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Source de radiations comportant une matière luminescente et procédé de fabrication d'une matière de ce genre.
La présente invention a pour objet une source de radiations constituée par une matière luminescente, c'est-à-dire une matière susceptible d'être excitée par rayonnement d'une certaine longueur d'onde et émettant, par suite, des radiations d'une autre longueur d'onde. L'invention se rapporte en outre à un procédé permettant de fabriquer une matière luminescente de ce genre.
Une source de radiations conforme à l'invention comporte un tube à décharges électriques dans le gaz, notamment un tube à décharges dans la vapeur de mercure, ainsi qu'une matière vitreuse ou cristalline luminescente constituée par les oxydes de silicium et de cérium trivalent conjointement avec un ou plusieurs des oxydes de glucinium, de magnésium, de calcium, de zinc, de strontium, de cadmium ou de baryum et le cas échéant de l'alumine.
Les oxydes qui sont prévus à côté de silice, d'oxyde de cérium et d'alumine sont tous du second groupe du système périodique des éléments.
Dans une matière de ce genre la quantité totale d'oxyde de cérium exprimée en molécules-grammes est toujours inférieure à la somme de la quantité de silice et d'alumine; elle est pour le moins de 0, 01% en molécules-grammes de cette somme. La matière en contient de préférence 1 à 5% en molécules-grammes, parce que cette quantité d'oxyde de cérium permet d'obtenir le rendement lumineux maximum.
Une augmentation de la quantité de cérium est nuisible au point de vue du rendement lumineux total de la matière luminescente.
On constate que l'utilisation de cette source de radiations permet d'obtenir un rayonnement luminescent dans la partie ultraviolette à onde longue et dans la partie contiguë du spectre visible;leslimites de cette zone se trouvent à environ 3000 et à 6000 A. Pour la plupart des matières utilisées dans une source de radiations conformg à l'invention le maximum du rayonnement émis est voisin de 4200 A.
La matière luminescente est excitée par des radiations ultraviolettes tant dans la région à onde courte que dans la région
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à onde longue. L'utilisation d'un tube à décharges dans la vapeur de mercure permet d'obtenir un rayonnement très intense de la matière luminescente, parce que, on le sait, de spectre du mercure contient des raies très intenses à 257 A et à 3650 A.
L'utilisation du cérium pour constituer un activateur est connue par une description d'examens s'occupant de la question de savoir si c'est l'ion du cérium à l'état trivalent ou à l'étét tétravalent qui donne lieu à la luminescence. Le résultat de ces examens est presque sans aucune exception que l'ion de cérium doit être présent sous la forme trivalente pour qu'il détermine une fluorescence. Dans cette publication est également décrit un procédé par lequel on obtient de la. silice lumineuse par précipitation d'une solution de silicate d'éthyle et de chlorure de sélénium au moyen d'ammoniaque. On sèche le précipité obtenu et le chauffe à une température élevée dans une atmosphère réductrice.
Si la matière ainsi obtenue est irradiée avec la raie du spectre du mercure de 2537 A, elle émet sa luminescence avec une coloration bleue.
Par rapport aux matières précitées, une matière utilisée dans une source de radiations conforme à l'invention présente l'avantage d'un très grand rendement lumineux. De plus, à part ce grand rendement lumineux, il y a la possibilité de choisir le rapport des constituants de la matièrefluorescente qui fait l'objet de l'invention de manière à pouvoir répondre aux dési- derata fixés d'avance. Ainsi, par exemple, il est possible de modifier la coloration dans des limites imposées sans que le rendement lumineux en soit altéré.
Un troisième avantage très important de l'invention est que la matière à utiliser dans une source de radiations conforme à l'invention est bien moins dépendante de la température que les matières connues utilisées jusqu'ici dans le domaine envisagé. Ces matières connues, par exemple le sulphure de zinc active au moyen d'argent, présentent parfois un rendement lumineux très intense à la température ambiante, mais lorsque la température s'accroît ce rendement diminue au point de n'être plus utilisable dans de nombreuses applications. La dépendance de la température est d'une grande importance, parce que les matières doivent souvent être appliquées en un point tel par rapport à la source de radiations primaire qu'elles subissent un sensible accroissement de la température.
On a constaté, par exemple, que le rendement lumineux d'une matière luminescente conforme à l'invention constituée par de l'oxyde de calcium, par du silicium et par de l'oxyde de cérium sous la forme trivalente ne se trouve diminué que de 18% entre 20 et 200 . Comparativement au sulphure de zinc à luminescence bleue, l'amélioration est très sensible, parce que pour 150 le rendement lumineux du sulphure de zinc n'est plus que de 15% du rendement lumineux à la température ambiante. Dans les exemples donnés à la fin de la description on a indiqué pour certaines des matières y mentionnées la diminution du rendement lumineux pour diverses tem- pératures.
Pour fabriquer une matière fluorescente, suivant un procédé qui fait également partie de la présente invention, on chauffe un mélange des oxydes de cérium., de silicium et d'un ou plusieurs des éléments glucinium, magnésium, calcium, zinc, strontium, cadmium ou baryum, le cas échéant conjointement avec de l'alumine ou des matières au moyen desquelles ces oxydes sont formés par chauffage, dans une atmosphère non-oxydante, de préférence dans une atmosphère réductrice., Pour la fabrication de pro-
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duits cristallins le chauffage s'effectue de préférence jusqu'à tout près et au-dessous du point de fusion de la matière, tandis que pour la 'fabrication d'une matière vitreuse on chauffe jusqu'audessus du point de fusion.
La matière luminescente peut être appliquée sous la forme d'une couche sur la face interne de la paroi du tube à décharges. Il est, cependant, également possible de l'appliquer en un autre endroit. Ainsi, par exemple, le tube à décharges proprement dit peut être fait en quartz ou en une autre matière donnant facilement passage aux radiations ultraviolettes et il est possible d'appliquer la matière luminescente sur la face interne d'un tube extérieur qui entoure le tube à décharges proprement dit.
Au lieu d'appliquer la matière luminescente sur le tube extérieur, on peut l'appliquer également sur un réflecteur disposé de manière à être atteint par les radiations produites dans le tube à décharges. Pour éviter l'émission de radiations inopportunes à faible longueur d'onde on peut se servir de filtres. En général, on choisira l'absorption et les propriétés de transmission des diverses parties constitutives de la source de radiations en tenant compte du rayonnement voulu. Ainsi, par exemple, on aura à choisir des matières absorbant des radiations ultraviolettes si l'on ne désire obtenir qu'une source de radiations visibles.
Comme une matière à utiliser dans une source de radiations conforme à l'invention peut être excitée par des radiations de longueur d'onde très différente, on peut se servir d'un tube à décharges dans la vapeur de mercure à basse pression aussi bien que d'un tube à décharges dans la vapeur de mercure à . haute pression. On entend alors par ce dernier un tube dont la pression de vapeur est assez élevée en service pour que la décharge soit étranglée. Dans certains cas, on peut aussi se servir d'un tube à décharges dont l'atmosphère est constituée par des gaz rares ou par de la vapeur de zinc, de cadmium, d'arsenic ou par des mélanges.
On peut combiner la matière à luminescence bleue à utiliser dans une source de radiations conforme à l'invention à une autre matière luminescente dans le but d'obtenir une répartition spectrale déterminée des radiations émises, les matières pouvant alors,être cristallines aussi bien que vitreuses.
La description de cinq exemples, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, et quels sont les résultats obtenables au moyen des matières obtenues, les particularités qui en ressortent pouvant faire, bien entendu, partie de l'invention.
EXEMPLE I
On traite un mélange de:
90 g de carbonate de calcium précipité
36,6 g de silice précipitée
5 g de carbonate de cérium On chauffe le mélange pendant une heure et demie dans une atmosphère réductrice à une température de 1400 C. Si la matière obtenue est soumise à l'action de radiations ultraviolettes d'une décharge dans la vapeur de 3600A mercure, elle donne une forte émission bleue (longueur d'onde 3600 A ercure jusqu'à 6000 A avec une valeur maximum pour 4250 A).
La composition de la matière obtenue peut être représentée par 3.00 Ca0 : 2.00 SiO2: 0,03 Ce 0 .
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La dépendance vis-à-vis de la température ressort du tableau suivant.
Température en C Rendement lumineux en %
0 100
100 93
200 82
300 60
400 40
EMI4.1
¯FLiy.:Li'Ll II.
On traite un mélange de 67 g de carbonate de calcium
EMI4.2
; g d'alumine 20g de silice
EMI4.3
5,5 g de carbonate de ceriara On chauffe le mélange pendant une heure et dénie dans une atmos- phère réductrice à 1470 . Si la matière obtenue est soumise à l'action de radiations ultraviolettes 0'une décharge dans la vapeur de mercure, elle donne une forte émission bleue (lon-, gueur d'onde 5600 à 600 A avecune valeur maximum pour 4200 A).
Après l'arrêt de l'irradiation la matière reste phosphorescente pendant plusieurs minutes.
La composition de le. matière obtenue peut être repré-
EMI4.4
sentée par 2CaO : 1 8i0.2 : 1 l10'' : z0.03 Ce'0.
La dépendance vis-à-vis de la température ressort du tableau suivant: Température en C Rendement lumineux en %
20 100
100 72
200 41
300 20
EMI4.5
1±XE->iP QJIgI I ;
On traite un mélange de: 72 g de carbonate de glucinium (47% de glucine)
40 g de silice
11 g de carbonate de ceridm.
On chauffe ce mélange pendant une heure dans une atmosphère réductrice à une température de 1500 C. Si la matière obtenue est soumise à l'action de radiations ultraviolettes d'une décharge dans la vapeur de mercure elle donne une emissi@n bleue-blanchâtre (longueur d'onde 7)500 le jusqu'à 600 A avec une valeur maximum pour 4500 A.
La composition de lamatière obtenue peut être représen-
EMI4.6
tée par 2BeO : 1 8iO : 0.03 Ce03.
EXEMPLE IV.
On traite un mélange de:
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49 g de carbjnate de 3trontium g ci' alu;nine 40 g de silice 9 g de carbonate de cérium
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On chauffe le mélange pendant 2 heures et demie dans une atmosphère réductrice à 1360 . La matière obtenue, soumise à l'action de radiations ultraviolettes d'une décharge dans la vapeur de mercure, donne une émission bleue-blanchâtre de 300g A jusqu'à 6000 avec des valeurs maxima pour 3500A anchât et 4300 A .
La composition de la matière obtenue est 1 Al,203 : 2 SiO2 : 0,05 Ce2O3.
EXEMPLE V.
On traite un mélange de:
30 g de carbonate de calcium
18 g de silice
20 g d'alumine
3,3 g de carbonate de cérium.
On fait fondre le mélange dans une atmosphère réductrice à 1500 C. Au refroidissement il se produit un verre incolore qui, soumis à l'action de radiations ultraviolettes d'une décharge dans la vapeur de mercure, émet une forte luminescence bleu vif (longueur d'onde 3500 à 6000 A).