DE3632430A1 - Magnesiumdampf-entladungslampe - Google Patents
Magnesiumdampf-entladungslampeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Magnesiumdampf-Entladungslampen,
die als Strahlenquellen für ultraviolette
Strahlen für photochemische Reaktionen nützlich sind.
Um photochemische Reaktionen zu induzieren, werden Entladungslampen
verwendet, die eine wirksame Abstahlung von ultravioletten
Strahlen mit einer Wellenlänge im Bereich von
ca. 250 bis 400 nm gestatten. Als derartige Entladungslampen
werden in herkömmlicher Weise Hochdruck-Quecksilberdampflampen
und Superhochdruck-Quecksilberdampflampen verwendet,
bei denen jeweils eine Entladung zwischen ihren zugehörigen
Elektroden erzeugt wird. In jüngerer Zeit sind außerdem
elektrodenlose Hochdruck-Quecksilberdampflampen bekannt geworden,
in denen jeweils Quecksilber und ein Edelgas abgedichtet
in Mengen enthalten sind, die ausreichen, um eine
Entladung innerhalb einer elektrodenlosen, lichtemittierenden
Röhre aufrechtzuerhalten, wobei die Röhre mit elektromagnetischen
Wellen, wie z. B. Hochfrequenzwellen von einigen
10 MHz oder mehr, oder mit Mikrowellen von außen bestrahlt
wird, um die im Inneren der Röhre eingeschlossene Mischung
anzuregen und eine leuchtende Entladung herbeizuführen.
Jede dieser Hochdruck-Quecksilberdampflampen, entweder mit
Elektroden versehen oder ohne Elektroden, emittiert Licht in
einem Linienspektrum, das eine Anzahl von Spitzenwerten aufweist
und das sich über eine beträchtliche Breite des Wellenlängenbereichs
erstreckt. Es ist daher ineffektiv, derartige
Hochdruck-Quecksilberdampflampen für photochemische Reaktionen
zu verwenden, die die Anwendung des oben erwähnten
Längenwellenbereiches als wirksamen Wellenlängenbereich erfordern.
Entsprechend werden häufig Metalldampf-Entladungslampen
verwendet, in denen jeweils ein Metallhalogenid abgedichtet
als lichtemittierende Substanz innerhalb der lichtemittierenden
Röhre eingeschlossen ist, um die Lichtmenge
eines spezifischen, wirksamen Wellenlängenbereiches zu erhöhen.
Magnesiumdampf-Entladungslampen, in denen Magnesium abgedichtet
eingeschlossen ist, können zusätzlich außer dem
Quecksilberspektrum besonders lichtstarke Linien der Wellenlänge
279 nm, 285 nm, 309 nm, 383 nm und 384 nm aussenden.
Es wird somit von ihnen erwartet, daß sie die Effizienz bei
der Verbesserung bestimmter chemischer Reaktionen verbessern.
Die infolge des Einschlusses von Magnesium neu erhaltenen,
vorstehend aufgeführten lichtstarken Linien sind jedoch in
ihrer Ausgangsleistung klein im Vergleich zur Ausgangsleistung
der lichtstarken Linien des Quecksilberspektrums. Unter
diesen Umständen ist die Intensität der UV-Strahlen mit
einer Wellenlänge in einem Bereich, der für photochemische
Reaktionen wirksam ist, und die durch Magnesiumdampf-Entladungslampen
erhalten werden, nicht wesentlich von derjenigen
verschieden, die durch Hochdruck-Quecksilberdampf-Ent-
entladungslampen erhalten wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine
Magnesiumdampf-Entladungslampe zu schaffen, die in der
Lage ist, von eingeschlossenem Magnesium ein Spektrum zufriedenstellender
Intensität abzustrahlen und einen großen
Anteil ultravioletter Strahlen mit einer Wellenlänge zu
emittieren, die in einem Bereich liegt, der für photochemische
Reaktionen wirksam ist.
Im Hinblick auf die Erreichung dieses Zieles der vorliegenden
Erfindung wurde gefunden, daß eine Zugabe von Eisen zu
einer Metalldampf-Entladungslampe, die Magnesium als lichtemittierende
Substanz enthält, zur Erhöhung der Intensität
der Emission des Magnesiumspektrums wirksam ist. Eine Vielzahl
von Versuchen ist auf der Grundlage dieser Erkenntnis
durchgeführt worden, die zu einer Vervollständigung der vorliegenden
Erfindung geführt haben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch
diese eine Magnesiumdampf-Entladungslampe angegeben, die eine
lichtemittierende Röhre aufweist, in der sich Magnesium
und ein Halogen als lichtemittierende Substanzen abgedichtet
zusammen mit Quecksilber und einem Edelgas in Anteilen befinden,
die ausreichen, um eine Entladung aufrechtzuerhalten.
In der lichtemittierenden Röhre ist zusätzlich auch Eisen
mit eingeschlossen.
Der Begriff "Röhre" im Sinne dieser Anmeldung ist weit zu
fassen und nur durch das Ziel der vorliegenden Erfindung begrenzt.
Der Begriff "Röhre" kann daher z. B. Röhren, Kolben
u. dgl. umfassen.
Da in der vorliegenden Erfindung Eisen zu der Metalldampf-
Entladungslampe, die als lichtemittierende Substanz Magnesium
enthält, hinzugefügt ist, kann die Abgabe jedes Emissionsspektrums
von Magnesium bedeutend erhöht werden. Daher
ist eine solche Entladungslampe geeignet als UV-Strahlenquelle
für chemische Reaktionen verwendet zu werden, für die
eine Wellenlänge von 250 bis 400 nm wirksam und erforderlich
ist. Es ergibt sich außerdem der Vorteil, daß es auch möglich
ist, das Emissionsniveau und die Form jedes Spektrums
durch Wahl der jeweils zugesetzten Eisenmenge zu ändern, und
zwar vorzugsweise im Bereich von 350 bis 400 nm. Dadurch ist
es möglich, die Strahlenquelle an die Merkmale einer bestimmten
photochemischen Reaktion, für die die Magnesiumdampf-
Entladungslampe nch dieser Erfindung verwendet wird,
anzupassen.
Das obige und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden weiter anhand der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen,
sowie der zugehörigen Ansprüche in Verbindung mit den
beigefügte, auf die Ausführungsbeispiele bezogenen Zeichnungen
näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Magnesiumdampf-Entladungslampe
vom Elektroden-Typ nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 2 und 3 Emissionsspektren der Entladungslampe nach
Fig. 1 mit unterschiedlichen Eisenmengen als Parameter,
Fig. 4 ein Emissionsspektrum einer Magnesiumdampf-Entladungslampe
des Elektroden-Typs zum Vergleich, dem
eine Entladungslampe nach Fig. 1 zugrundeliegt,
wobei jedoch kein Eisen in die Entladungslampe eingeschlossen
ist,
Fig. 5 ein schematischer Querschnitt einer Lichtquelleneinheit
für photochemische Reaktionen, in dem eine
elektrodenlose Magnesiumdampf-Entladungslampe nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung eingesetzt ist,
Fig. 6 und 7 Emissionspektren der Entladungslampe nach
Fig. 5, wobei Eisen jeweils in unterschiedlicher
Menge eingesetzt war, und
Fig. 8 ein Emissionsspektrum einer Magnesiumdampf-Entladungslampe
ohne Elektroden zu Vergleich, die mit
Ausnahme des Fehlens von Eisen in der Entladungslampe
völlig derjenigen in Fig. 5 entspricht.
Die Ausgangsleistung des Emissionsspektrums einer Magnesiumdampf-
Entladungslampe steigt durch Zusatz von Eisen signifikant
an und überdies ist es lediglich notwendig, Eisen in
extrem kleiner Menge zusätzlich in der Entladungslampe mit
einzuschließen. Es wurde festgestellt, daß eine Zugabe in
einer Menge von 1 × 10-8 Mol pro cm3 Rauminhalt der lichtemittierenden
Röhre ausreichend große Wirkungen enthalten
kann. Selbst wenn Eisen in größerer Menge beigegeben wird,
sind keine wesentlichen nachteiligen Wirkungen auf das Emissionsspektrum
des Magnesiums beobachtet worden, im Gegenteil,
die Abgabe eines kontinuierlichen Spektrums in dem
Wellenlängenbereich von 350 bis 400 nm steigt infolge der
Emission zusätzlichen Lichtes durch ein Eisenhalogenid.
Es ist somit notwendig, mehr Eisen vorzusehen, wenn eine
photochemische Reaktion einen Wellenlängenbereich von 350
bis 400 nm erfordert. Wenn ein kontinuierliches Spektrum
entweder unnötig oder ungeeignet ist, wird empfohlen, weniger
Eisen beizumengen, um somit lediglich das Emissionsspektrum
des Magnesiums zu erhöhen. Wenn eine photochemische Reaktion
einen kleinen Wellenlängenbereich von 270 bis 300 nm
erfordert, kann andererseits Eisen in jeder gewünschten Menge
zugesetzt werden, da das kontinuierliche Spektrum des Eisens
in diesem Bereich äußerst schwach ist. Für solche photochemische
Reaktionen können die Ausgangsleistung des
Quecksilberspektrums und die Emissionen der Spitzen bei 279 nm
und 285 nm des gesteigerten Magnesiumspektrums verwendet
werden. Insbesondere kann Eisen in jeder gewünschten Menge
beigegeben werden, je nach der Art der photochemischen Reaktion,
für die die Magnesiumdampf-Entladungslampe nach der
Erfindung angewandt wird.
Nachfolgend wird insbesondere auf die in den Zeichnungen
dargelegten Ausführungsbeispiele Bezug genommen. In Fig. 1
ist eine Magnesiumdampf-Entladungslampe mit einer Nenn-
Leistungsaufnahme von 4 kW gezeigt. Sie ist als Lichtquelle
für photochemische Reaktionen verwendbar. Ein Paar
Elektroden 2 ist in gegenüberliegender Anordnung innerhalb
der lichtemittierenden Röhre 1 angeordnet, die ein zugeschmolzenes
Quarzglasrohr mit einem Innendurchmesser von 22 nm
und einem Innenvolumen von 100 cm3 bildet. Der Elektrodenabstand
beträgt 250 mm. Abgedichtete Grundkörper 11 sind
an beiden Enden der lichtemittierenden Röhre 1 vorgesehen.
Innerhalb jedes der abgedichteten Grundkörper 11 ist eine
Molybdänfolie 3 eingeschlossen, über die eine äußere Zuleitung 4
elektrisch mit der zugehörigen Elektrode 2 verbunden
ist. Innerhalb der lichtemittierenden Röhre 1 sind abgedichtet
eingeschlossen 170 mg Quecksilber, 1 × 10-5 Mol Magnesiumjodid
und Argongas mit einem Druck von 15 mmHg. In einem
ersten Beispiel sind zusätzlich 1 × 10-6 Mol Eisenjodid mit
eingeschlossen. Es wurde außerdem eine weitere Magnesiumdampf-
Entladungslampe als zweites Beispiel hergestellt, wobei
die Menge des mit eingeschlossenen Eisenjodids auf
30 × 10-6 Mol geändert wurde. Zu Vergleichszwecken wurde außerdem
eine Magnesiumdampf-Entladungslampe hergestellt, die
kein Eisenjodid enthielt. Somit wurden insgesamt drei Entladungslampen
verschiedener Art hergestellt. Sie wurden mit
einer elektrischen Eingangsleistung von 4 kW betrieben und
die Verteilung ihres jeweiligen Emissionsspektrums wurde gemessen.
Die Ergebnisse sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt,
die in dieser Folge dem ersten Beispiel, dem zweiten Beispiel
und dem Vergleichsbeispiel entsprechen.
Von diesen Darstellungen wird deutlich, daß die Spitzenwerte
des Emissionsspektrums des Magnesiums jeweils signifikant
und bedeutend im ersten Beispiel im Vergleich zu dem Beispiel,
bei dem kein Eisen eingesetzt wurde, erhöht waren,
wobei bei diesem ersten Beispiel 1 × 10-6 Mol Eisenjodid
hinzugegeben wurden. Dies zeigt die Signifikanz und Bedeutung
des Zusatzes von Eisen. Beim zweiten Beispiel, bei dem
die Menge des zugefügten Eisenjodids auf 30 × 10-6 Mol angehoben
wurde, zeigte das Emissionsspektrum des Magnesiums die
Neigung im Vergleich zum ersten Beispiel, bei dem Eisenjodid
in kleinerer Menge zugefügt wurde, abzunehmen, zeigt jedoch
signifikant erhöhte Abgabewerte im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel,
bei dem überhaupt kein Eisenjodid beigefügt
wurde. Außerdem kann in diesem Fall ein Emissionsspektrum
des Eisens als kontinuierliches Spektrum über eine Wellenlänge
im Bereich von 350 bis 400 nm beobachtet werden.
Es hat sich somit bestätigt, daß die Intensität des Emissionsspektrums
des Magnesiums beträchtlich durch die Zugabe
von einer kleinen Menge Eisen erhöht werden kann und ein
kontinuierliches Emissionsspektrum des Eisens erscheint,
wenn die Menge des verwendeten Eisen weiter erhöht wird. Es
ist daher möglich, eine Magnesiumdampf-Entladungslampe, d. h.
ein UV-Strahlen-Entladungslampe zu schaffen, die für jede
photochemische Reaktion am geeignetsten ist, indem die jeweils
eingesetzte Eisenmenge in Abhängigkeit von dem spezifischen
Wellenlängenbereich, den die photochemische Reaktion
erfordert, und in Abhängigkeit davon, ob die photochemische
Reaktion lichtstarke Linien im Emissionsspektrum oder ein
kontinuierliches Spektrum erfordert, gewählt werden.
Außerdem erweist sich die Beigabe von Eisen als neutral und
nicht von irgendwelchem wesentlichen Einfluß auf die elektrischen
Eigenschaften der Lampe, wie z. B. auf die Startspannung
und die Wiederzündespannung.
Bezug nehmend nunmehr auf Fig. 5 ist in dieser eine Lichtquelleneinheit
mit einem Magnetron 22 gezeigt, das eine
Nennausgangsleistung von 1,5 kW hat. Das Magnetron 22 erzeugt
Mikrowellen mit einer Wellenlänge von 2450 MHz. Diese
Mikrowellen werden durch einen Wellenleitkörper 23 zu einem
Reflektor 24 geleitet. Innerhalb des Reflektors 24 ist eine
elektrodenlose Magnesiumdampf-Entladungslampe, d. h. eine
ultraviolette Strahlen emittierende Entladungslampe angeordnet,
die aus einem kugelförmigen, lichtemittierenden Kolben 21
aus Quarzglas besteht. Der lichtemittierende Quarzglaskolben 21
wird mit den Mikrowellen bestrahlt. Die Frequenz
der Mikrowellen ist nicht auf die oben erwähnte Frequenz beschränkt.
Irgendwelche hochfrequenten elektromagnetischen
Wellen von einigen 10 MHz und mehr können hier erfolgreich
angewandt werden.
Der Innendurchmesser des lichtemittierenden Kolbens 21 beträgt
22 mm und das Innenvolumen beträgt ungefähr 5,6 cm3.
Innerhalb des lichtemittierenden Kolbens 21 sind abgedichtet
6 mg metallischen Quecksilbers, 1,6 × 10-6 Mol Quecksilberjodid
und Argon von 10 mmHg eingeschlossen. Zusätzlich ist
außerdem Eisenjodid in dem Kolben 21 eingeschlossen. Es wurden
drei elektrodenlose Entladungslampen verschiedener Art
hergestellt, das erste Beispiel enthielt 1,6 × 10-7 Mol Eisenjodid,
das zweite Beispiel enthielt 4,8 × 10-6 Mol Eisenjodid
und ein Vergleichsbeispiel enthielt überhaupt kein Eisenjodid.
Unter der Bestrahlung des lichtemittierenden Kolbens 21
mit Mikrowellen wurde die in dem Kolben 21 abgedichtete
Mischung angeregt, eine Entladung zu produzieren, wodurch
diese Mischung anfing zu leuchten. Die Verteilung der
Emissionsspektren der drei Beispiele elektrodenloser Entladungslampen
wurden gemessen. Die Ergebnisse sind jeweils in
den Fig. 6 bis 8 gezeigt, die entsprechend und in dieser
Folge dem ersten und zweiten Beispiel sowie dem Vergleichsbeispiel
entsprechen.
Wie diese Figuren zeigen, wurden die Spitzenwerte des Emissionsspektrums
des Magnesiums signifikant und bedeutend im
Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, bei dem kein Eisen beigefügt
wurde, erhöht, und zwar insbesondere bei dem ersten
Beispiel, in dem Eisenjodid in einer Menge von 1,6 × 10-7 Mol
beigefügt war. Die Bedeutung der Eisenbeigabe wurde somit
verdeutlicht. Im zweiten Beispiel, in dem die Menge des
zugesetzten Eisenjodids auf 4,8 × 10-6 Mol erhöht worden
war, zeigten die Spitzenwerte des Emissionsspektrums des
Magnesiums etwas abzunehmen im Vergleich zum ersten Beispiel,
in dem Eisenjodid in geringerem Umfang beigefügt worden
war. Jedoch sind immer noch signifikant erhöhte Spitzenwerte
im Vergleich zu dem Kontrollbeispiel zu verzeichnen,
bei dem kein Eisenjodid eingesetzt wurde. Außerdem wurde das
Auftreten des Emissionsspektrums von Eisen als kontinuierliches
Spektrum über eine Wellenlänge im Bereich von 350 bis
400 nm beobachtet. Wie oben gezeigt, kann somit ein Spektrum
ähnlich demjenigen, das von einer Entladungslampe mit Elektroden
erhalten wird, durch eine elektrodenlose Entladungslampe
erzielt werden.
Im Rahmen der Lehre der Erfindung sind selbstverständlich
verschiedenartige Abweichungen und Modifikationen in der
speziellen Gestaltung der Entladungslampen möglich, ohne daß
hierdurch der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
Claims (3)
1. Magnesiumdampf-Entladungslampe mit einer lichtemittierenden
Röhre, in der Magnesium und ein Halogen abgedichtet als
lichtemittierende Substanzen zusammen mit Quecksilber und
einem Edelgas in solcher Menge vorhanden sind, die ausreicht,
um eine Entladung innerhalb der lichtemittierenden
Röhre aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
Eisen in den abgedichteten innenraum der lichtemittierenden
Röhre eingesetzt ist.
2. Magnesiumdampf-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Röhre mit Entladungselektroden
für die Erzeugung einer Lichtbogenentladung
versehen ist.
3. Magnesiumdampf-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entladungslampe eine elektrodenlose
Entladungslampe des Typs ist, bei dem die lichtemittierende
Röhre von außen mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt
wird, wodurch die Mischung des Magnesiums, des Halogens, des
Quecksilbers, des Edelgases und des Eisens, die sich innerhalb
der lichtemittierenden Röhre befindet, zu einer Entladung
angeregt wird, die zur Lichtemission führt.
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