<Desc/Clms Page number 1>
Tube à décharges à vapeur de mercure et à refroidissement artificiel.
La présente invention est relative aux tubesà décharges à vapeur de mercure sous pression élevée et à refroidissement artificiel. Comme on le sait, les tubes à décharges de ce genre présentent une décharge étranglée et peuvent produire de grandes quantités de lumière avec un rende- ment satisfaisant. Plus la pression de la vapeur de mercure est élevée, plus la chute de tension par centimètre du trajet de la décharge augmente. En ayant recours à un refroidissement artificiel on peut pousser la pression à une valeur très élevée.
Dans une demande de brevet de même date (PH. 4170), la demande-
<Desc/Clms Page number 2>
resse décrit un tube à décharges dont la pression de vapeur de mercure a été poussée à une valeur très supérieure à 20 atmosphères.
L'invention a pour objet un tube à décharges com- portant des électrodes dont l'agencement est très avantageux pour les tubes à décharges à vapeur de mercure sous pression élevée et,plus particulièrement, pour les tubes dont la vapeur atteint une pression extrêmement élevée.
Conformément à l'invention, un tube à décharges à vapeur de mercure et à refroidissement artificiel comportant une atmosphère gazeuse et de la vapeur de mercure sous une pression d'au moins 6 atmosphères, est muni d'une ou plusieurs électrodes à incandescence (de préférence, des électrodes à oxyde) qui sont chauffées par la décharge et qui ne font sail- lie que d'une faible longueur hors d'une quantité de métal vaporisable qui les entoure en partie, ce métal étant du mercure ou un amalgame.
On a trouvé qu'un tube à décharges à vapeur de mercure sous pression élevée et comportant des électrodes de ce genre, procure de grands avantages. En effet, on a constaté que lorsque les électrodes ne sont pas entourées d'une quantité de métal vaporisable, ces électrodes sont chauffées par la décharge à une température tellement élevée que leur durée de service ainsi que, par conséquent, celle du tube à décharges est très courte.
Le fonctionnement favorable du mode de construction décrit ci-dessus peut être expliqué comme suit. Du fait que les électrodes sont entourées d'un métal vaporisable dont elles ne font saillie que d'une longueur relativement faible, ce métal se vaporise au cours du fonctionnement du tube de
<Desc/Clms Page number 3>
façon intense. La vapeur produite passe sur les électrodes incandescentes et provoque ainsi leur refroidissement. La chaleur est aussi dissipée des électrodes d'une autre manière, à savoir par conduction au moyen du métal dont les électrodes sont entourées en grande partie, ce qui est favorisé encore par un refroidissement artificiel de l'extérieur du tube.
Il en résulte que la température des électrodes demeure assez faible pour que leur destruction rapide ne soit plus à craindre,
L'agent réfrigérant doit naturellement être choisi de telle façon qu'il absorbe aussi peu que possible les rayons à émettre. Comme agent réfrigérant on utilise habituellement de l'eau. Les conducteurs d'amenée de courant du tube passent à travers l'agent réfrigérant., de préférence de manière à être isolés de ce dernier.
Lors du fonctionnement le métal vaporisable est refoulé dans les extrémités du tube où sont logées les élec- trodes. Si le tube a un faible diamètre, le mercure est retenu déjà dans ces extrémités par capillarité. On peut, éventuelle- ment, favoriser cet effet en donnant aux extrémités du tube un diamètre inférieur à celui de la partie du tube dans laquel- le se produit la décharge. Ceci, en outre, est favorable à l'action exercée par le réfrigérant.
Eu égard aussi aux faibles dimensions radiales, le mode de construction des électrodes décrit ci-dessus convient très bien pour les tubes à décharges tels que ceux décrits dans la demande de brevet de même date (PH. 4170). Conformément à celle-ci, on donne au tube un diamètre inférieur à 3, 5 mm. de sorte que pour une épaisseur normale des parois il devient possible de fabriquer des tubes à décharges à vapeur de mercure sous une pression très élevée (par exemple, un tube dans lequel
<Desc/Clms Page number 4>
la pression de vapeur est de 65 Atm. environ). Si la pression de la vapeur de mercure augmente, la chute de tension par centimètre du trajet de décharge est également augmentée et une chute de tension spécifique de 150 Volts par centimètre correspond à une pression de la vapeur de mercure de plus de 20 atmosphères.
L'agencement des électrodes décrit ci-dessus est très avantageux, plus particulièrement, pour les tubes de ce genre dans lesquels la chute de tension par centimètre du trajet de décharge est supérieure à 150 Volts. On a trouvé que l'emploi de ce mode de construction des électrodes permet d'augmenter davantage la pression de la vapeur de mercure et, par conséquent, la chute de tension spécifique. Ainsi on peut aisément obtenir des chutes de tension supérieures à 300 ou 400 volts par centimètre du trajet de décharge. Une pression de vapeur de l'ordre de 100 atmosphères correspond à une chute de tension spécifique de 400 volts (la pression de la vapeur dépend aussi du diamètre intérieur du tube et de l'intensité du courant). On a fabriqué même des tubes présentant une chute de tension de 500 et de 600 volts par centimètre du trajet de décharge.
Le tube à déchargespeut renfermer non seulement du mercure seul mais aussi, en addition, un ou plusieurs autres métaux vaporisables, par exemple du cadmium ou du zinc. Ces métaux peuvent être présents dans le tube en combinaison avec le mercure sous forme d'amalgames.
La paroi du tube à décharges est faite en une matière à point de ramollissement élevé, par exemple du quartz ou du verre dur. Du fait que pour les pressions élevées se pro- duisant à l'intérieur du tube, l'introduction des conducteurs d'amenée de courant dans le tube au moyen de pièces lisses et de moyens d'obturation étanche tels que, par exemple la la-
<Desc/Clms Page number 5>
que, donne lieu à de grands inconvénients, il est recommandé, de sceller ces conducteurs dans le tube. Pour le passage de fils en tungstène à travers le quarts il est avantageux d'uti- liser du verre sensiblement exempt d'alcali et ayant un coefficient de dilatation de 10 à 40 x 10-7. Si ce coefficient est suffisamment faible, le verre peut !âtre scellé directement au quartz.
Si l'on prévoit entre la paroi du tube et les con- ducteurs d'amenée de courant un verre intermédiaire à coeffi- cient de dilatation plus élevé, il est recommandé d'agencer le tube de telle façon que les joints entre ce verre intermé- diaire et l'autre partie de la paroi du tube soient recouverts du métal entourant les électrodes à incandescence. Si, comme il a été indiqué ci-dessus, le tube est rétréci aux bouts, ces joints seront situés, de préférence, dans la partie rétrécie du tube,ce qui augmente la rigidité mécanique de celui-ci.
L'organe tubulaire dit "queusot" au moyen duquel le tube à décharges;est relié à la pompe à vide, est prévu, de préférence, à l'une des extrémités du tube de sorte que la pointe résiduelle qui subsiste après qu'on a séparé le tube à décharges, par fusion, de la pompe, ne se trouve pas dans la partie du tube destinée à l'émission des rayons. Ceci à pour résultat que le tube fonctionne de façon plus stable et que l'émission de rayons n'est pas entravée par la pointe rési- duelle du queusot. En outre, ceci facilite le montage d'un. réflecteur.
Si le tube est muni de deux électrodes agencées de la manière décrite ci-dessus, il peut fonctionner sur courant alternatif aussi bien que sur courant continu, On peut appro-
<Desc/Clms Page number 6>
prier le tube au courant triphasé ou tétraphasé en lui donnant, par exemple, la forme d'une étoile et en disposant une élec- trode dans chacune des branches.
La longueur dont les électrodes incandescentes font saillie hors du métal vaporisable, doit être en général inférieure à 5 mm. Cette longueur est choisie, de préférence, en dépendance de la quantité d'énergie absorbée par le tube.
Si les électrodes dépassent du métal d'une longueur trop fai- ble, il est à craindre que, au cours du fonctionnement, il se produise une pression de vapeur trop.élevée tandis que l'obtention de la pression voulue de la vapeur métallique est rendue difficile par une longueur trop grande.
L'invention concerne également un procédé permettant de régler cette longueur avec précision, de façon simple.
Conformément à l'invention, on règle cette longueur en réduisant la capacité d'un réservoir auxiliaire renfermant du métal vaporisable et communiquant avec la chambre de décharge, jusqu'à ce que la longueur désirée soit obtenue. Par exemple, on peut sceller par une extrémité au tube à déchar- ges un tube auxiliaire qui, après l'introduction du métal vaporisable et de l'atmosphère gazeuse dans le tube à déchar- ges, est raccourci, par fusion, à son extrémité opposée, c'est- à-dire à une distance telle du tube à décharges que, lorsque le tube auxiliaire est rempli du métal vaporisable, le reste de ce métal n'entoure pas encore les électrodes sur une.ion- gueur suffisante.
En enlevant, par fusion, encore une partie du tube auxiliaire, on peut réduire légèrement la contenance de ce dernier, ce qui a pour résultat qu'une certaine partie du métal liquide renfermée dans le tube auxiliaire, est pous- sée dans le tube à décharges proprement dit et augmente la
<Desc/Clms Page number 7>
quantité de métal qui entoure l'électrode. En mettant le tube à décharges en circuit et en observant en même temps les valeurs électriques de la décharge, on peut se rendre compte si les électrodes sont entourées déjà d'une quantité suffi- sante du métal. Pour un tube à décharges parfaitement étanche on peut obtenir un réglage extrêmement précis de la longueur dont les électrodes dépassent le métal, en continuant à expulser de faibles quantités de métal du tube auxiliaire.
Il est avantageux d'utiliser la pointe résiduelle du queusot comme réservoir auxiliaire.
Le tube à décharges suivant l'invention peut être utilisé dans différents buts. Pour des pressions relativement élevées le tube présente comme le décrit la demande de brevet de même date (PH. 4170), un éclat intrinsèque très grand de sorte que le tube peut avantageusement être utilisé dans les projecteurs d'éclairage et dans les appareils de projection.
Le tube à décharges peut aussi avantageusement être utilisé pour l'irradiation à la lumière ultraviolette. Pour des pressions de la vapeur de mercure de 6 à 32 atm., plus particulièrement pour une pression de 20 atm. environ, on obtient un très haut débit spécifique de rayons ultraviolets de la région de Dorno.
L'invention sera mieux comprise en se référant au dessin annexé qui en' représente, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation.
Le tube à décharges représenté sur la figure 1, comporte un cylindre 1 en quartz ayant un diamètre intérieur de 2,2 mm. et un diamètre extérieur de 5,5 mm. Aux deux ex- trémités du tube, deux fils 2 en tungstène passent par la paroi de ce dernier, ce qu'on peut effectuer de la manière sui- vante.
On applique sur les fils 2 en tungstène une couche 3
<Desc/Clms Page number 8>
d'un verre exempt d'alcali et ayant la composition suivante:
EMI8.1
<tb> 88,3 <SEP> % <SEP> de <SEP> SiO,2 <SEP>
<tb> 8,4 <SEP> % <SEP> de <SEP> B2O3
<tb>
<tb>
<tb> 2,9 <SEP> % <SEP> de <SEP> A1203
<tb> 0,4 <SEP> % <SEP> de <SEP> CaO
<tb>
Puis on scelle des capuchons 4 du même verre aux extrémités du cylindre 1 en quartz et on passe les fils 2 revêtus des couches 3, à travers les ouvertures pratiquées dans les capu- chons 4, après quoi on soude les couches 3 aux capuchons 4.
Les fils 2 en tungstène s'étendent sur une certaine longueur dans le tube à décharges et à l'intérieur de ce dernier ils sont entourés de fils 5 en tungstène de diamètre plus faible, qui sont enroulés sur les fils 2. Sur l'ensem- ble de ces fils on applique de l'oxyde alcalino-terreux.
Ces électrodes à oxyde sont entourées partiellement d'une quantité 6 de mercure de¯ telle façon qu'elles dépassent le mercure de 1, 3 mm. environ. On peut réduire la longueur dont les électrodes à oxyde font saillie du mercure, en enlevànt, par fusion, le queusot de telle façon que la pointe résiduelle devienne plus courte. L'écartement entre les extré- mités voisines des électrodes à incandescence du tube repré- senté est de 10 mm. Le tube renferme, en outre, du néon sous une pression de quelques centimètres à la température ordinaire.
Les dimensions du tube sont choisies de telle façon que les joints entre le cylindre 1 en quartz et les capuchons 4 soient recouverts de mercure.
Le tube à décharges est entouré d'une chemise de re- froidissement (non représentée sur le dessin) dans laquelle circule pendant le fonctionnement de l'eau de refroidisse- ment.
<Desc/Clms Page number 9>
Le tube à décharges est relié, en série avec une im- pédance de stabilisation, à une source de courant alternatif, cette impédance étant calculée de telle façon que l'intensité du courant acquière une valeur finale de 1,75 amp. Dans ce cas, la tension existant entre les électrodes à incandescence est de 558 volts et l'énergie absorbée par la décharge est de 755 watts. L'intensité de la lumière émise par la décharge, est de 4850 B. int., l'éclat intrinsèque de la décharge étran- glée étant de 32000 B.int./cm2.
Au cours du fonctionnement le mercure 6 se vaporise de façon intense. La vapeur produite passe sur les électrodes à incandescence. Près de la paroi on peut observer de la va- peur qui reflue et se condense sur le mercure. Il est à re- marquer que dans les tubes à décharges suivant l'invention on se départit du principe des lampes à vapeur de mercure modernes suivant lequel la quantité de mercure est choisie de telle façon que lors du fonctionnement la totalité du mercure soit vaporisée et que la vapeur de mercure soit non- saturée.
La figure 2 représente un tube à décharges destinés à l'émission de lumière ultra-violette. La paroi de ce tube est constituée en partie par un cylindre 8 en quartz ayant un diamètre intérieur de 4,5 mm. et un diamètre extérieur de 7,5 mm. Ce cylindre en quartz est rétréci aux extrémités de sorte qu'en ces endroits de diamètre intérieur n'est que 1,8 mm. Aux extrémités rétrécies sont également scellés des capuchons 4 en verre exempt d'alcali à travers lesquels passent des fils 2 en tungstène de la manière décrite avec référence à la figure 1. Ce tube à décharges est également entouré d'une chemise de refroidissement constituée par un
<Desc/Clms Page number 10>
verre perméable aux rayons ultraviolets.
La charge du tube est réglée de telle façon que la vapeur de mercure ait une pression de 20 atm. environ. Pour cette pression, on obtient un débit spécifique extrêmement favorable de rayons ultraviolets de la région de Dorno (2750 à 3100 ).