本発明のイオン化性組成物を収容する管状ハウジングまたは容器１４を示す。ハウジング１４を構成する金属は、透明または不透明であってよい。ハウジング１４は、円形または非円形断面を有してもよく、真っ直ぐである必要はない。一実施形態では、放電は、望ましくは、電圧源２０に接続された熱電子放出電極１６によって励起される。放電はまた、組成物にエネルギーを供給する他の励起方法によって発生されてもよい。交流または直流を含む種々の電圧および電流波形が、本発明について考えられることは、本発明の範囲内である。電子の熱電子放出について十分な温度に電極を維持するのに役立つために、さらなる電圧源が存在してもよいこともまた本発明の範囲内である。
図２は、ガス放電放射線源１０の別の実施形態を示す。ハウジングは、内側外囲器２４と外側外囲器２６を備える。２つの外囲器の間の空間は、真空にされるか、または、ガスを充填される。
あるいは、ガス放電放射線源ハウジングは、図３に示すように、外側外囲器またはバルブ２６によって囲まれる複数の湾曲管または内側外囲器２４であるように具体化されてもよい。
イオン化性組成物を収容する放射線源のハウジングまたは外囲器は、好ましくは、実質的に透明な材料タイプで作られる。用語「実質的に透明な」は、ハウジングまたは外囲器の表面上の任意の地点において引かれた接線に対する垂線から約１０°以内の入射放射線の、少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも、約７５％、より好ましくは、少なくとも約９０％の総透過を可能にすることを意味する。
本発明の範囲内で、蛍光体は、放電によって放出された放射線を吸収し、可視波長領域の他の放射線を放出するのに使用されてもよい。一実施形態では、蛍光体または蛍光体の組合せは、放射線源外囲器の内側に塗布されてもよい。あるいは、外囲器が、放電によって放出される放射線のかなりの量を吸収するいずれの材料でも作られていない場合には、蛍光体または蛍光体の組合せは、放射線源外囲器の外側に塗布されてもよい。この実施形態についての適した材料は、ＵＶスペクトル範囲においてほとんど放射線を吸収しない石英である。
イオン化性組成物を収容するハウジングが、内側外囲器および外側外囲器を有する放射線源の一実施形態では、蛍光体は、内側外囲器の外側表面および／または外側外囲器の内側表面上にコーティングされてもよい。
蛍光体の化学組成物は、放出される放射線スペクトルを決定する。蛍光体として適切に使用することができる材料は、放電によって発生する放射線の少なくともある部分を吸収し、別の適した波長範囲の放射線を放出する。たとえば、蛍光体は、ＵＶ範囲の放射線を吸収し、赤、青、および緑波長範囲内などの、可視波長範囲内で放出し、高い蛍光量子収率を達成することを可能にする。
非制限的な例では、ガリウムおよびヨウ化ガリウムを含むガス放電放射線源の場合、放射出力は、図４に示すように、約２９４ナノメートル、約４０３ナノメートル、および約４１７ナノメートルにおけるスペクトル遷移によって左右される。これらの波長のうちの少なくとも１つの波長を有する放射線を変換する蛍光体が使用される。
さらなる非制限的な例では、ヨウ化ビスマスを含むガス放電放射線源の場合、放射線出力は、図５に示すように、約２９９ナノメートル、３０２ナノメートル、３０６ナノメートル、および４７２ナノメートルにおけるスペクトル遷移によって左右される。
本発明の範囲内で、青波長範囲における光を発生するのに使用されてもよい、蛍光体の非制限的な例は、ＳＥＣＡ／ＢＥＣＡ；ＳＰＰ：Ｅｕ；Ｓｒ（Ｐ，Ｂ）Ｏ：Ｅｕ；Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ；ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ；ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ；Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ；（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ；Ｓｒ４Ｓｉ３Ｏ８Ｃｌ２：Ｅｕ；ＭｇＷＯ４；ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｍｎ；ＹＶＯ４：Ｄｙ；（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｃｕ，（Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ；ＺｎＳ：Ａｇ；Ｂａ５ＳｉＯ４Ｃｌ６：Ｅｕ、およびその混合物である。
本発明の範囲内で、緑波長範囲における光を発生するのに使用されてもよい、蛍光体の非制限的な例は、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ；ＹＡｌＯ３：Ｃｅ，Ｔｂ；（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ；Ｔｂ３Ａｌ１５Ｏ１２：Ｃｅ ＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ；Ａｌ；ＺｎＳ：Ｃｕ；Ａｌ，ＹＢＯ３：Ｃｅ，Ｔｂ、およびその混合物である。
本発明の範囲内で、赤波長範囲における光を発生するのに使用されてもよい、蛍光体の非制限的な例は、Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ４：Ｅｕ，Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ４：Ｄｙ，Ｙ（Ｖ，Ｐ）Ｏ４：Ｉｎ，ＭｇＦＧｅ，Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｚｎ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ、およびその混合物である。
本発明の一態様では、放射線源は、ガス放電を発生し、維持する手段を装備する。ある実施形態では、放電を発生し、維持する手段は、放射線源ハウジングまたは外囲器の２つの地点に配設された電極、および、電極に電圧を供給する電圧源である。本発明の一態様では、電極は、ハウジング内に密閉される。別の態様では、放射線源は、無電極である。無電極放射線源の別の実施形態では、放電を発生し、維持する手段は、イオン化性組成物を収容する少なくとも１つの外囲器の外部または内部に存在する無線周波数エミッタである。
本発明のさらに別の実施形態では、イオン化性組成物は、高周波電界によって容量的に励起され、電極は、ガス放電容器の外部に設けられる。本発明のさらに別の実施形態では、イオン化性組成物は、高周波電界によって誘導的に励起される。
［実施例１］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約０．６ｍｇＧａと約８．２ｍｇＧａＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約１１０℃において入力電気パワーの約３０パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約８０ルーメン／ワットであると推定された。
［実施例２］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約３．０ｍｇＧａと約３．７ｍｇＧａＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約２２０℃において入力電気パワーの約３２パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約８０ルーメン／ワットであると推定された。
［実施例３］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約３．７ｍｇＢｉと約１．２ｍｇＢｉＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約３００℃において入力電気パワーの約２５パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約５５ルーメン／ワットであると推定された。
［実施例１］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約０．６ｍｇＧａと約８．２ｍｇＧａＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約１１０℃において入力電気パワーの約３０パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約８０ルーメン／ワットであると推定された。
［実施例２］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約３．０ｍｇＧａと約３．７ｍｇＧａＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約２２０℃において入力電気パワーの約３２パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約８０ルーメン／ワットであると推定された。
［実施例３］
ＵＶ−Ａ放射線に対して透明で、約３５ｃｍの長さと約２．５ｃｍの直径を有する円筒石英放電容器が設けられた。放電容器は、真空にされ、１回分の約３．７ｍｇＢｉと約１．２ｍｇＢｉＩ３とアルゴンが添加された。アルゴン圧は、室温で約２６７Ｐａであった。容器は、炉内に挿入され、約１３．５６ＭＨｚの励起周波数で外部銅電極を介して、パワーがガス媒体に容量的に結合した。放射放出および放射効率が測定された。紫外および可視出力パワーは、約３００℃において入力電気パワーの約２５パーセントであると推定された。紫外放射線が、適当な蛍光体混合物によって可視光に変換されるときに、発光効率は、約５５ルーメン／ワットであると推定された。
種々の実施形態が、本明細書で述べられたが、実施形態内での要素、変形、等価物、または改善の種々の組合せが、予測でき、当業者によって行われてもよく、また、添付の特許請求項で規定される本発明の範囲内に依然として入ることが、本明細書から理解されるであろう。
Claims (12)
- 内側外囲器（２４）と、
不活性バッファガスと、
ハロゲンと、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｚｒ及びこれらの組合せからなる群から選択される金属を含む水銀フリー及びナトリウムフリーのイオン化性組成物と、を含む放射線源であって、
前記不活性バッファガス以外の前記組成物が前記内側外囲器（２４）内で励起されたときに、放射線を放出でき、
前記不活性バッファガス以外の前記組成物が前記内側外囲器（２４）内で、励起時に１００Ｐａ未満の全蒸気圧が生じ、
前記金属と前記ハロゲンは、少なくともハロゲン化金属を形成し、
前記金属の少なくとも一部は、ハロゲンとの化合物ではない元素態金属として存在する、放射線源。 - 前記不活性バッファガス以外の前記組成物が、励起時に１０Ｐａ未満の全蒸気圧を生じる、請求項１記載の放射線源。
- 前記ハロゲン化金属がヨウ化金属である、請求項１または２に記載の放射線源。
- 前記ハロゲン化金属が臭化金属である、請求項１または２に記載の放射線源。
- Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ及びこれらの組合せからなる群から選択される１種以上の第２の金属の１種以上の化合物をさらに含んでおり、上記化合物が、ハロゲン化物、酸化物、カルコゲン化物、水酸化物、水素化物、有機金属化合物及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１乃至４のいずれかに記載の放射線源。
- 前記１種以上の第２の金属の前記１種以上の化合物がハロゲン化ガリウムである、請求項５記載の放射線源。
- 前記内側外囲器（２４）を収容する外側外囲器（２６）を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線源。
- 前記少なくとも１つの外囲器の内側表面に塗布された蛍光体コーティングをさらに備える、請求項７記載の放射線源。
- 前記少なくとも１つの外囲器の外側表面に塗布された蛍光体コーティングをさらに備える、請求項７記載の放射線源。
- 前記金属がＳｎ、Ｂｉ及びこれらの組合せからなる群から選択される金属である、請求項１乃至９のいずれかに記載の放射線源。
- 前記組成物が前記内側外囲器（２４）内で３００℃以下の動作温度で励起される、請求項１乃至１０のいずれかに記載の放射線源。
- 前記組成物が前記内側外囲器（２４）内で１１０〜３００℃の動作温度で励起される、請求項１１に記載の放射線源。
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