SE430836B - Anordning for alstring av ultraviolett stralning - Google Patents

Description

of7s11§1§1 30-7 tidig åldring av strålningskällan inträder.

Från tyska OS 2 515 607 är en högströms- kvicksilver- lågtryckslampa med tryckutjämningsrum känd, vid vilken anod- och katodelektroderna är anordnade efter varandra i en kolv, och varvid den ena av urladd- ningsrummets båda skänklar sträcker sig koaxiellt in'i kolven och genom den ringformigt utbildade anoden. Dylika lampor tjänar före- trädesvis som ultraviolettstrålningskällor exempelvis för sterili- sering av packningsmaterial. Vid den praktiska användningen av dessa lampor har det visat sig att det kan uppträda direkt genomtändning mellan katod och anod genom tryckut- jämningsrummet, och att därigenom i vissa fall hela lampan kan förstöras. Denna genomtändning beror på den för höga temperaturen hos tryckutjämningsrummet, vars form vid de kända lamporna huvud- sakligen bestäms av två kragformiga delar. Den höga temperaturen i tryckutjämningsrummet uppträder vid dessa lampor genom att detta rum upphettas genom katodens strålning. Dessutom sker en uppvärm- ning, genom urladdningens anodpelare.

Uppfinningen har till uppgift att ange en anordning av inlednings- vis angivet slag, med vilken vid enkelt konstruktivt utförande, särskilt vid våglängden 254 nm en hög strålningsintensitet och en likformig avstrålning över hela ytan uppnås, och som dessutom kän- netecknas av en lång livslängd och hög verkningsgrad. Vidare skall en genomtändning genom tryckutjämningsrummet undvikas och även därigenom den genomsnittliga livslängden hos dylika lampor ökas.

Denna uppgift har lösts genom den i huvudkravet definierade upp- finningen.

Genom lämplig inställning av ädelgastrycket uppnås en mycket hög strålningsintensitet, varvid vid växelströmsdrift dessutom p.g.a avsaknaden av elektroforetiska processer en likformig utstrålning över urladdningsrörets hela yta uppnås.

Det har vid växelströmsdrift visat sig särskilt lämpligt om båda elektroderna är ternmæmussivaoch med avseende på geometrin, upp- byggnaden och materialet i stor utsträckning identiska, varvid som elektroder utnyttjas 1 oxidkatoder, som framställts under 7811150-7 användning av nickelpulver och (Ba, Ca, Sr)-karbonat,eller en volfram- molybden- eller tantalsinterkropp och barium eller en sällsynt jord- metall innehållande dispenserkatoder. Båda de elektroder innehål- lande kolvarna är med avseende på sina geometriska dimensioner och sin materialsammansättning identiska och består av samma material som urladdningsröret. Därigenom är hela anordningen symmetrisk och kan framställas särskilt enkelt och framför allt utan användning av öwaxfingar bestäxfle aviflera sanmuæmälta glassobarned olika1nnddgnhrnr koefficient, nedan i korthet kallade flerglasövergångar.

Allmänt är det av särskild betydelse att urladdningsröret och kol- ven består av dopat kvartsglas, varvid dopningen är sådan att linjerna vid 185 och l94 nm nästan helt absorberas och linjen vid 254 nm transmitteras nästan förlustfritt. Därigenom undertrycks nästan fullständigt den genom de absorberade linjerna annars framkallade, icke önskvärda ozoniseringen av luften, medan däri- mot den genom den transmitterade linjen åstadkomna, önskade desin- ficeringen kan utnyttjas i full utsträckning.

Det är vidare allmänt viktigt att xenontrycket ligger mellan 0,04 och 0,1 torr, eftersom xenon just i detta tryckområde har liknande egenskaper som kvicksilver vid 55°C med avseende på urladdningsför- hållandet. Anordningen enligt uppfinningen kan då startas kallt och/eller utan stödkoppling och ytterst snabbt sättas i full drift.

Genom att urladdningsröret uppvisar ett blindtarmformigt, för upp- tagning av kvicksilvret avsett rörstycke, vars temperatur är reg- lerbar mellan 48 och 65°C, kan kvicksilvertrycket och därmed hela anordningen regleras särskilt lätt med avseende på den avgivna strålningsintensiteten.

Vid en föredragen utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är det fördelaktigt att välja dimensionerna så att urladdningsrörets inre diameter ligger mellan 8 och 15 mm, medan däremot diameter hos det blidtarmformiga rörstycket är 0,3- l Hgånger, och kolvens diameter l-4 gånger urladdningsrörets diameter, och att vidare urladdningsrörets längd ligger mellan 0,8 och 2 m, medan det blindtarmformiga rörstyckets längd är 0,005-0,1 av urladdnings- rörets längd och kolvens volym är 0,5-4 gånger urladdningsrörets volym. *7ä&1j1?1i5t)'-7 Vidare är det ytterst praktiskt att urladdningsröret uppvisar U-form eller veckad U-form,.dvs. minst fyra parallella meander- formigt förbundna rör.

Eftersom tryckutjämningsröret bortfaller vid växelströmsdrift är det även möjligt att urladdningsröret är rakt eller av sträckt form. En sålunda utformad anordning är särskilt billig och enkel att framställa. En avsevärd förenkling av framställningen och. därför även förbilligande av anordningen uppnås även därigenom att elektroderna är utförda ur kolven över små molybdenplattor, eftersom vid ett dylikt utförande av anordningen enligt uppfin- ningen de annars,nödvändiga flerglasövergângarna.

Av betydelse är det även vidare att vid utförandet med likströms- drift och tryckutjämning och efter varandra i koaxiellal«flxar æxmdmææ elektroder den i den andra kolven instickande ena kolven når åtminstone till katoden och omsluter denna sidledes.

Genom denna åtgärd uppnås två saker. För det första förläggs tryckutjämnïngsrurmet till huvuasakiig del i katoarmmnets' kalla zon och möjliggör därför en bättre kylning. För det andra möjlig- gör denna konstruktion ett i förhållandet till kända lampor läng- re tryckutjämningsrum (beträffande inflytandet av tryckutjämnings- rummets längd på genomtändningen, jfr. även schweiziska patent- skriften 578 250) . i På ritningarna visas utföringsexempel av uppfinningsföremålet _schematiskt.

Fig. l visar en anordning enligt uppfinningen för växelströmsdrift för alstring av ultraviolett strålning med ett U-formigt urladd- .ningsrör, fig. 2 visar en strömförsörjningen för anordningen enligt fig. 1 beskrivande, principiell kopplingsanordning, fig. 3 visar det relativa UV-utbytet I hos en anordning enligt ' \ fig. 1 i beroende av ädelgastrycket p, 73811150-7 fig. 4 visar en anordning enligt uppfinningen för likströmsdrift med tryckutjämning i delvy av kolven, samt fig. 5 visar en totalvy av anordningen enligt fig. 4.

I fig. l visas ett U-formigt höjt urladdningsrör l, vid vars båda ändar vardera en cylindrisk kolv 2 respektive 2' är anord- nad, i vilken vardera en elektrod 3 respektive 3' finnes, vilken har förbindelse utåt via genomföringar 4 respektive 4'. I mitten av urladdningsrörets l böjningsställe finnes ett blindtarmformigt rörstycke 5, vilket tjänar till upptagning av i figuren ej visat kvicksilver. Urladdningsröret l inklusive de båda kolvarna 2 och 2', liksom det blindtarmformiga rörstycket 5 består av kvarts- glas, vilket är så dopat att de ozonalstrande kvicksilverlinjerna 185 och 194 nm absorberas, medan den desinficerande linjen 254 nm släpps igenom praktiskt taget utan absorptionsförluster. Lämpligt glas är titandopat klartsglas, som saluförs av exempelvis firman Heraeus, Hanau (BRD) under beteckningen M 68, eller av firman “Quartz et Silice“ 8 rue d'Anjou, Paris, under beteckningen “Germisil". De elektriska genomföringarna 4, 4' är molybden- bleck, vilka är inpressade i kolvens 2, 2' kvartsglas. Med 6 betecknas en urladdningsröret berörande tråd, vilken efter till- försel av impulser på ca 20 kV åstadkommer tändning av det drift- färdiga urladdningsröret. Denna tråd kan samtidigt användas som urladdningsrörhållanordning.

Urladdningsröret l har närmelsevis runt tvärsnitt och har före- trädesvis en inre diameter av mellan 8 och 15 mm liksom en längd av mellan 0,8 och 2 m. De båda kolvarna 2, 2' har företrädesvis en innerdiameter, som är 1-4 gånger urladdningsrörets 1 inre dia- meter, och uppvisar en volym, som uppgår till 0,5-4 av urladdnings- rörets l volym. Det blindtarmformiga rörstycket 5 är företrädes- vis mellan 10 och 50 mm långt och uppvisar en inre diameter, vilken är 0,3 - 1 av urladdningsrörets l innerdiameter.

Elektrodernas 3, 3' form och uppbyggnad motsvarar i huvudsak formen och uppbyggnaden hos den termoenássiva katoden enligt DE-OS 2 433 577, särskilt med hänvisning till fig. 4 i denna. Därutöver har emellertid oxidkatoder framställda under användning av nickel- pulver och (Ba, Ca, Sr)- karbonat eller dispenserkatoder, som inne- ir7s+11so~7 håller en volfram-molybden- eller tantalsinterkropp och barium eller en sällsynt jordartsmetall, visat sig mycket lämpliga.

Strömförsörjningen för anordningen enligt uppfinningen framgår av kopplingsanordningen i fig. 2. vid denna anordning är en elektroduppvärmningstrafo ,T på primärsidan förbunden med en 220 V växelspänningskälla. En-del av sekundärlindningen tjänar till uppvärmning av elektroden 3, en annan del till uppvärmning av elektroden 3'. Parallellt med tvâ strömtilledningar för de båda elektroderna 3 och 3' är en tändkoppling ZS matad. Den elektroden 3 strömmatande ena sekundärlindningen hos transfor- matorn T är över en strömbegränsande drossel L och en ström- ställare S förbunden med spänningskällans ena pol, medan den andra sekundärlindningen hos transformatorn T, som strömmatar elektroden 3', är direkt ansluten till spänningskällans andra pol. Genom denna anordning kan anordningen drivas med enkla medel utan den annars vanliga användningen avflikriktare.

,Som fyllgaser används argqn, krypton och/eller xenon liksom kvicksilver, vilket-är anbringat-i överskott i flytande-form i det blindtarmformiga rörstycket 5. Kvicksilvertemperaturen och därmed kvicksilvertrycket inställs genom uppvärmning av _det blindtarmformiga rörstycket till temperaturer mellan 48 och 65°C. _Enligt fig. 3, där UV-utbytet hos anordningen enligt uppfinningen visas i våglängdsområdet 254 nm i beroende av ädelgastrycket hos den använda fyllgasen i torr, ser man att UV-utbytet hos UV-lampor enligt uppfinningen i området mellan 0,01 och 0,5 torr med argon-, krypton- respektive xenonfyllningar uppgår till över 50% av det maximala UV-utbytet och därför i detta område den önskade höga strålningsintensiteten vid våglängden 254 nm enkelt uppnås. Dessutom har det visat sig mycket lämpligt att inställa xenontrycket till mellan 0,04 och 0,1 torr, eftersom xenon i detta tryokområde uppvisar liknande egenskaper som kvick- silver vid 55°C, särskilt med avseende på jonisationsspänningen vid den elektriska urladdningen. 7811150-7 Alla kurvor i fig. l uppmättes hos ett urladdningsrör med en innerdiameter av ca l0 mm, vid ett kvicksilvertryck motsvarande en kondensattempenaturi: av 55°C samt en strömtäthet av 5 A/cmz.

Istället för att endast begränsa strömstyrkan till 5 A/cm2 är det alltefter lampornas enligt uppfinningen form och dimensioner lämpligt att inställa strömtätheterna mellan 3 och 10 A/cmz och bågspänningen till mellan 0,3 och 1,2 V/cmz.

I fig. 4 visas en kolv 2 bestående i huvudsak av värmebeständigt härdglas, i vilken de båda elektroderna, katoden 3' och anoden 3, är anordnade efter varandra. Katoden 3' uppvisar bredvid den egentliga uppvärmningslindningen även en cylinderformig strål- ningssköld 9, som skall förhindra sidledes värmeutstrâlning.

Urladdningsröret l består av två skänklar, vilka båda är anslut- na till samma ände hos kolven 2. Därvid sträcker sig den från kolven 2' utträdande skänkeln koaxiellt i kolven 2, passerar igenom den ringformigt utbildade anoden 3 samt omsluter katoden 3' vid en motsvarande utvidgning av anodomrâdet 7.

Tryckutjämningsrummet 8 mellan kolvarnas 2 och 2' väggar bildar i hela området en utomordentligt fast och mot genomtändning skyddad sträcka, vilken dessutom för tryckutjämningen mellan anod- och katoddelen möjliggör en tillräcklig gas/ångströmning, om avståndet D ej är mindre än 0,5 mm. Vid avstånd D större än 4 mm kan genomtändning uppträda. I dessa fall skulle katoden 3' anordnas ytterligare längre in i kolvens 2' inre, emedan då vägen mellan anoden och katoden över tryckutjämningsrummet blir längre, vari- genom likaledes en eventuell genomtändning motverkas. Som särskilt lämpliga har strålningskällor med ett avstånd D av l mm visat sig.

För att säkerställa en invändningsfri drift av strâlningskällan, bör längden l hos den i kolven 2 instickande kolven 2' - mätt mellan anodens 3 undre kant och kolvens 2' undre kant - uppgå till ca l/5 till l/20, företrädesvis l/10 av längden L hos hela det utanför kolven 2 befintliga urladdningsröret. I fig. 5 åter- ges längderna vid en lampa med meanderformigt urladdningsrum.

Claims (10)

-5.10' '78~f1.-1:1=5D-17 Den nya konstruktionen är lätt att framställa och har visat sig vara den bästa lösningen för alla slag av enkolvlampor med lik- strömsdrift. Föredragna driftdata är: ädelgastryck 2...5.l0_2 4L..8A/cmz, Hg-temperatur i det blindtarmformiga rörstycket torr, strömtätheter 5 50...60°C spänningsfall över urladdningssträckan~lV/cm230,2. Det blindtarmformiga rörstycket uppvisar en längd av 3...6 cm vid en_innerdiameter av 10 mm. P AVT E N T K R A V

1. Anordning för alstring.av ultraviolett strålning med hög strålningsintensitet, vid vilken strålningen alstras termoëmissivt i ett för UV-strålning genomsläppligt och med en kvicksilver- ädelgasfyllning försett urladdningsrör med en mellan 4 och 20 mm liggande innerdiameter genom en väggstabiliserad, mellanfflåelek- troder uppträdande gasurladdning, vid ett kvicksilvertryck mellan 3 och 5.l0_l torr, ett ädelgastryck mellan 0,01 och 10 torr samt en strömtäthet hos gasurladdningens urladdningsrum mellan 1 och 25 A/cm2, och varvid urladdningsröret vid sina båda ändar är förbundet med rörformiga kolvar, i vilka elektroderna är anordnade, k ä n n e t e c k n a d av att som ädelgaser användes argon, krypton och/eller xenon med ett i anordningens drifttill- stånd mellan 0,01 och 0,5 torr liggande gastryck, att urladdnings- röret (l) och kolvarna (2, 2') består av dopat kvartsglas, varvid dopningen är sådan att linjerna vid 185 och 194 nm nästan full- ständigt absorberas och linjen vid 254 nm transmitteras nästan förlustfritt, samt att på urladdningsröret (l) är ett blindtarm-_ formigt, för upptagning av det kondenserade kvicksilvret avsett rörswcke (5) anordnat, vars temperatur är inställbar mellan 48 och 65°C.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att två termoemissia växelströmsdrivna elektroder (3, 3') är anordnade, vilka är långtgående identiska ifråga om geometriska dimensioner, uppbyggnad och materialsammansättning, och därvid är utformade som antingen oxidkatoder framställda under användning av nickel- 7-8-111150-7 pulver och (Ba, Ca,Sr)-karbonat, eller som dispenserkatoder inne- hållande en volfram-, molybden- eller tantalsinterkropp och barium eller en sällsynt jordmetall.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att xenontrycket ligger mellan 0,04 och 0,1 torr. "

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att elektroderna (3, 3') är utförda ur kolven (2, 2') via molybden- bleck (4, 4').

5. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att båda kolvarna (2, 2') med avseende på sina geometriska dimensioner och materialsammansättning är identiska och består av samma material som urladdningsröret (l).

6. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att urladdningsrörets(l) innerdiameter ligger mellan 8 och 15 mm, och att det blindtarmformiga rörstyckets (5) diameter är 0,3-l, och kolvens (2, 2') diameter är l-4 gånger urladdningsrörets (l) diameter, samt att vidare urladdningsrörets (l) längd ligger mellan 0,8 och 2 m, och det blíndtarmformiga rörstyckets(5) längd är 0,005-0,1 gånger urladdningsrörets (l) längd, samt kolvens (2, 2') volym är 0,5-4 gånger urladdningsrörets (1) volym.

7. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att en tråd (6) anordnad för ledning av impulser av ungefär 20 kV berör urladdningsrörets (l) utsida.

8. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att densama uppvisar ett tryckutjämningsrum (8) och anodelektroden (3) och katodelektroden (3') är anordnade efter varandra i en kolv (2), varvid den ena kolven (2') sträcker sig koaxiellt in i den andra kolven (2) och genom den ringformigt utbildade anoden (3), samt att nämnda ena kolv (2') sträcker sig åtminstone till katoden (3') och omsluter denna från sidan..

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att längden (L) hos nämnda ena kolv (2') - mätt mellan anodens (3) undre kant och nämnda ena kolvs (2') undre kant - är ca l/5 till 1/20, företrädesvis l/10 av längden (L) hos hela, utanför den andra kolven (2) befintliga urladdningsröret (1).

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan den andra kolvens (2) vägg och nämnda ena kolv (2') i området för tryckutjämningsrummet är 0,5-4 mm, före- trädesvis l mm.