DE833221C

DE833221C - Elektrische Gasentladungsroehre, insbesondere fuer Strahlungszwecke

Info

Publication number: DE833221C
Application number: DEP3915A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Neunhoeffer; Dr Paul Schulz
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1949-08-20
Filing date: 1949-08-20
Publication date: 1952-03-06
Also published as: FR1023583A; GB676169A

Description

Elektrische Gasentladungsröhre, insbesondere für Strahlungszwecke Die Lebensdauer von elektrischen Gasentladungsröhren ist meistens dadurch begrenzt, daß sich von den Elektroden verdampftes Metall an der Röhrenwandung absetzt und diese für Strahlung undurchlässig macht. l?s ist an sich bekannt, daß es bei einer größeren :\tizahl von Metallen und inetallähnlicheti Substanzen möglich ist. sie innerhalb eines evakuierten Gefäßes von einer mäßig erhitzten Stelle zu einer hocherhitzten Stelle dadurch überzuführen. daß man in (las tiefäß eine Substanz hriiigt, die mit (lern betrettenden Metall i» glatter Reaktion eilte flüchtige Verbindung ,bildet, die ihrerseits wieder bei hohen Temperaturen in (las Metall und die zugesetzte Substanz zerfällt. In den meisten Fällen werden als die (gen Transport vermittelnden Substanzendie betreften(len Metallhalogenide oder freies Idalogen veriveiidet: malt kann jedoch auch in geeigneten Fällen beispielsweise C O oder \ verwenden. l-)ei diesem Reaktionsmechanismus erleidet beispielsweise das Metallhalogenid bei der hohen Temperatur thermische Dissoziation, wobei sich das Metall -all der erhitzten Stelle abscheidet, während das Halogen mit weniger erhitztem Metall unter erneuter Halogenid.bildung reagiert. Malt hat bis jetzt weitgehend Evakuierung; des Reaktionsgefäßes und äußere Heizung für das Gelingen dieser Reaktion für notwendig gehalten.
Auf Gasentladungsröhren ist dieser Reaktionsmechanismus bis jetzt noch nicht angewendet worden. Es war von vornherein nicht vorauszusehen, daß diese Reaktion auch in einer Gasentladungsröhre vor sich gehen kann und zu einer Überführung von Metall voll einer nichtgewünschten Stelle an andere Teile der Entladungsröhre, z. B. von der Kolbenwand auf die Elektroden, Anlaß gibt. Insbesondere war nicht vorauszusehen, daß die Konvektionsströme ausreichen würden, auch in einem gasgefüllten Hochdruckentladungsrohr den Transport der flüchtigen Metallverbindung von der Kolbenwand zur Elektrode zu ermöglichen.
Der Gegenstand dieser Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß die eben beschriebene Reaktionsfolge auch in Gasentladungsröhren in den meisten Fällen durchgeführt werden kann und zwar in der Weise, daß ein Beschlag von der Röhrenwand durch Bildung einer flüchtigen Verbindung abgelöst werden kann und die abgelöste Substanz an einer heißen Stelle, beispielsweise im Entladungskanal oder an einer Elektrode durch thermische Dissoziation in Freiheit gesetzt wird, wobei sie sich im 1#a11 genügend geringer Flüchtigkeit an der 1?lektrode absetzt. Dabei ist es gleichgültig, ob der Beschlag schon eine sichtbare Dicke angenommen hat oder nicht. Da der Reaktionsablauf in jedem Fall mit großer Geschwindigkeit vor sich geht, kommt es meistens gar nicht zur Bildung eines sichtbaren Beschlages. Bei geeigneter Konstruktion der Röhre genügt deren Betrieb unter Normallast oder mäßiger Vberbelastung, um die Reaktionsfolge zum Ablauf zu bringen. Die Zusätze an der den Transport vermittelnden Substanz können, wenn dies erwünscht ist, so niedrig gehalten werden, daß der ursprüngliche Charakter der Entladung kaum verändert wird.
Einer der großen technischen Fortschritte dieser Erfindung liegt insbesondere in ihrer Anwendung auf hochbelastete Röhren. Mit ihrer Hilfe gelingt es, Dauerbelastungen durchzuhalten, die unter normalen Umständen mit Sicherheit zu einem vorzeitigen Unbrauchbarwerden des Entladungsrohres geführt hätten. Ein weiterer,technischer Fortschritt ist, wie sich überraschender Weise gezeigt hat, daß die Lichtausbeute nicht nur in dem Maße ansteigt, wie dies wegen der höheren Belastbarkeit der Röhre und der Reinhaltung der Kolbenwände zu erwarten gewesen wäre, sondern darüber hinaus noch bei geeigneter Auswahl und Dosierung der zugesetzten Substanz nicht unbeträchtlich ansteigt. Dieser Effekt beruht offensichtlich darauf, daß die flüchtigen Verbindungen in den Entladungskanal gelangen und dort nach teilweiser oder vollständiger Dissoziation zum Leuchten angeregt werden. Durch Dosierung des Zusatzes hat man es weitgehend in der Hand, entweder das Spektrum einer von vornherein vorhandenen Gasfüllung, z. B. ein Edelgas oder Quecksilber, zum Leuchten zu erregen und dabei nur die selbstreinigende Wirkung der Zusatzfüllung auszunutzen, oder durch Verstärkung des Zusatzes das Spektrum der dissoziierten Reaktionsprodukte wesentlich Hervortreten zu lassen. Es kann auch als Gasfüllung ausschließlich die die Reaktion vermittelnde Substanz dienen.

Beispielsweise wird in eine Xenonhochdruckentladungsröhre mit Wolframelektroden bei einem \enondruck von 35 _@tm. im Betrieb Chlor mit einem Partialdruck von z Torr eingefüllt. Ein Entladungsrohr, das ohne Chlorzusatz. bei einer Stromstärke von 8 Amp. eine mittlere Lebensdauer von 8o bis too Stunden aufweist, erhöht diese selbst bei einer Stromstärke von to Amp. auf mehrere hundert

Stunden. Statt einer .\tisbeute \-o»> etwa 3 HK/\\'

wird eine solche von über 4 HK/\%- erzielt, ohne daß

der für die Anwendung wichtige weiße Farb-

charakter des 1_iclites ge:indert wird. [)ei höheren

Chlorzusätzen tritt mehr und mehr unter anderem

das Wo-Spektrum in Fr scheinun@. das den Farb-

charakter ins Sichtbaren nur wc#isig verändert. 1)a-

gegen ergibt sich im l-\- eine starke, gleichmäßig

das Spektrum erfüllende wesentlich vom \/\lolfrani

herrührende Strahlung. die iii diesem Gebiet die

Strahlungsausbeute 1)etr:iclitlicli lieratifsetzt, ohne

daß dadurch im Sichtbaren eine Verminderung ein-

treten wiirde.

In der beschriebenen l.;iml)e k(iiineii die \\'olfrain-

elektroden grundsätzlich durch solche Metalle er-

setzt werden: die Verbindungen bilden, die bei der

Temperatur der Kolbenwand flüchtig sind. bei der

Temperatur der Elektroden 1)zw. des l;nt@a<i@ngs-

kanals aber merklich thermisch dissoziieren, wie

beispielsweise insbesondere diejenigen der Nebeii-

gruppen der vierte). fiiiittvii, secilsteil und siebenten

Gruppe des Periodischen Svstt#nis.

Bei dem außerordentlich. raschen Ablauf der 1Ze-

aktionsfolge von thermischer I )issoziatii)n und Re-

koml)ination der in 1, rage kommenden Verl»ndungeri

ist man nicht darauf angewiesen, ausschließlich

N-tetalle mit extrem niedrigem 1)<iml)f<Irtick zu ver-

wenden. Falls die gewünschte spektrale Verteilung

ein Llektrodenmaterial erfordern würde, das infolge

zu niedrigen Schmelzpunktes oder zu geringer elek-

trischer Leitfähigkeit )licht in l' rage kommt. ist der

Zusatz entsprechender \'ei-1)intltingen, die den Be-

dingungen der thermischen Dissoziation und Re-

koml» nation genügen. hei gleichzeitiger Verwen-

dung von thermisch beständigen Elektroden niö-

lich. Dabei ist es belanglos, ob der Kreislauf die

Kolbenwand erreicht oder nicht. licispielsweise l:ilit

sich bei der Verwendung von Wolfrainelektroden

und dem Zusatz von 1?isenjodid in it oder ohne Edel-

gasfüllung eine Entladung erzielen, deren Strahlung

vorwiegend die spektrale Verteilung des angeregten

Eisens zeigt. Eine Entladtnig mit der vorwiegenden

spektralen Verteilung des Tellurs läßt sich beispiels-

weise durch Verwendung von Tellurbromid als

Füllung, unter Umständen mit Edelgas als Puffer-

gas. und \,\'olframelektro<len erzielen. .Mich =\i-seii-

sulfid läßt sich infolge geei"riieter Verhältnisse der

thermischen Dissoziation und 1Zekombination bei-

spielsweise als Rohrfüllung verwenden.

Diese Art der 1#üllung gewinnt darüber hinaus iii

solchen Fällen besondere Bedeutung, wo unter ge-

wöhnlichen Bedingungen durch Absorption in

kälteren Teilen des Rohres gewisse Spektrallinien.

insbesondere die Resonanzlinien, praktisch aus-

scheiden.. Dadurch, daß unter Umständen freie

Atome sich nur in den heißesten Teileis der Ent-

ladung befinden, während solclic in den kälteren

Teilen infolge Rekombiuation zu \lolekiilen nicht

mehr vorhanden sind, kann Absorption und Selbst

Umkehr vermieden werden. lies hat z. 1i, große Be-

deutung zur Erzielung einer extrem holten Strah-

lungsdichte in den beiden (@uecl:sill)erresonanzlinieii.

aber auch bei den iin allgemeinen stark selbstunige-

kehrten griicien und violetten Linien des Quecksilbers sowie den Hg-Linien im nähen Ultraviolett. Diese Bedingungen können beispielsweise erzielt werden in einem Entladungsrohr mit Wolframclektroden und einer Füllung von Quecksilber und Brom bzw. Quecksilber und Quecksilberbromid. unter Umständen unter Verwendung eines Edelgases als Puffergas. :lach bei dieser Koinbinatioti findet die selbstreinigende Wirkung in Beziehung auf verdampftes Flektrodenmetall statt.

Grundsätzlich kann bei obigem auch an die Verwendung flüssiger 1?lektroden gedacht werden.

Claims

PATEN T.ANsi'HN:i(E: i. Elektrische Gasentladungsröhre, insbesondere für Strahlungszwecke, dadurch gekennzeichnet, claß in (las Rohr als ausschließliche oller zus;itzliche Füllung eine Verbindung eingebracht ist (>der sich im Rohr durch entsprechende Zusätze bildet, die an den Elektroden ()der im Entladungskanal thermisch dissoziiert und sich an kälteren Stellen rekombiniert, wobei der Dampfdruck dieser \17erbindung so groß ist. (laß er an den kälteren Stellen des Rohres merkliche Werte erreicht. a. Elektrisches Entladungsrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Komponente der flüchtigen Verbindung das Hlektrodenniaterial ist. 3. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronegative Komponente Halogen dient, dessen Menge so niedrig gewählt ist, daß eine wesentliche Beeinflussung der Strahlung des Grundgases nicht stattfindet und im wesentlichen nur eine Selbstreinigung des Entladungskolbens bewirkt wird. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch t und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmenge so groß ist, daß die im Entladungskanal ganz oder teilweise dissoziierte Verbindung für die spektrale Verteilung der Strahlung zusätzlich wirksam ist. Elektrische Entladungsröhre nach An-s spruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzte oder gebildete Verbindung als ausschließliche Gasfüllung dient. 6. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die elektropositive Komponente der zugesetzten oder entstehenden Verbindung mit dem Elektrodenniaterial nicht identisch ist. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzte oder entstehende Verbindung ein zusätzlicher Bestandteil der Rohrfüllung ist. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dic zugesetzte oder entstehende Verbindung als ausschließliche Rohrfüllung dient.