SE441319B - Lagtrycks-kvicksilverlampa - Google Patents

Description

8004812--7 tiviteten för den av lampan emitterade strålningen icke är särskilt hög. Det visade sig nämligen att för varje watt to- tal strålning, emitterad i UV-omrâdet (250 - 400 nm), produ- cerar lampan endast 0,14 watt användbar strålning i området I 307,5 - 317,5 nm. Följaktligen erfordras långa bestrâlnings- tider med samtliga nackdelar, som åtföljer detta. En ytterli- gare nackdel hos den kända lampan, likaså beroende på den då- liga selektiviteten, är att den av lampan emitterade erytem- strålningen ligger avsevärt över den minimimängd, som är teo- retiskt möjlig. Eftersom erytemsensitivitetskurvan (såsom den definieras av Commission Internationale de l'Eclairage) i om- rådet 307,5 - 317,5 nm fortfarande har värden i området från 20 % till nästan 0 %, uppvisar strålning i detta våglängdsom- råde likaså erytemaktivitet. Strålning med t.ex. ett ekvi- energispektrum har i detta område per watt cirka 0,08 erytem- watt, vilket där är den lägsta kvantitet som kan uppnås.

Emellertid visade sig den kända lampan utstråla cirka 0,17 erytem-watt per watt användbar strålning. För en given till- låtlig erytem-belastning innebär detta en begränsning av do- sen användbar strålning per behandling och följaktligen en ökning i antalet behandlingar, som är nödvändiga. Ändamålet med denna uppfinning är erhållande av en lampa för bestrålningsändamål med en hög strålningseffektivitet och en höggradigt förbättrad selektivitet.

Enligt uppfinningen kännetecknas en làgtrycks-kvicksilver- lampa för bestrålningsändamål med ett urladdningsrör tillver- kat av glas med selektiv transmission, varvid röret är be- lagt på insidan med ett luminiscerande skikt, av att det lu- miniscerande skiktet innehåller ett luminiscerande material som uppvisar den karakteristiska linjeemissionen för gadoli- nium vid 312 nm, och att urladdningsröret är tillverkat av glas med en absorptionskant belägen mellan 260 och 280 nm, varvid röret uppvisar en transmission av minst 80 % vid 312 nm. 8004812-7 Uppfinningen baseras på att en hög strålningseffektivitet och en hög selektivitet endast kan erhållas då mycket stränga krav lägges på det luminiscerande materialet, som skall an- vändas. Förutom en hög effektivitet vid excitering genom 254 nm strålning, måste materialet ha en emission, som är väsentligen fullständigt koncentrerad i omrâdet 305- 320 nm, varvid väsentligen hela mängden av den av materialet emitte- rade strålningen då består av användbar strålning, och ett filter med en absorptionskant vid cirka 295 nm (d.v.s. jäm- förelsevis nära den undre gränsen för området av önskad strålning) för begränsning av erytem-strålning är då icke nödvändigt. Det visade sig att material med gadoliniumemis- sion uppfyller dessa betingelser perfekt. Gd-jonen har ett karakteristiskt emissionsspektrum, d.v.s. spektrat är endast föga beroende på värdgittret, i vilket den luminiscerande jo- nen är införd. Gd-emissionen består av ett mycket smalt band (i själva verket några tätt angränsande emissionslinjer) med ett maximum vid cirka 312 nm. Halvvärdesbredden för detta emissionsband är endast 2 - 4 nm. Vidare synes Gd-luminiscen- sen uppkomma mycket effektivt i olika värdgitter. Även om ett absorptionsfilter för erytemstrålning är överflö- digt i en lampa enligt uppfinningen måste urladdningsröret ändå uppvisa en selektiv transmission. I synnerhet måste gla- set i detta rör uppvisa en absorptionskant belägen mellan 260 och 280 nm. Detta innebär att transmissionskurvan för gla- set vid en våglängd i omrâdet 260 - 280 nm uppnår ett värde av 10 %, och ännu lägre värden under denna våglängd. Detta garanterar att väsentligen ingen strålning transmitteras un- der 260 nm. Vidare måste glasröret vid 312 nm uppvisa en transmission av minst 80 %. Dessa transmissionsegenskaper är nödvändiga för att förhindra att kvicksilverresonansstrål- ningen, som produceras i lampan vid 185 nm och övervägande vid 254 nm passerar till utsidan. Kravet att det föreligger minst en transmission av 80 % vid 312 nm tillförsäkrar att transmissionskurvan varierar tillräckligt brant och att majo- riteten av Gd-strâlningen transmitteras. 'šäqm QUALITY 8004812-7 Med en lampa enligt uppfinningen är det möjligt att erhålla en hög strålningseffektivitet då högst 20 %, och vid ett op- timalt val av glas för urladdningsröret en ännu mindre mängd, av strålningen, som emitteras av det luminiscerande materia- let, absorberas av rörets vägg. Detta är en avsevärd för- bättring jämfört med den kända lampan, där mer än 60 % av strålningen absorberas. Enannanviktig fördel med lampan enligt uppfinningen är dess utmärkta selektivitet. I stället för den emitterade strålningen för den kända lampan, vilken ger endast 0,14 watt användbar strålning (307,5 - 317,5 nm) per watt i UV-området (250 - 400 nm), så är denna fraktion av användbar strålning större med en faktor av 5 - 6, nämligen 0,70 - 0,80 watt per watt i en lampa enligt uppfinningen.

Den mycket goda selektiviteten för lampan framgår även av den låga andelen erytemstrålning, vilken beroende på glaset, som valts, endast är 0,10 - 0,13 erytem-watt per Watt använd- bar strålning, vilka värden ligger mycket nära de teoretiskt möjliga minimimängderna.

En föredragen utföringsform av lampan enligt uppfinningen kännetecknas av att det luminiscerande skiktet innehåller ett borat, aktiverat genom Gd och Bi och definierat genom for- l_X_yGdxBiyB306, varvid 0,15 5 x, 0,001 4 y Q 0,05 meln La och x + y á L. Dessa borater, vilka är kända, emitterar myc- ket effektivt den karakteristiska Gd-strålningen. Vid excite- ring genom kvicksilverresonansstrålning med en våglängd av cir- ka 254 nm kan kvantutbyten av 70 - 75 % erhållas med dessa ma- terial.

En annan fördelaktig utföringsform av en lampa enligt upp- finningen kännetecknas av att det luminiscerande skiktet.in- nehåller ett ternärt aluminat, aktiverat genom Gd och Pb och med~en hexagonal magneto-plumbit-struktur, varvid aluminatet uppvisar sammansättningen ABC, varvid A betecknar 25 - 99 mol-% l/2 Gd2O3, l - 35 mol-% Pb0 och eventuellt l/2 La2O3, soo4s12-7 varvid B betecknar Al2O3, där högst 20 mol-% av Al2O3 har ersatts med Sc2O3, och varvid C betecknar MgO och/eller ZnO, varvid upp till l0 mol~% Al2O3 eventuellt har ersatts med en ekvivalent mängd SiO2 tillsammans med MgO och/eller ZnO, och upp till 70 mol-% av A eventuellt har ersatts med SrO och/el- ler CaO, och samtidigt en ekvivalent mängd av C med 1/2 Al2O3, och varvid halterna av A, B och C uppfyller villkoren [Ä] : 0,02, 0,55 r [n] 4 0,95 och [c] >, 1/2 fixj. nessa lumi- niscerande aluminater är tidigare kända och synes uppvisa höga kvantutbyten. Materialen, som definieras genom formlerna Gd0'9OPb0'l5MgAlllO19 och Gd0'88Pb0'l8ZnAlllOl9, uppvisar t.ex. ett kvantutbyte (254 nm excitering) av 50 - 55 %.

En ytterligare föredragen utföringsform av en lampa enligt upp- finningen kännetecknas av att det luminiscerande skiktet inne- håller ett silikat av Sr och/eller Ca och av Y och/eller La och är aktiverat genom Gd och Pb, och definieras genom formeln (Sr, Ca)3_pPbp(Y,La)2_qGdqSi6Ol8, varvid 0,01 $ p 4 0,50 och 0,05 < q ( 2,0. Vid 254 nm excitering uppvisar dessa silika- ter ett kvantutbyte för Gd-luminiscensen av cirka 60 %.

Det är möjligt att använda kvartsglas eller ett glas bestående övervägande av SiO2 som glas för urladdningsröret för en lampa enligt uppfinningen, varvid absorptionskanten har skiftats till området 260 - 280 nm genom tillsats av små mängder av andra element.

Det föredrages emellertid att för en lågtrycks-kvicksilver- lampa enligt uppfinningen innehåller glaset för dess urladd- ningsrör: 'mon QUA 8004812-7 68 - 83 mol-% S102 2,5 - 3,0 mol-% B203 16 - 20 mol-% av minst en alkalimetalloxid, 2,6 - 3,3 mol-% av minst en jordalkalimetalloxid, 0 - 2,0 mol-% Al2O3, och vidare minst en av oxiderna TiO2, Ce02, Cu0,,Fe203 och V205 i en liten mängd, så att absorptionskanten för glaset är belägen mellan 260 och 280 nm. Sådana glas, vars grundläggan- de komposition anges här i mol-% och för vilka kemiskt rena material måste användas, uppvisar en mycket kortvågig ab- sorptionskant, t.ex. vid 210 nm, så att de släpper igenom ultraviolett strålning upp till relativt korta våglängder.

Genom tillsats av en ytterst liten mängd av en eller flera av oxiderna TiO2, Ce02, CuO, Fe2O3 och V2O5 till denna grund- komposition, kan absorptionskanten för glaset regleras mellan jämförelsevis vida gränser. I enlighet med mängden, som an- vändes av de ovannämnda oxiderna, gäller att ju större denna mängd är, så komer absorptionskanten att återfinnas vid längre våglängder. Glas för användning vid lamporna enligt uppfinningen innehåller generellt 100 - 2500 ppm viktdelar av dessa oxider. Dessa glas har den ytterligare fördelen att de uppvisar en transmissionskurva, som varierar tillräckligt brant så att majoriteten av den önskade användbara strålning- en transmitteras. Vidare uppvisar dessa glas lämpliga egen- skaper för framställning av rör för lågtrycks-kvicksilverlam- por.

En speciellt fördelaktig glaskomposition för urladdningsrö- ret för en lågtrycks-kvicksilverlampa enligt uppfinningen be- står av 75,5 i 2 mol-% SiO2 2,8 i 0,1 mol-% BZO3 10,2 i 0,3 mol-% Na20 7,7 i 0,3 mol-% KZO 3,0 i 0,l mol-% BaO l,0 i 0,03 mol-% AIZO3, 8004812-7 och dessutom 500 - 2000 ppm viktdelar av TiO2 Utföringsformer av lampor enligt uppfinningen beskrives ne- dan med hänvisning till ritningen, där fig. 1 visar schematiskt i tvärsnitt en lampa enligt uppfin- ningen och fig. 2 visar med hjälp av en kurva spektralenergifördel- ningen för den emitterade strålningen från en sådan lampa.

Den i fig. 1 visade lampan uppvisar ett urladdningsrör l av glas, vilket är cirka 120 cm långt och uppvisar en ytterdia- meter av cirka 38 mm. Väggtjockleken för röret l är cirka 0,75 mm. Glaset i röret har följande komposition: 75,46 mol-% (68,4 vikt-%) SiO2, 2,76 mOl-% (2,9 vikt-%) B2O3, 10,17 mol-% (l0,9 vikt-%) Na2O, 7,68 mol-% (l0,9 Vikt-%) K2O 2,94 mol-% (6,8 vikt-%) BaO, 0,97 mol-% (1,5 Vikt-%) Al2O3, 900 ppm (viktdelar) TiO2.

Vid cirka 265 nm uppvisar detta glas en transmission av 10 %.

Vid 312 nm är rörets transmission 85 - 90 %. Elektroder 2 och 3 är anordnade, en vid vardera änden av lampan, varvid ur- laddningen sker under drift mellan dessa elektroder. Lampan innehåller en blandning av ädelgaser som utgångsgas, och en liten mängd kvicksilver. På insidan är röret l belagt med ett luminiscerande skikt 4 innefattande ett luminiscerande mate- rial, som emitterar den karakteristiska 312 nm strålningen för Gd. Skiktet 4 kan anbringas på sedvanligt sätt på röret l, t.ex. med hjälp av en suspension innehållande det luminisce- rande materialet. Under drift förbrukar lampan en energi av 40 W. ïóon DUM-Yi 8004812-.7 Exempel l Ett antal lampor av den i fig. l visade typen överdrogs med ett skikt av luminiscerande borat, definierat genom formeln La0,487Gd0'5BiO,Ol3B3O6. Efter att ha varit i drift under 100 timmar visade det sig att dessa lampor emitterade över hela spektrat (250 - 400 nm) en mängd av strålning uppgående totalt till 5,603 W. Mängden användbar strålning i området 307,5 - 317,5 nm visade sig vara 4,460 W, d.v.s. cirka 80 % av den totala emitterade strålningen består av användbar strålning. Fig. 2 är en grafisk representation av spektral- energifördelningen för den strålning, som emitteras av denna lampa. Våglängden Ä i nm är avsatt på horisontalaxeln och den emitterade strålningsenergin E är avsatt på vertikal- axeln i W per våglängdsintervall av 5 nm.

Exempel 2 Lampor med konstruktion, som beskrivits med hänvisning till fig. l, men med ett 150 cm långt rör och avsett att förbruka en energi av 80 W, överdrogs med ett luminiscerande skikt av samma luminiscerande material som användes i exempel 1. Efter att ha varit i drift under 100 timmar uppmättes en total (250 - 400 nm) emitterad strålningsmängd av 11,2 W för dessa lampor. Det visade sig att 8,0 W (7l,5 %) emitterades i om- rådet 307,5 - 317,5 nm. Mängden erytemstrålning, som emitte- rades av lampan, visade sig vara 0,92 erytem-watt, d.v.s. en- dast cirka ll,5 % av den totala mängden användbar strålning.

Som jämförelse emitterar de kända lamporna med en liknande konstruktion som de ovan beskrivna lamporna men tillverkade av glas med en absorptionskant vid cirka 300 nm och innehål- lande ett luminiscerande ceriumaktiverat strontiumaluminat, totalt (250 - 400 nm) strålning av 5;9 W (d.v.s. endast cirka 33 % av den i det luminiscerande materialet alstrade strål- ningen). Emellertid är endast cirka 0,83 W (d.v.s. cirka l4 %) av denna strålningsmängd belägen i omrâdet 307,5 - 317,5 nm. Dessutom visade det sig att mängden erytem-strål- ning, som emitterades av den kända lampan var 16,7 % av 8004812-7 mängden användbar strålning (cirka 0,14 erytem-watt).

Då lamporna enligt uppfinningen användes är det därför möj- ligt att välja strålningstiden kortare med en faktor 10 för samma dos användbar strålning, medan erytemdosen reduceras med cirka 35 %.

Exempel 3 Ett antal lampor av den i fig. 1 visade typen överdrogs med ett luminiscerande skikt av ett luminiscerande silikat, de- f' ' t f l S Pb L GdS' O . Eft tt h iniera genom orme n r2'9 0,1 a 16 18 er a a varit i drift under 100 timmar uppmättes en strâlningsmängd av 4,96 W, emitterad över hela den ultravioletta delen (250 - 400 nm) av spektrum för dessa lampor. Det visade sig att 3,95 W därav emitterades i området 307,5 - 317,5 nm. Det vi- sade sig att för dessa lampor var spektralenergifördelningen väsentligen densamma som för lamporna, som beskrivits i exempel l.

Claims (6)

8004812-7 10 Patentkrav

1. l. Lågtrycks-kvicksilverlampa för bestrålningsändamål med ett urladdningsrör tillverkat av glas med selektiv transmission, varvid röret är belagt på insidan med ett luminiscerande skikt, k ä n n e t e c k n a d av att det luminiscerande skiktet innehåller ett luminiscerande material, som uppvisar den karakteristiska linjeemissionen för gadolinium vid 312 nm, och att urladdningsröret är tillverkat av glas med en absorptionskant belägen mellan 260 och 280 nm, varvid rö- ret vid 3l2 nm uppvisar en transmission av minst 80 %.

2. Kvicksilverlampa enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det luminiscerande skiktet innehåller ett borat, ak- tiverat med Gd och Bi, vilket borat definieras genom formeln Lal_x_yGdxBiyB3O6, varvid 0,15 $ x, 13,001 é y g 0,05 och x + y=š l.

3. Kvicksilverlampa enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det luminiscerande skiktet innehåller ett ternärt aluminat aktiverat med Gd och Pb och med den hexagonala magneto-plumbit-strukturen, varvid aluminatet uppvisar kompo- sitionen ABC, där A betecknar 25 - 99 mol-% 1/2 Gd2O3, l - 35 mol-% Pb0 och eventuellt l/2 La2O3, där B betecknar Al2O3, varvid högst 20 mol-% av Al2O3 har ersatts med Sc2O3, och där C betecknar MgO och/eller ZnO, varvid upp till 10 mol-% av Al2O3 eventuellt har ersatts med en ekvivalent mängd SiO2 tillsammans med MgO och/eller ZnO, och upp till 70 mol-% av A eventuellt har ersatts med Sr0 och/eller Ca0 och samtidigt en ekvivalent mängd av C med 1/2 AIZO3, varvid halterna av A, B ooh c uppfyller villkoren [A]>o,o2, 0,55 5 [s] g 0,95 ooh [o] g l/z fAj.

4. Kvicksilverlampa enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att det luminiscerande skiktet innehåller ett Gd- och Pb- H 8Û04812~7 aktiverat silikat av Sr och/eller Ca och av Y och/eller La, definierat av formeln (Sr, Ca)3_pPbp(Y, La)2_qGdqSi6Ol8, varvid o,o1< p 30,50 och moss q 52,0.

5. Kvicksilverlampa enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d av att glaset 1 urladdningsröret innehåller 68 - 83 mol-% S102, 2,5 - 3,0 mol-% B203, 16 - 20 mol-% av minst en alkalimetalloxid, 2,6 - 3,3 mol~% av minst en jordalkalimetalloxid, 0 - 2,0 mol-% Al2O3, och vidare minst en av oxiderna TiO2, CeO2, CuO, Fe2O3 och V205 i en liten mängd, så att absorptionskanten för glaset ligger mellan 260 och 280 nm.

6. Kvicksilverlampa enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att glaset består av 75,5 i 2 mol-% SiO2, 2,8 i 0,1 mol-% B2O3, 10,2 i 0,3 mol-% Na20, 7,7 1 0,3 mol-% K2O 3,0 i 0,1 mol-% BaO 1,0 i 0,03 mol-% Al2O3 och dessutom 500 - 2000 ppm TiO2, räknat på vikten. "soon orm