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"Tube à décharges à vapeur de mercure et à refroidissement artificiel.
Bien que les tubes à décharges à vapeur de mercure permettent de produire de grandes quantités de lumière, leur éclat intrinsèque est encore très faible jusqu'à présent.
Ainsi, par exemple l'éclat intrinsèque des lampes à mercure à haute pression utilisées actuellement pour l'éclairage public et autres fins analogues, est d'environ 100 B.Int./cm2.
On a déjà imaginé des lampes à vapeur de mercure d'agencement particulier à intervalle minime entre les électrodes (environ 1 mm) permettant, d'après les dires, d'obtenir un éclat intrinsèque compris entre 18 et 36 B.Int./cm. Cette valeur correspond environ à celle que donne le tungstène chauffé à
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haute température, mais elle est très inférieure à l'éclat in- trinsèque des lampes à arc à charbons.
La présente invention a pour but d'augmenter l'éclat intrinsèque des tubes à décharges à vapeur de mercure de manière que ces tubes puissent être utilisés avec succès pour la projection d'images, dans des projecteurs d'éclairage et partout où de grands éclats intrinsèques sont désirables.
Le tube à décharges à vapeur de mercure qui fait l'objet de l'invention est rempli d'une atmosphère gazeuse, a un diamètre inférieur à 3,5 mm. et possède une pression de @ vapeur assez élevée pour que la chute de potentiel sur le trajet des décharges soit supérieure à 150 volts/cm. Le tube à décharges est en outre refroidi par des moyens artificiels.
Dans ces tubes, des chutes de potentiel supérieures à 150 volts/cm correspondent à des pressions de vapeur de mercure excédant environ 20 atm. Ces hautes pressions de vapeur sont réalisables en pratique, si le diamètre intérieur du tube est inférieur à 3,5 mm, des tubes à épaisseur de paroi normale pouvant être utilisés. Il s'est même révélé avantageux de ne pas faire trop grande cette épaisseur de paroi et de la prévoir inférieure à 3,5 mm, de manière à faciliter la dissipation thermique. L'atmosphère gazeuse prévue facilite l'allumage.
En l'absence d'une atmosphère gazeuse, l'allumage serait très difficile étant donné que, à cause du faible diamètre intérieur -adopté il n'est guère possible en pratique d'effectuer l'allumage par basculement du tube mettant les électrodes en contact l'une avec l'autre.
Il y a souvent avantage à porter la différence de potentiel notablement au-delà de 150 volts/cm, parce que l'éclat intrinsèque peut encore être amplifié sensiblement pour des différences de tension plus élevées. Ainsi, par exemple, on
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peut prévoir une charge telle que la chute de tension par cm de trajet de décharge soit supérieure à 200 ou à 250 volts.
Elle peut même être augmentée au-delà de 300 volts/cm. On a obtenu des résultats particulièrement satisfaisants, par exemple, au moyen d'une chute de potentiel d'environ 400 volts/ cm,ce qui, dans le tube, correspond d'une façon approchée à une pression de vapeur de mercure (qui dépend aussi légèrement du diamètre intérieur du tube et de l'intensité de courant) de 100 atm.
On a trouvé que pour les pressions très élevées dans le tube qui fait l'objet de l'invention le rendement, c'est-à-dire le rapport entre la lumière produite et l'énergie consommée, présente une particularité. En effet, on a constaté que la courbe caractéristique du rendement de lumière, c'est- à-dire la courbe qui représente le débit spécifique de lumière en fonction de la pression de vapeur de mercure, atteint une valeur maximum plus ou moins prononoée.
La Figure 1 représente, à titre d'exemple, pour un tube donné, le développement approché du rendement R en lumière visible en bougies internationales par watt, en fonction de la différence de tension par cm de trajet de décharge pour une intensité constante du courant.
Par suite d'une augmentation de la différence de potentiel par cm de trajet de décharge pour une intensité constante du courant,l'éclat intrinsèque de la décharge étran- glée augmente. On peut facilement réaliser des éclats intrin- sèques de 17000 B.Int/cm2 et plus. Grâce à son grand éclat in- trinséque, le tube à décharges qui fait l'objet de l'invention peut être utilisé très avantageusement dans des appareils de projection et dans les projecteurs d'éclairage. Le tube à dé- charges peut aussi être utilisé avantageusement dans des appa- @
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reils d'éclairage pour la prise de vues animées.
Outre le mercure, le tube à décharges peut renfer- mer encore un ou plusieurs autres métaux volatilisables, tels que le cadmium ou le zinc, qui peuvent être introduits dans le tube sous la forme d'amalgames.
Dans le choix de l'agent réfrigérant, il faut veiller à ce que les rayons à émettre soient absorbés le moins possi- @ ble par lui. Dans la plupart des cas, il est possible d'uti- liser de l'eau comme agent réfrigérant. Si le tube à décharges est utilisé dans des conditions laissant craindre une possi- bilité et un danger de congélation de l'eau, il convient d'a- jouter à celle-ci une matière de nature à abaisser le point de congélation, par exemple de la glycérine.
Le tube à décharges est fait en verre à haut point de ramollissement, par exemple en verre au quartz ou en verre dur. Les fils conducteurs qui amènent le courant aux électro- des, qui sont éventuellement des électrodes à incandescence solides, sont scellés dans la paroi, parce que leur introduc- tion au moyen de pièces lisses et de moyens d'étanchéité, tels que la laque, entraînerait de grandes difficultés à cause des très hautes pressions et températures régnant dans les tubes.
Il y a avantage à se servir pour les fils d'alimentation du courant, de fils de tungstène qui peuvent être scellés avec grand succès dans du verre pratiquement exempt d'alcali et ayant un coefficient de dilatation compris entre 10 x 10-7 et 40 x 10-7 et qui, si le coefficient de dilatation est prévu suffisamment faible, peut être scellé au quartz.
De préférence, on adapte le queusot, c'est-à-dire le petit tube au moyen duquel le tube à décharges est vidé d'air, à l'une des extrémités du tube à décharges, de sorte qu'après la fermeture par fusion du tube à décharges la pointe
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résiduelle du queusot ne se trouve pas dans la partie du tube à décharges qui entoure la décharge. On a constaté que la décharge devient ainsi plus tranquille. De plus, cette circonstance permet de disposer aisément un réflecteur à faible distance du tube.
La Figure 2 du dessin représente, à titre d'exemple, un tube à décharges conforme à l'invention.
Le tube à décharges 1 est constitué par un petit cylindre en quartz ayant un diamètre intérieur de 2 mm, et une épaisseur de paroi de 2 mm. Les fils de tungstène conducteurs du courant pénètrent dans le tube aux deux extrémités.
Ces fils de tungstène sont scellés dans un verre répondant à la composition suivante:
88,3% SiO2
8,4% B2O3
2,9% Al2O3 0,4% CaO Ce verre est soudé par fusion au quartz. Le tube à décharges renferme du néon auquel peut être ajoutée une faible quantité, par exemple 0,2%, d'argon sous une pression (à la température ambiante) de quelques cm, par exemple de 4cm., et il renferme en outre une légère quantité de mercure qui constitue les électrodes 3. L'intervalle entre ces électrodes est d'environ 10 mm. Grâce à la faible largeur du tube, le mercure est maintenu par capillarité dans les chambres à électrodes. Le cas échéant, le tube peut encore être rétréci légèrement aux extrémités. La pointe résiduelle du queusot 4 se trouve à l'une des extrémités du tube.
Le tube est entouré d'un cylindre en verre 5 fermé aux extrémités par des bouchons 6 qui sont traversés par les fils d'alimentation du courant. Ces fils sont entourés de ma-
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tière isolante 7. Le cylindre 5 comporte deux tubes de raccord 8 et 9 destinés à l'admission et à la décharge de l'eau de refroidissement. Cette dernière est envoyée dans le cylindre qui est raccordé, par exemple par le tube de raccord 8, à un robinet de la conduite de distribution. On peut également employer une circulation d'eau de refroidissement en circuit fermé, par exemple par thermo-siphon.
Le tube à décharges est raccordé à une source de courant alternatif avec intercalation d'une impédance. Dans un cas donné,l'impédance en série était calculée de manière que le courant qui traversait le tube atteignait une valeur finale de 1,5 amp. La tension entre les électrodes était alors de 300 volts, la consommation d'énergie par la décharge était d'environ 310/watts et la pression de vapeur du mercure contenu dans le tube à décharges était d'environ 65 atm. La décharge était étranglée entre les électrodes et avait un diamètre d'environ 1 mm. Le flux lumineux émis par le tube était d'environ 1800 B.Int., alors que l'éclat intrinsèque de la décharge avait une valeur de 18000B.Int./cm2. Le rendement était d'environ 5,8 B. Int/watt.
Ces indications numériques montrent clairement le grand éclat intrinsèque qui peut être obtenu. Cet éclat intrinsèque excède même celui des lampes à arc à charbons. En augmentant la pression de vapeur du mercure et par suite la chute de tension, on peut même porter l'éclat intrinsèque au-delà de la valeur mentionnée. On peut avec avantage utiliser le tube comme source lumineuse dans des dispositifs de projection et dans des projecteurs d'éclairage, le cas échéant également pour l'irradiation, par exemple aux rayons ultraviolets.