WO2018189189A1 - Source de lumiere ultraviolette - Google Patents

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WO2018189189A1
WO2018189189A1 PCT/EP2018/059184 EP2018059184W WO2018189189A1 WO 2018189189 A1 WO2018189189 A1 WO 2018189189A1 EP 2018059184 W EP2018059184 W EP 2018059184W WO 2018189189 A1 WO2018189189 A1 WO 2018189189A1
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chamber
kev
electrons
bar
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PCT/EP2018/059184
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May CHOUEIB
Gilles Tocu
Stéphen PURCELL
Original Assignee
Bluescop
Universite Claude Bernard Lyon 1
Centre National De La Recherche Scientifique
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    • H01J2893/0074—Cathodic cups; Screens; Reflectors; Filters; Windows; Protection against mercury deposition; Returning condensed electrode material to the cathodic cup; Liquid electrode level control
    • H01J2893/0086—Gas fill; Maintaining or maintaining desired pressure; Producing, introducing or replenishing gas or vapour during operation of the tube; Getters; Gas cleaning; Electrode cleaning

Definitions

  • the present application relates generally to the field of ultraviolet light sources used in particular for the purification of water. More particularly, the present application relates to the field of ultraviolet (UV) light sources in the wavelength range of 280 nm to 100 nm, referred to as "UV-C". In practice, the wavelengths used in this field for the sterilization of water are in a range centered on 250 nm to plus or minus 30 nm.
  • UV ultraviolet
  • This document thus teaches to avoid bombarding a phosphorus by high energy electrons in a high pressure gas, typically an atmosphere in this document, for industrial or useful applications aimed at achieving a UV-C source.
  • This document therefore teaches not to use an architecture in which a phosphorus is directly bombarded by electrons to produce a UV-C source with a phosphor emitting in the UV-C, but, on the contrary, to put the phosphorus to the shelter from any electronic bombardment.
  • cathodoluminescent UV-C light sources comprising a material that emits UV-C light in response to the action of the electrons. Such a material is designated in practice and in the present application by the generic term of "Phosphorus (s)".
  • Phosphorus (s) An example of a UV-C emission by a cathodoluminescent source is described in the publication "Luminescent property and mechanism of ZnA1204 ultraviolet emitting phosphor" (ISHIGA A), Phys. Status Solidi C12, No. 6, 797 800 (2015). We distinguish the complete device or lamp which is an ultraviolet source and the source of electrons which is a component of the lamp.
  • an electron source or cathode is connected to the negative terminal of a high voltage source and an aluminum or anode layer is connected to the positive terminal of this source or to the ground when this positive terminal is connected. to the mass.
  • a gate (“gate” in English) is disposed between the anode and the cathode and connected to an intermediate potential which adjusts the profile of the electric field between the cathode and the anode.
  • the cathode, the anode and the grid are arranged in parallel planes.
  • the grid has holes allowing the passage of electrons attracted to it.
  • This three-electrode structure (anode, cathode and gate) requires two electrical sources, it blocks a significant percentage of electrons emitted by the source, reducing the effectiveness of the device.
  • the grid being subject to an increase in temperature, it leads to an increase in the pressure of the gas in the device.
  • the present invention relates to a device for emitting ultraviolet light comprising:
  • a bar provided with carbon nanotubes or the like a first layer composed of a first cathodoluminescent material in the field of UV-C ultraviolet light radiation for an excitation of this first material by electrons of energy between 1 keV (kilo-electron-volt) and 8 keV,
  • a second layer composed of a second metallic material, conductive for electricity
  • a chamber composed of a third material, transparent for UV-C ultraviolet light radiation, in which the first layer is arranged in mechanical contact with the chamber, along an inner wall of the chamber, in which the second layer is arranged in mechanical contact with the first layer, wherein the bar is disposed inside the chamber, facing the second layer, and wherein the second metal layer is of a thickness adapted to make it partially transparent to the energy electrons between IkeV and 8keV.
  • the first layer is arranged in mechanical contact with the chamber, along an inner wall of the chamber, in which the second layer is arranged in mechanical contact with the first layer, wherein the bar is disposed inside the chamber, facing the second layer, and wherein the second metal layer is of a thickness adapted to make it partially transparent to the energy electrons between IkeV and 8keV.
  • the first cathodoluminescent material is a phosphorus chosen from the family comprising the phosphors: doped YPO4, doped YA103 and doped YB03,
  • the first material is YPO 4 doped with bismuth ions
  • the first material is doped with praseodymium ions
  • the second metallic material is aluminum
  • the thickness of the second layer is less than 100 nanometers
  • the transparent material for UV-C ultraviolet light radiation is quartz.
  • the present application also relates to a method for obtaining a light source in the field of ultraviolet UV-C radiation comprising the following steps: depositing on an inner wall of a chamber that is optically transparent to ultraviolet UV-C radiation, a first layer produced in a first cathodoluminescent material in the field of UV-C ultraviolet light radiation for an excitation of this first material by electrons of energy between 1 keV and 8 keV, depositing a second conductive metal layer for electricity on the first layer,
  • Cathodoluminescence an optical and electrical phenomenon that is observed when an electron beam produced by a source or electron gun (for example a cathode ray tube) bombard a sample (for example in phosphorus), leading to to the emission of light.
  • a source or electron gun for example a cathode ray tube
  • a sample for example in phosphorus
  • FIG. 1 represents an example of a light source according to the invention in which a phosphor layer is arranged on a quartz chamber, between a bar provided with carbon nanotubes and a metal layer deposited on the phosphorus layer.
  • a cylindrical and hollow chamber (10) in the form of a tube closed at its ends, made of quartz so as to being transparent to ultraviolet radiation, is provided with a central bar (13) on which carbon nanotubes are arranged.
  • the central bar (13) serves as a source of electrons.
  • the chamber (10) is subjected in normal operation to a vacuum of 10 "5 (or ten power minus five) torr, or about 1.3 ⁇ 10 -3 Pa, its thickness and dimensions being adapted to support such a vacuum.
  • a trap in English "getter" is installed in the chamber (10).
  • an emitting layer (11) made with a doped phosphor so as to render it capable of emitting UV radiation at around 250 nm, in response to an electron energy bombardment of 1 keV at 8 keV, that is, a cathodoluminescent phosphor in the UV-C range.
  • Such emitter or phosphorus material may be YPO 4: Bi (YPO 4 doped with bismuth ions), YPO 4: Pr (YPO 4 doped with praseodymium ions) or YA103: Pr or YB03: Pr. More generally, the phosphorus may be a doped material chosen from the family of materials comprising the following materials: YPO4, YA103 and YB03 and the dopant of the material may be chosen from the family of dopants comprising the following ions: bismuth and praseodymium.
  • a metal layer (12) or anode, conductive for electricity, is also present in mechanical contact with the phosphor emitting layer (11) and is facing the bar (13) provided with carbon nanotubes on its surface.
  • the thickness of the metal layer (12) is selected to the extent necessary to render the metal layer (12) optically transparent for electrons from 1 keV (kiloelectronvolt) to 8 keV.
  • the metal layer (12) is of nanometric thickness. In particular, this thickness may be less than or equal to 100 nm.
  • a vacuum pump not shown, is connected, in known manner, to the chamber (10) and a vacuum is established in the chamber (10) between the bar (13) and the metal layer (12). ), to reach a vacuum pressure capable of allowing the transmission of electrons between the bar (13) and the metal layer (12), the value of this vacuum pressure is typically equal to or less than 10 -5 torr.
  • an electric generator comprising a positive terminal and a negative terminal, is connected, for its positive terminal, to the metal layer (12) which then functions as anode and, for its negative terminal, to bar (13) which operates in cathode.
  • the positive terminal and the metal layer (12) in electrical contact with each other are also brought into contact with an electrical mass imposing a zero electrical potential, while the bar (13), or cathode, is subjected to the rated voltage of the generator.
  • This nominal voltage applied to the bar (13) is chosen capable of extracting an electron beam from the carbon nanotubes disposed on the bar (13) and directing the beam towards the metal layer (12) to ground, thus imposing electrons to strike the metal layer (12), to cross and to strike or excite the phosphorus layer (11) with an energy of between 1 keV and 8 keV despite the energy loss of the electrons at the crossing of the metal layer, which requires that the voltage value of the generator in volts is chosen greater than or equal to the value of the desired electron energy after passing through the metal layer (12).
  • the phosphorus of the first layer (11) emits ultraviolet light in the UV-C range in isotropic manner, in particular centered at a wavelength around 250 nm, an outgoing part outside of the chamber (10) directly by passing once the phosphor and another part, emitted towards the aluminum layer (12), being reflected by this layer and returning towards the outside of the chamber after having crossed twice Phosphorus.
  • the optical efficiency is thus approximately doubled with respect to an isotropic emission of this phosphorus.
  • the chamber is, for example, quartz or borosilicate glass, or more generally made with a material chosen to minimize the absorption of UV-C radiation during their emission outside the chamber, via the bedroom.
  • the thickness of the chamber between its outer wall and its inner wall is chosen sufficient to withstand a vacuum inside the chamber and induce for the corresponding thicknesses a low absorption for UV-C, especially around 250 nm.
  • the emitted electrons are chosen, by selection of the nominal voltage of the generator, to have an energy between IkeV (kilo-electron-volt) and 8keV at the level of the phosphorus layer.
  • IkeV kilo-electron-volt
  • 8keV 8keV at the level of the phosphorus layer.
  • the nominal voltage or potential difference of the generator will thus be adapted in known manner to the dimensions of the gap between the cathode bar and the anode metal layer to obtain this energy range of the electrons emitted by the bar, at the level of the Phosphorus, after crossing the metal layer.
  • the chamber may be in the form of hollow cylindrical tube closed at its ends in a sealed manner and supporting the evacuation and made of quartz.
  • the bar may be cylindrical solid and concentric to the chamber, inside thereof.
  • the metal layer (12) may be chosen with a thickness of less than one hundred nanometers, the electrons emitted under these conditions passing through the metal layer and being sufficiently energetic at their exit from the bar to achieve excitation of the phosphorus in the energy range of 1 keV to 8 keV.
  • the electrical voltage of the source or of the electrical generator is, for example, higher than 8 keV in order to obtain electrons with energy close to 8 keV, at the level of the metal layer, without exceeding this value to avoid the production of It is thus possible to obtain in a compact manner and with an optical yield close to a mercury lamp, a UV-C source around 250 nm, which can be used for sterilization operations, in particular for water, to make it drinkable.
  • doped YPO4 makes it possible, in particular by using a doping with bismuth ions (YPO 4: Bi) or with praseodymium ions (YPO 4: Pr) to obtain an optical efficiency comparable to that of mercury lamps.
  • YPO 4: Bi bismuth ions
  • YPO 4: Pr praseodymium ions
  • the metal layer used may be aluminum or a metal compatible with the phosphorus used.
  • the metal will be chosen with a high reflectivity for UV-C while being transparent for electrons from 1 keV to 8 keV.
  • the criterion for choosing the material of the chamber is the UV-C transparency.
  • the choice of the material of the chamber can be focused on amorphous silica (in English "fused quartz") commonly called quartz.
  • a borosilicate glass is also suitable insofar as it is a borosilicate glass transparent to UV-C that is to say a special borosilicate glass, such as glasses named 8337B and 8405 (references SCHOTT).
  • Crystalline quartz may also be considered as a material of the chamber or another UV-C transparent material, all the UV-C transparent materials may be envisaged to make the chamber.
  • the phosphorus used can be a cathodoluminescent phosphor which emits at 250 nm +/- 20 nm and has a significant overlap between its UV-C emission spectrum and the germicidal curve (thus effective for the sterilization of water). Any Phosphorus produced by doping YPO4, YA103 or YB03 and having these qualities is suitable.
  • the electron source is a source of carbon nanotubes, but the invention is not limited to this example and other sources of electrons such as carbon fibers, nano-wires or vitreous carbon, which are equivalent to carbon nanotubes, are within the scope of the invention.
  • the invention is susceptible of industrial application in the field of sterilization of water.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Dispositif pour émettre de la lumière ultraviolette comprenant un barreau (13) muni de nanotubes de carbone, une première couche (11) composée d'un premier matériau cathodoluminescent dans le domaine des radiations lumineuses ultraviolettes UV-C pour une excitation de ce premier matériau cathodoluminescent par des électrons d'énergie comprise entre 1keV et 8keV, une seconde couche (12), composée d'un second matériau métallique, conducteur pour l'électricité, et une chambre (10) composée d'un troisième matériau, transparent pour les radiations lumineuses ultraviolettes UV-C. La première couche (11) est disposée en contact mécanique avec la chambre (10), le long d'une paroi intérieure de la chambre. La seconde couche(12) est disposée en contact mécanique avec la première couche (11). Le barreau(13) est disposé à l'intérieur de la chambre(lO), en regard de la seconde couche (12). La seconde couche métallique(12) est d'une épaisseur adaptée à la rendre partiellement transparente pour les électrons d'énergie comprise entre 1keV et 8keV.

Description

SOURCE DE LUMIERE ULTRAVIOLETTE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande concerne d'une façon générale, le domaine des sources de lumière ultraviolette utilisées notamment pour la purification de l'eau. Plus particulièrement, la présente demande concerne le domaine des sources de lumière ultraviolette (UV) dans le domaine de longueur d'onde de 280 nm à 100 nm dit des «UV-C». En pratique, les longueurs d'ondes utilisées dans ce domaine pour la stérilisation de l'eau sont dans un domaine centré sur 250 nm à plus ou moins 30 nm.
ARRIERE PLAN L'art antérieur connaît la demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2011/0254449 (MURNICK) qui divulgue des lampes fluorescentes comprenant un gaz excimère à haute pression, dans lesquelles des phosphores sont excités par un rayonnement VUV émis par l'excimère en réponse à un bombardement de l'excimère par des électrons de haute énergie. Certains de ces phosphores émettent dans l'UV-C. Toutefois, ce document précise, notamment au paragraphe [0032], que le phosphore est protégé d'un bombardement par les électrons de haute énergie et, plus particulièrement, que le phosphore est en dehors d'une zone de présence des électrons pour éviter sa dégradation par ces électrons. Ce document enseigne ainsi que les phosphores sont, à haute pression de gaz, incompatibles avec un bombardement direct par des électrons notamment pour émettre des UV-C, sous peine de dégradation. Ce document enseigne ainsi d'éviter de bombarder un phosphore par des électrons de haute énergie dans un gaz à haute pression, typiquement d'une atmosphère dans ce document, pour des applications industrielles ou utiles visant à réaliser une source d'UV-C. Ce document enseigne donc de ne pas utiliser une architecture dans laquelle un phosphore est directement bombardé par des électrons pour réaliser une source UV-C avec un phosphore émettant dans l'UV-C, mais, au contraire, de mettre le phosphore à l'abri de tout bombardement électronique.
L'art antérieur connaît classiquement dans ce domaine des lampes à vapeur de mercure (Hg) qui émettent des raies dans le visible et dans les UV-C.
L'art antérieur connaît aussi des sources lumineuses UV-C cathodoluminescentes, comprenant un matériau qui émet de la lumière UV-C en réponse à l'action des électrons. Un tel matériau est désigné en pratique et dans la présente demande par le terme générique de « Phosphore(s) ». Un exemple d'une émission dans l'UV-C par une source cathodoluminescente est décrit dans la publication « Luminescent property and mechanism of ZnA1204 ultraviolet emitting phosphor » (ISHIGA A), Phys. Status Solidi C12, N° 6, 797 800(2015). On distingue le dispositif complet ou lampe qui est une source ultraviolette et la source d'électrons qui est un composant de la lampe. Dans cette publication, une source d'électrons ou cathode est reliée à la borne négative d'une source haute tension et une couche d'aluminium ou anode est reliée à la borne positive de cette source ou à la masse lorsque cette borne positive est reliée à la masse. Une grille (« gâte » en anglais) est disposée entre l'anode et la cathode et reliée à un potentiel intermédiaire ce qui permet de régler le profil du champ électrique entre la cathode et l'anode. La cathode, l'anode et la grille sont disposées dans des plans parallèles. La grille possède des orifices permettant le passage des électrons attirés vers elle. Cette structure à trois électrodes (anode, cathode et grille) nécessitant deux sources électriques, elle bloque un pourcentage non-négligeable des électrons émis par la source, réduisant ainsi l'efficacité du dispositif. De plus la grille étant sujette à une montée en température, elle conduit à une augmentation de la pression du gaz dans le dispositif.
L'art antérieur connaît aussi, dans le domaine des sources lumineuses en général, des sources émettant dans le visible par cathodoluminescence, utilisant des sources d'électrons comme des nano-tubes de carbone ou sources « CNT » (acronyme anglais de « Carbon Nano Tubes »). Un exemple de source lumineuse visible, utilisant une source électronique à CNT, est décrit dans le brevet US 6,873,095 (LINDMA K). Dans ce document la structure de la source lumineuse émettant dans le visible est composée d'une source électronique CNT en forme de barreau et d'une chambre optique en matériau transparent à la lumière visible, chambre concentrique au barreau, et d'une couche de Phosphore disposée entre le barreau et cette chambre. Toutefois, les Phosphores utilisés émettent dans le visible et ne sont pas connus pour émettre dans les UV-C; la réalisation d'une source UV-C reste donc un problème au vu de l'art antérieur.
PRESENTATION GENERALE
Dans ce contexte, la présente invention concerne un dispositif pour émettre de la lumière ultraviolette comprenant :
- un barreau muni de nanotubes de carbone ou équivalents, - une première couche composée d'un premier matériau cathodoluminescent dans le domaine des radiations lumineuses ultraviolettes UV-C pour une excitation de ce premier matériau par des électrons d'énergie comprise entre 1 keV (kilo-électron-volt) et 8 keV,
- une seconde couche, composée d'un second matériau métallique, conducteur pour l'électricité, et
- une chambre composée d'un troisième matériau, transparent pour les radiations lumineuses ultraviolettes UV-C, dans lequel la première couche est disposée en contact mécanique avec la chambre, le long d'une paroi intérieure de la chambre, dans lequel la seconde couche est disposée en contact mécanique avec la première couche, dans lequel le barreau est disposé à l'intérieur de la chambre, en regard de la seconde couche, et dans lequel la seconde couche métallique est d'une épaisseur adaptée à la rendre partiellement transparente pour les électrons d'énergie comprise entre IkeV et 8keV. Dans des variantes de réalisation :
- le premier matériau cathodoluminescent est un Phosphore choisi dans la famille comprenant les Phosphores: YP04 dopé, YA103 dopé et YB03 dopé,
- le premier matériau est du YP04 dopé avec des ions bismuth,
- le premier matériau est dopé avec des ions praséodyme, - le second matériau métallique est de l'aluminium,
- l'épaisseur de la seconde couche est inférieure à 100 nanomètres,
- le matériau transparent pour les radiations lumineuses ultraviolettes UV-C est du quartz.
La présente demande concerne aussi une méthode pour obtenir une source lumineuse dans le domaine des radiations ultraviolettes UV-C comprenant les étapes suivantes: - déposer sur une paroi intérieure d'une chambre optiquement transparente aux radiations ultraviolettes UV-C, une première couche réalisée dans un premier matériau cathodoluminescent dans le domaine des radiations lumineuses ultraviolettes UV-C pour une excitation de ce premier matériau par des électrons d'énergie comprise entre 1 keV et 8 keV, - déposer une seconde couche métallique conductrice pour l'électricité sur la première couche,
- disposer un barreau muni de nanotubes de carbone à l'intérieur de la chambre en regard de la seconde couche, - faire le vide dans la chambre dans la mesure nécessaire à permettre la propagation d'électrons entre les nanotubes de carbone et la seconde couche,
- relier le barreau à la cathode d'une source électrique et la seconde couche métallique à l'anode de la source électrique,
- émettre entre le barreau et la seconde couche métallique à partir du barreau relié à la source électrique, des électrons suffisamment énergétiques pour traverser la seconde couche métallique et exciter le premier matériau cathodoluminescent de la première couche avec une énergie comprise entre 1 keV et 8 keV.
Dans la présente demande, la définition suivante s'applique:
« Cathodoluminescence»: désigne un phénomène optique et électrique que l'on observe lorsqu'un faisceau d'électrons produit par une source ou canon à électrons (par exemple un tube à rayons cathodiques) bombarde un échantillon (par exemple en Phosphore), conduisant à l'émission de lumière.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et de la méthode proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.
La figure 1 représente un exemple de source lumineuse selon l'invention dans lequel une couche de Phosphore est disposée sur une chambre en quartz, entre un barreau muni de nanotubes de carbone et une couche métallique déposée sur la couche de Phosphore.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.
Dans un premier mode de réalisation et en référence à la figure 1 (les numéros de référence entre parenthèses renvoient à cette figure), une chambre (10) cylindrique et creuse, en forme de tube fermé à ses extrémités, réalisée en quartz de façon à être transparente aux radiations ultraviolettes, est munie d'un barreau central (13) sur lequel sont disposés des nanotubes de carbone. Le barreau central (13) sert de source d'électrons.
La chambre (10) est soumise en fonctionnement normal à un vide de 10"5 (ou dix puissance moins cinq) torr, soit environ 1,3 x 10"3 Pa, son épaisseur et ses dimensions étant adaptées à supporter un tel vide. Pour maintenir ce vide durant une période dépassant quelques heures, un piège (en anglais « getter ») est installé dans la chambre (10). Sur la paroi de la chambre (10) est disposée une couche émettrice (11) réalisée avec un Phosphore dopé de façon à le rendre apte à émettre un rayonnement UV aux alentours de 250nm, en réponse à un bombardement électronique d'énergie 1 keV à 8 keV, c'est-à-dire un Phosphore cathodoluminescent dans la gamme des UV-C.
Un tel matériau émetteur ou Phosphore peut être du YP04:Bi (YP04 dopé avec des ions bismuth), du YP04:Pr (YP04 dopé avec des ions praséodyme) ou du YA103:Pr ou du YB03:Pr. D'une façon plus générale, le Phosphore peut être un matériau dopé choisi dans la famille de matériaux comprenant les matériaux suivants: YP04, YA103 et YB03 et le dopant du matériau peut être choisi dans la famille de dopants comprenant les ions suivants: bismuth et praséodyme.
Une couche métallique (12) ou anode, conductrice pour l'électricité, est aussi présente en contact mécanique avec la couche émettrice de Phosphore (11) et est en regard du barreau (13) muni de nanotubes de carbone à sa surface.
L'épaisseur de la couche métallique (12) est choisie dans la mesure nécessaire à rendre la couche métallique (12) optiquement transparente pour des électrons de 1 keV (kilo- électron- volt) à 8 keV. Typiquement, la couche métallique (12) est d'épaisseur nanométrique. En particulier, cette épaisseur peut être inférieure ou égale à 100 nm. Ainsi, dans ce premier mode de réalisation, dans un plan de section de la chambre, en partant du barreau central (13) on rencontre d'abord la couche de métal (12) puis la couche de phosphore (11) puis la chambre en quartz (10).
Dans ce mode de réalisation, une pompe à vide, non représentée, est reliée, de façon connue, à la chambre (10) et un vide est établi dans la chambre (10) entre le barreau (13) et la couche métallique (12), jusqu'à atteindre une pression de vide apte à permettre la transmission d'électrons entre le barreau (13) et la couche métallique (12), la valeur de cette pression de vide est typiquement égale ou inférieure à 10"5 torr.
Dans ce mode de réalisation, un générateur électrique, non représenté, comprenant une borne positive et une borne négative, est relié, pour sa borne positive, à la couche métallique (12) qui fonctionne alors en anode et, pour sa borne négative, au barreau (13) qui fonctionne en cathode. De plus, la borne positive et la couche métallique (12) en contact électrique entre elles, sont aussi mises en contact avec une masse électrique leur imposant un potentiel électrique nul, alors que le barreau (13), ou cathode, est soumis à la tension nominale du générateur. Cette tension nominale appliquée au barreau (13) est choisie apte à extraire un faisceau d'électrons des nanotubes de carbone disposés sur le barreau (13) et à diriger le faisceau vers la couche métallique (12) à la masse, en imposant ainsi aux électrons de venir percuter la couche métallique (12), de la traverser et de venir percuter ou exciter la couche de Phosphore (11) avec une énergie comprise entre 1 keV et 8 keV malgré la perte d'énergie des électrons à la traversée de la couche métallique, ce qui impose que la valeur tension du générateur en volt est choisie supérieure ou égale à la valeur de l'énergie des électrons souhaitée après traversée de la couche métallique (12).
Sous l'effet de ce bombardement, le Phosphore de la première couche (11) émet une lumière ultraviolette dans la gamme UV-C de façon isotrope, notamment centré en longueur d'onde autour de 250 nm, une partie sortant à l'extérieur de la chambre (10) de façon directe en traversant une fois le phosphore et une autre partie, émise vers la couche d'aluminium (12), étant réfléchie par cette couche et repartant vers l'extérieur de la chambre après avoir traversé deux fois le Phosphore. Le rendement optique est donc approximativement doublé par rapport à une émission isotrope de ce Phosphore. La chambre est, par exemple, en quartz ou en verre borosilicate, ou d'une façon plus générale réalisée avec un matériau choisi pour minimiser l'absorption des radiations UV-C lors de leur émission à l'extérieur de la chambre, via la chambre. L'épaisseur de la chambre entre sa paroi extérieure et sa paroi intérieure, est choisie suffisante pour supporter un vide à l'intérieur de la chambre et induire pour les épaisseurs correspondantes une absorption faible pour les UV-C, notamment autour de 250 nm.
On obtient ainsi finalement une source UV pilotée par le générateur électrique. Dans cette configuration, les électrons émis sont choisis, par sélection de la tension nominale du générateur, pour avoir une énergie comprise entre IkeV (kilo-électron-volt) et 8keV au niveau de la couche de Phosphore. Cette caractéristique permet d'éviter la production, dans le Phosphore et la couche d'aluminium, par ces électrons, de rayons X supplémentairement aux radiations ultraviolettes ou UV-C. La tension nominale ou différence de potentiel du générateur sera ainsi adaptée de façon connue aux dimensions de l'intervalle entre le barreau cathode et la couche métallique anode pour obtenir cette gamme d'énergie des électrons émis par le barreau, au niveau de la couche de Phosphore, après traversée de la couche métallique. En pratique, on augmentera la tension du générateur jusqu'à détecter une émission dans les UV-C à l'extérieur de la chambre. La chambre peut être en forme de tube cylindrique creux fermé à ses extrémités de façon étanche et supportant la mise sous vide et réalisée en quartz. Le barreau peut être cylindrique plein et concentrique à la chambre, à l'intérieur de celle-ci.
La couche métallique (12) peut être choisie d'épaisseur inférieure à cent nanomètres, les électrons émis traversant dans ces conditions la couche métallique et étant suffisamment énergétiques à leur sortie du barreau pour parvenir à exciter le Phosphore dans la gamme d'énergie de 1 keV à 8 keV. La tension électrique de la source ou du générateur électrique est, par exemple, plus élevée que 8 keV afin d'obtenir des électrons d'énergie proche de 8 keV, au niveau de la couche métallique, sans dépasser cette valeur pour éviter la production de rayons X. II est ainsi possible d'obtenir de façon compacte et avec un rendement optique proche d'une lampe à mercure, une source UV-C autour de 250 nm, apte à être utilisée pour des opérations de stérilisation, notamment de l'eau, afin de la rendre potable.
L'utilisation de YP04 dopé permet notamment par utilisation d'un dopage aux ions bismuth (YP04:Bi) ou aux ions praséodyme (YP04:Pr) d'obtenir un rendement optique comparable à celui des lampes à mercure. En variante, pour obtenir ce résultat, on peut aussi utiliser comme matériau du YA103 dopé au praséodyme (YA103:Pr) ou du YB03 dopé au praséodyme (YB03:Pr).
La couche métallique utilisée peut être de l'aluminium ou un métal compatible avec le Phosphore utilisé. Le métal sera choisi avec un pouvoir réflecteur élevé pour les UV-C tout en étant transparent pour les électrons de 1 keV à 8 keV.
Le critère de choix du matériau de la chambre est la transparence aux UV-C. Le choix du matériau de la chambre peut se porter sur de la silice amorphe (en anglais « fused quartz ») couramment appelée quartz. Un verre borosilicate est aussi adapté dans la mesure où il s'agit d'un verre borosilicate transparent aux UV-C c'est-à-dire un verre borosilicate spécial, comme par exemple les verres nommés 8337B et 8405 (références SCHOTT). Du quartz cristallin peut aussi être envisagé comme matériau de la chambre ou un autre matériau transparent aux UV-C, tous les matériaux transparents aux UV-C pouvant être envisagés pour réaliser la chambre.
Le Phosphore utilisé peut être un Phosphore cathodoluminescent qui émet à 250nm +/- 20nm et présente un recouvrement important entre son spectre d'émission UV-C et la courbe germicide (donc efficace pour la stérilisation d'eau). Tout Phosphore réalisé par dopage de YP04, YA103 ou YB03 et présentant ces qualités est adapté.
Dans l'exemple précédemment décrit, la source d'électrons est une source à nanotubes de carbone mais l'invention ne se limite pas à cet exemple et d'autres sources d'électrons comme les fibres de carbone, les nano-fïls ou le carbone vitreux, qui constituent des équivalents aux nanotubes de carbone, entrent dans le cadre de l'invention.
L'invention est susceptible d'application industrielle dans le domaine de la stérilisation de l'eau.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention telle que définie dans les revendications annexées.
Enfin, les différentes caractéristiques des modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé peuvent être considérées isolément ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques précédemment décrites. En particulier, sauf précision contraire ou incompatibilité technique, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour émettre de la lumière ultraviolette comprenant :
- un barreau (13) muni de nanotubes de carbone ou d'une autre source d'électrons, - une première couche (11) composée d'un premier matériau cathodo luminescent dans le domaine des radiations lumineuses ultraviolettes UV-C pour une excitation de ce premier matériau par des électrons d'énergie comprise entre 1 keV (kilo-électron-volt) et 8 keV,
- une seconde couche (12) composée d'un second matériau métallique, conducteur pour l'électricité, et - une chambre (10) composée d'un troisième matériau, transparent pour les radiations lumineuses ultraviolettes UV-C dans lequel la première couche (11) est disposée en contact mécanique avec la chambre (10), le long d'une paroi intérieure de la chambre, dans lequel la seconde couche (12) est disposée en contact mécanique avec la première couche (11), dans lequel le barreau (13) est disposé à l'intérieur de la chambre (10), en regard de la seconde couche (12), et dans lequel la seconde couche métallique (12) est d'une épaisseur adaptée à la rendre partiellement transparente pour les électrons d'énergie comprise entre IkeV et 8keV.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau cathodo luminescent est un Phosphore choisi dans la famille comprenant les Phosphores: YP04 dopé, YA103 dopé et YB03 dopé.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau est du YP04 dopé avec des ions bismuth.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau est dopé avec des ions praséodyme.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le second matériau métallique est de l'aluminium.
6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la seconde couche est inférieure à 100 nanomètres.
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le matériau transparent pour les radiations lumineuses ultraviolettes UV-C est du quartz.
8. Méthode pour obtenir une source lumineuse dans le domaine des radiations ultraviolettes UV-C comprenant les étapes suivantes:
- déposer sur une paroi intérieure d'une chambre optiquement transparente aux radiations ultraviolettes UV-C, une première couche réalisée dans un premier matériau cathodo luminescent dans le domaine des radiations lumineuses ultraviolettes UV-C pour une excitation de ce premier matériau par des électrons d'énergie comprise entre 1 keV et 8 keV,
- déposer une seconde couche métallique conductrice pour l'électricité sur la première couche, - disposer un barreau muni de nanotubes de carbone ou équivalents à l'intérieur de la chambre, en regard de la seconde couche,
- faire le vide dans la chambre dans la mesure nécessaire à permettre la propagation d'électrons entre les nanotubes de carbone ou équivalents et la seconde couche,
- relier le barreau à la cathode d'une source électrique et la seconde couche métallique à l'anode de la source électrique, et
- émettre entre le barreau et la seconde couche métallique à partir du barreau relié à la source électrique, des électrons suffisamment énergétiques pour traverser la seconde couche métallique et exciter le premier matériau cathodoluminescent de la première couche avec une énergie comprise entre 1 keV et 8 keV.
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