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Lampe-éclair.
D'invention concerne une lampe-éclair, aussi appelle lampe flash, constituée par une ampoule transparente fermée conte- nant une substance solide, .un gaz et un mécanisme d'allumage four- nissant, après allumage, un rayonnement actinique par suite d'une réaction chimique entre.la substance solide et le gaz.
Les lampes usuelles de ce type sont constituées par une -ampoule, généralement en verre, recouverte d'une ou plusieurs cou- ches de vernis alors qu'à l'intérieur se trouve, répartie au
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hasard de la laine métallique en fil ou en feuille, généralement du zirconium à l'état de fibres, dans une atmosphère d'oxygène, - La'-lampe contient en outre un; mécanisme d'allumage électrique .essentiellement constitué par une pâte que l'on porte à explosion ' par voie.électrique..Dans une forme de construction usuelle, une pâte, constituée par un mélange de poudre de zirconium, le bioxyde - de plomb (PbO2) et de nitrocellulose, est appliquée sur un fil de tungstène pouvant être porté à l'incandescence par voie électrique.
Le passage d'un courant électrique d'intensité suffisante provoque l'explosion de la pâte ce qui entraîne l'allumage de la laine mé- tallique en fil ou en fouille. La durée effective de la lumière fournie par les lampes-éclair est d'environ 5 à 25 msec suivant la forma, la réalisation et la grandeur. La température de couleur est d'environ 4000 K. On peut augmenter la température de couleur en appliquant une couche de vernis bleu sur l'ampoule de la lampe, ce qui permet de porter la température de couleur jusqu'à environ
5500 K. Toutefois, il en résulte une perte de lumière d'environ
30%.
L'invention permet d'augmenter la température de couleur, des lampes-éclair et fournit des possibilités d'obtenir une varia- tion, plus grande que celle possible jusqu'à présent dans les lampes-éclair usuelles, des paramètres qui déterminent le comporte- ment et les propriétés des lampes-éclair.
On aconstaté que ces résultats peuvent être obtenus par l'utilisation d'une atmosphère gazeuse essentiellement constituée par du fluor ou un ou plusieurs composés de fluor volatils qui, lors de l'allumage, se combinent avec la substance solide.
Il s'est en effet prouvé, d'une manière inattendue, qu'il est possible de provoquer une réaction entre une substance solide et le fluor ou un ou plusieurs composés volatils du fluor fournis- sant de la lumière actinique d'une qualité et en une quantité telles que cette lumière est utilisable dans une lampe-éclair.
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Il s'est en outre prouvé que, dans de nombreux cas, de telles réactions permettent d'obtenir une température de couleur plus élevée que dans les réactions correspondantes utilisant de l'oxygène au lieu de fluor ou d'un composé de fluor.
Un avantage particulier des lampes conformes à l'inven- tion est que, par suite de la grande stabilité des composés de fluor formés pendant'la réaction, la température dans la lampe pendant la réaction peut dépasser notablement le point d'ébullition de ces composés et même le point d'ébullition des oxydes correspondants, ce qui améliore la qualité et la'quantité du rayonnement émis.
Dans les conditions régnant dans une lampe-éclair lors de son allumage, la température de décomposition de Al2O3 est comprise entre environ 5000 et 6000 K. Cela implique que, pendant la combustion de l'aluminium, la température ne saurait dépasser une valeur comprise entre 5000 et 6000 K. Le point d'ébullition du Al2O3 se trouve à environ 3000 K. Aussi, après la réaction de combustion, la paroi intérieure de l'ampoule est recouverte d'une couche de Al2O3 qui est condensée à partir de la phase vapeur.
La température de décomposition de ZrO2 est d'environ 4500 K. D'après diverses publications, le point d'ébullition se. trouverait à environ 5000 K. Donc, pendant la réaction entre le zirconium et l'oxygène, la température ne saurait atteindre une valeur suffisamment élevée pour provoquer la vaporisation du ZrO2 formé. Aussi, après la réaction retrouve-t-on le ZrO2 formé au point le plus bas de l'ampoule. Malgré le fait que pendant la réaction la température dans une lampe-éclair au zirconium ne pour- rait atteindre une valeur aussi élevée que dans une lampe-éclair à l'aluminium, la première fournit cependant plus de lumière à température de couleur plus élevée. Ce fait s'explique probablement de la manière suivante.
Lors de la réaction entre l'aluminium et l'oxygène, on dispose d'une plus petite quantité d'énergie pour le rayonnement que lors de la réaction entre le zirconium et l'oxygène
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étant donné que, dans le premier cas, une partie de l'énergie est utilisée pour-la vaporisation de A1203. En pratiqué, les températu- res obtenues pendant la réaction ne diffèrent pas notablement.
Dans les conditions régnant dans une lampe-éclair après l'allumage, il s'avère que plusieurs composés de fluor de métaux sont stables jusqu'à environ 8000 K. Donc, la température pendant la réaction avec le fluor peut être portée à des valeurs qu'il est ,impossible d'obtenir généralement dans les lampes-éclair à atmosphè- re d'oxygène. Bien que les points d'ébullition des composés de fluor entrant en ligne de compte'soient inférieurs à environ 3000 K, la chaleur de vaporisation de ces composés est, en général, infé- rieure à celle des composés d'oxygène correspondants.
Dans les lampes conformes à l'invention, il se forme un dépôt de fluorure sur toute la surface de l'ampoule. Cela implique que ce dépôt se forme par condensation à partir de la phase vapeur.
Pour des considérations pratiques, dans de nombreux cas, une lampe contenant des composés volatils de fluor avec des métal- loïdes, composés qui peuvent être transformés avec la substance solide, sont préférés. Dans une telle lampe, il n'est généralement pas nécessaire de prendre des dispositions spéciales pour éviter des réactions prématurées entre le fluor et des parties de la lampe, tandis que le métalloïde permet d'influencer les propriétés de la lampe et le caractère de la lumière rayonnée ainsi que sa quantité-..-
Le choix d'une'combinaison appropriée de substance solide et de fluor ou de composés de fluor est essentiellement régi par l'énergie libérée lors de la transformation, énergie qui, vue de façon absolue-, doit être aussi grande que possible.
Cela implique que: a. La chaleur-de formation du composé volatil de fluor à utiliser éventuellement sera aussi faible que possible et de préférence négative. b. De préférence, le composé de fluor mentionné sous a contiendra
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un nombre aussi grand que posbible d'atomes de fluor par mol4- cule, entre autres en vue de la pression de remplissage du gaz.
±. La chaleur de formation du composé de fluor formé sera aussi élevée que possible. d. Le compose formé sera aussi stable que possible à la température obtenue. e, La chaleur de vaporisation du composé formé par la réaction sera aussi faible que possible.
De préférence, on utilise des compotes de fluor volatils de métalloïdes dont la dissociation ne requiert pas plus de 20 kcal dans les conditions normales, c'est-à-dire sous une pression de 1 atmosphère et à une température de 25 C. Ce sont, par exemple, des composés tels que les fluorures d'azote (NE 3 N2F4), les fluo- rures d'oxygène (OF2) et les fluorures d'iode (JF5, JF7). On peut également utiliser des mélanges de tels composés.
Dans les condi- tions normales, l'enthalpie de formation (¯H) et l'énergie de dissociation par atome de fluornde ces composés est, en kcal/mol
EMI5.1
<tb> ¯H <SEP> énergie <SEP> de <SEP> dissociation <SEP> par
<tb>
<tb> atome <SEP> de <SEP> fluor
<tb>
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<tb> OF2 <SEP> + <SEP> 7,6 <SEP> + <SEP> 3,8 <SEP>
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<tb> NF3 <SEP> - <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 9 <SEP>
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<tb>
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<tb> N2F4 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> . <SEP> - <SEP> 1/2
<tb>
pour JF5 et JF7, ces valeurs ne sont pas exactement connues; on sait qu'elles sont petites. Le gaz peut encore contenir de petites quantités de substances volatiles, par exemple pour modifier la vitesse de combustion.
On a par exemple constaté que la vitesse de combustion peut être augmentée en ajoutant au gaz de remplissage une petite quantité de composé d'hydrocarbure gazeux ou volatil.
Dans les lampes conformes à l'invention, on peut utiliser des pres- sions de remplissage usuelles, par exemple une atmosphère ou plus.
Sur base de considérations ci-dessus, on utilisera, pour la substance à brûler, en premier lieu les éléments appartenant
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au troisième groupe principal du système périodique des éléments, les terres rares, les actinides et le quatrième groupe secondaire du système périodique et ceux du'quatrième groupe principal sili- cium. Ce sont donc les éléments bore, aluminium, scandium, ytterbium, lanthane, cérium et d'autres terres rares, l'actinium, le thorium, l'uranium, le titane, le zirconium, l'hafnium et le silicium.
, On peut également utiliser des combinaisons de ces éléments, par exemple sous forme'd'alliages ou de mélanges éventuelllement avec des éléments n'appartenant pas au groupa mentionné.
L'utilisation pratique'd'un certain nombre des éléments mentionnés est entravée par leur prix élevé; cela s'applique par exemple au scandium, à l'ytterbium, aux terres rares, actinium et hafnium.
Certains éléments permettent de réaliser assez facilement de minces feuilles ou fils que l'on peut introduire sous forme d'une laine métallique dans l'ampoule C'est le cas par exemple pour l'aluminium, le zirconium et le thorium.
On peut également réaliser de minces feuilles à partir d'une poudre desdits éléments et d'un liant, et introduire ces feuilles sous forme de longues fibres dans la lampe.
Il est également possible d'enrober, à l'aide d'un mélange d'une poudre, par exemple de bore ou de silicium, et d'un liant, deux électrodes garnies de pâte explosive. Il suffit alors de faire passer une étincelle entre les électrodes pour provoquer l'allumage de la lampe.
Le choix de la pâte d'amorçage éventuelle est en premier lieu.déterminé par le composé de fluor existant dans la lampe.
Avec cette pâte, il faut atteindra, lors de l'allumage, au moins une température telle que la composé de fluor commence à se décomposer et que la réaction entre le fluor et la substance solide soit amorcée.
Dans de nombreux cas, la'température de couleur de lampes
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conformes à l'invention est plus élevée que celle de lampes compa- rables à atmosphère d'oxygène, de sorte que ces lampes peuvent être utilisées pour la photographie en couleurs sur du matériel lumière du jour sans qu'il soit nécessaire d'appliquer sur l'am- poule des couches de vernis d'un bleu prononcé. De ce fait, une augmentation de la température de couleur, éventuellement estimée nécessaire, provoquera donc relativement une plus faible perte de lumière que dans les lampes-éclair correspondantes à atmosphère d'oxygène.
L& description qui va suivre avec référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La.Fig. 1 représente à l'échelle 2;1 une lampe-éclair d'un diamètre de 22 mm.
La Fig. 2 représente, à l'échelle 2:1, une lampe-éclair d'un diamètre de 16 mm.
La lampe-éclair représentée sur la Fig. 1 a un volume de 7,75 cm3 et contient 26 mg de zirconium sous forme d'une laine métallique 1. Dans la lampe se trouvent les conducteurs de courant 2 et 3 qui sont reliés entre eux par un filament de tungstène 4.
Cette combinaison est recouverte d'une petite quantité de pâte d'amorçage 5. La pâte est constituée par la poudre de zirconium, du peroxyde de plomb et de la nitrocellulose; ce dernier composant fait office de liant.
Lorsqu'on remplit la lampe d'oxygène jusqu'à une pres- sion de 70 cm, la quantité de lumière rayonnée après l'allumage est de 9600 lumensecondes et le temps compris entre l'amorçage et l'obtention du flux lumineux maximal est d'environ 20 msec.
La température de couleur de la lumière rayonnée est d'environ 4000 K.
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La lampe-éclair représentée sur la Fig. 2 a un volume de 3,85 cm3 et contient 11 mg de zirconium sous forme d'une laine métallique. Les chiffres de référence ont la même signification que sur la Fig. 1. La lampe est également remplie d'oxygène jus- qu'à une pression de 70 cm. Après allumage, la lampe rayonne en- viron 3900 lumensecondes et le temps nécessaire entre l'amorçage et l'obtention du flux lumineux maximal est d'environ 20 msec.
La température de couleur de la lumière rayonnée est également d'environ 4000 K. Les données précitées concernent des lampes claires.
EXEMPLE 1. -
Lorsqu'une lampe telle que représentée sur la Fig. 1 est remplie de OF2 jusqu'à une pression de remplissage de 70 cm, la quantité de'lumière totale fournie après allumage est de 13400 lu- mensecondes, le temps qui s'écoule entre l'allumage et l'obtention du flux lumineux maximal est d'environ 40 msec, tandis que la température de couleur dépasse d'environ 450 ok celle de la lampe remplie d'oxygène.
EXEMPLE 2.-
Lorsqu'au lieu de OF2 on utilise du NF3, pour une même pression de remplissage, les valeurs précitées sont respectivement 6500 lumensecondes, environ 90 msec et environ 550 K.
EXEMPLE 3.-
Lorsqu'une lampe telleque représentée sur la Fig. 2 est remplie de OF2 jusqu'à une pression de 70 cm, les valeurs précitées sont respectivement 5100 lumensecondes, environ 30 msec et environ 500 K.
EXEMPLE 4.-
Lorsqu'on remplit une lampe telle que représentée sur la Fig. 2 de NF3 jusqu'à une pression de 70 cm, ces valeurs sont res- pectivement de 2200 lumensecondes, environ 70 msec et environ 650 K.
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EXEMPLE,5.-
La lampe représentée sur la Fige 1 a été remplie d'un mélange de OF2 et de NF3. Lorsque la pression partielle du OF2 est de 20 cm et celle du NF., de 50 cm, la quantité de lumière rayon- née est de 9000 lumensecondes, le temps nécessaire pour obtenir le flux lumineux maximal est d'environ 70 msec et la température de couleur dépasse d'environ 150 K celle d'une même lampe remplie d'oxygène à la même pression. Lorsque la lampe est remplie d'un mélange de OF2 et de NF3, alors que les pressions partielles sont respectivement 50 et 20 cm, la quantité de lumière rayonnée est de 13800 lumensecondes, le flux lumineux maximal est.atteint après en- viron 50 msec et,la température de couleur dépasse d'environ 500 K celle de la même lampe'remplie d'oxygène.
EXEMPLE 6. -
Lorsqu'au lieu de zirconium, on utilise un alliage d'alu- minium et de magnésium (7%) dans une lampe telle que représentée sur la Fig. 2, on obtient, avec un remplissage de 7 mg de cet al- liage et 95 cm de OF2, une quantité de lumière de 4000 lumensecondes et un temps maximal de 35 millisecondes. Lorsque le OF2 est rem- placé par de l'oxygène à la même pression, la quantité de lumière fournie n'est que de 2140 lumensecondes et le temps maximal est de 17 millisecondes. Dans le premier cas, la température de couleur de la lumière rayonnée est plus élevée.
Le temps qui s'écoule entre l'allumage des lampes-éclair conformes à l'invention et l'obtention du flux lumineux maximal (temps maximal) est trop long pour certains types d'obturateur.
Comme il a déjà été mentionné, la vitesse de combustion peut être augmentée, de sorte que le temps maximal peut être réduit par l'ad- dition au gaz de remplissage d'un composé d'hydrocarbures gazeux ou volatil. Fait étonnant, une telle réduction entraîne en général une plus grande quantité de lumière fournie par la lampe.
Des hydrocarbures utilisables à cet effet sont les composés
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gazeux et volatils de carbone et d'hydrogène à formule brute telle que Cnh2n+2' CnH2n' CnH2n-2 et d'autres contenant, par atome de carbone; de préférence au moins un atome d'hydrogène et ayant, à une température d'environ -30 C, une tension de vapeur d'au moins environ un. On peut également utiliser des composés cycliques d'hy-' drocarbure satisfaisant à ces conditions.
Comme composés utilisa- bles, il a lieu de mentionner entre autres le méthane, l'éthane, le propane, le butane, l'isobutane, le n-pentane, le n-hexane, le n-heptane et les isomères, l'éthylène, le propylène, le butène-1, le butène-2, l'isobutylène le pentène-1, le 2-méthylbutène-l, le 3-méthylbutène-1, l'hexène-1 et des isomères, l'heptène-1 et des isomères, allène, isoprène, benzène, etc...
D'une façon générale, il s'avère que de petites quantités de ces hydrocarbures exercent déjà une grande influence sur la vitesse de combustion. Pour chaque hydrocarbure, des essais simples permettent de constater la quantité assurant les résultats optimaux, En général, il suffit déjà de quelques cm de pression de remplis- sage pour obtenir le raccourcissement désiré-du temps maximal.
Cet effet est illustré à l'aide des exemples de réalisa- tion 7 à 10.
EXEMPLE 7. -
Lorsqu'une lampe telle que représentée sur la Fig. 2 est remplie d'un mélange gazeux constitué par du OF2 et du C3H8 (propane) on a obtenu les résultats mentionnés au tableau ci-après.
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TABLEAU I -------------------
EMI11.1
<tb> Quantité <SEP> de <SEP> OF2 <SEP> en <SEP> cm <SEP> C3H8 <SEP> en <SEP> cm <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Temps <SEP> maximal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zr <SEP> en <SEP> mgr <SEP> lumière <SEP> en <SEP> en <SEP> milli-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lumensecon <SEP> secondes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> des <SEP> par <SEP> mgr
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> Zr
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13,2 <SEP> 70 <SEP> - <SEP> 385 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 13 <SEP> 70 <SEP> 0,25 <SEP> 385 <SEP> 25
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<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12, <SEP> 6 <SEP> 69,5 <SEP> 0,5 <SEP> 400 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 69 <SEP> 1,
<SEP> 2 <SEP> 445 <SEP> 9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11,5 <SEP> 68,5 <SEP> 1,5 <SEP> 450 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 68 <SEP> 2 <SEP> 390 <SEP> 5
<tb>
EXEMPLE 8.-
OF2 de l'exemple 7 est remplacé par NF3, ce qui fournit les résultats mentionnés au tableau 2.
¯TABLEAU¯2¯
EMI11.2
<tb> Quantité <SEP> de <SEP> NF3 <SEP> en <SEP> cm <SEP> C3H8 <SEP> en <SEP> cm <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Temps <SEP> maximal
<tb> Zr <SEP> en <SEP> mgr <SEP> ' <SEP> lumière <SEP> en <SEP> en <SEP> millilumensecon- <SEP> secondes
<tb> des
<tb>
<tb> . <SEP> 11 <SEP> 120- <SEP> 364P <SEP> ca <SEP> 70
<tb>
<tb> 11 <SEP> 150 <SEP> . <SEP> - <SEP> 4180 <SEP> ca <SEP> 70
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> 4 <SEP> 5470 <SEP> 15
<tb>
<tb> 11 <SEP> 160 <SEP> 6 <SEP> 4950 <SEP> 8
<tb>
EXEMPLE 9..-
Des essais effectués avec d'autres hydrocarbures ensemble avec du NF3 dans une lampe telle que représentée sur la Fig. 2 ont donné les résultats suivants.
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TABLEAU 3
EMI12.1
<tb> Quantité <SEP> de <SEP> NF3 <SEP> en <SEP> cm <SEP> Hydrocarbure <SEP> Quantité <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Temps
<tb>
<tb>
<tb> Zr <SEP> en <SEP> mgr <SEP> en <SEP> cm <SEP> lumière <SEP> en <SEP> maximal
<tb>
<tb> lumensecon- <SEP> en <SEP> milise-
<tb>
<tb> des <SEP> condes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> C3H8 <SEP> 4 <SEP> 5470 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> CH4 <SEP> 6 <SEP> 5130 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> C6H6 <SEP> 3 <SEP> 5560 <SEP> 14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> C6H6 <SEP> 4 <SEP> ca <SEP> 5000 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 147 <SEP> n-C7H16 <SEP> , <SEP> 3 <SEP> 5500 <SEP> 11
<tb>
EXEMPLE 10.-
Une lampe d'un volume de 7,75 cm3 telle que représentée sur la Fig.
1 contenant 30,9 mgr de zirconium, du NF3 jusqu'à une pression de 147 cm et du propane, jusqu'à une pression de 4 cm a fourni environ 8800 lumensecondes, la température de couleur étant de 4600 k: une même lampe à remplissage constitué par 30,8 mgr de zirconium et de l'oxygène jusqu'à une pression de 151 cm a fournie il est vrai, environ 9500 lumensecondes, mais elle n'a permis d'atteindre qu'une température de couleur de 3900 K.
Les valeurs mentionnées sont des moyennes des résultats d'un certain nombre de mesures..
Les mesures ont toutes été effectuées sur des lampes non colorées.