HU180150B

HU180150B - Low pressure mercury vapour lamp

Info

Publication number: HU180150B
Application number: HU80801617A
Authority: HU
Inventors: Willem L Konijnendijk; Robert C Peters; Petrus J Willemsen
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1983-02-28
Also published as: AU530480B2; DE3024476C2; NL7905161A; NL184712B; BE884113A; US4354139A; IT1131551B; SE8004812L; CA1155900A; FR2461355A1; GB2054951A; JPS5611848A; SE441319B; DE3024476A1; JPH0146990B2; ES492984A0; ES8102415A1; AU5976780A; IT8023143A0; FR2461355B1

Description

A találmány tárgya kisnyomású higanygőz kisülési lámpa sugárkezeléshez, amelynek szelektív fényáteresztő üvegből lévő kisülési csöve van, a kisülési cső belső felülete lumineszcens réteggel van bevonva.

Ismeretes, hogy a 305-320 nm hullámhossz tartományba eső sugárzásnak előnyös gyógyászati hatása van, például a psoriasls és más bőrbetegségek gyógyításánál /lásd H. Tronnier és társai cikkét az Afinidad 1977· májusi számának 289-290· oldalain/. A bevezetőben Ismertetett lámpát a fent említett hullámhossz tartományba eső szelektív sugázás keltésére dolgozták ki, és a közzétett 2 707 894 számú NSZK szabadalmi leírásban ismertették. Ennek az Ismert lámpának egy lumineszcens rétege van, amelyben / ' a lumineszcens anyag oériummal aktivált stroncium-aluminát. Ezt a lumineszcens anyagot a 7214862 és a 7401935 sz· holland szabadalmi leírások Is ismertetik, és ezek viszonylag nagy sávszélességben bocsátanak ki sugárzást /a félérték sávszélesség hozzávetolegesn 45 nm/. amelynek a maximuma hozzávezetőlegesen 310 nm-en van, nymodon az ezen anyagok által kibocsátott sugárzásnak mintegy a fele az erythema sáv /290-315 nm/ UVB-részére esik. A maximális erythema érzékenységnél /mintegy 297 nm/ ennek az anyagnak az intenzitása a 310 nm-re eső maximumnak még mindig mintegy a 75 %-a. Mivel a főtoterápiában az erythema sugárzásnak általában csak egy perces mennyisége engedhető meg, az ismert lámpánál egy szűrőt alkalmaznak. E óéiból a lumineszcens réteggel ellátott kisülési cső olyan üvegből készül, amely szelektív áteresztő képességgel rendelkezik. Az üvegnek mintegy 295 nm-en elnyelési éle van. Az üveg ezen hullámhossz alatt

-1180150 gyakorlatilag nem engedi át a sugárzást. Az ismert lámpának az a nagy hátránya, hogy a lumineszcens anyag által emittált sugárzásnak 60 %-át is elnyeli a kisülési oső fala, és ezért a sugárzási hatásfoka nagyon alacsony. Ezen túlmenően a kibocsátott sugárzás szelektivitása nem elegendően nagy. Azt találtuk, hogy az UV tartományba /250-400 nm/ eső teljes sugárzás minden wattjából csak mintegy 0,14 watt hasznos sugárzás esik a 507,5-517,5 nm-es tartományba. Ennek következtében hosszú besugárzási időre van szükség, ami számos hátránnyal jár. Az ismert lámpának egy további hátránya szintén a kié szelektivitás következménye, az ugyanis, hogy a lámpa által kibocsátott erythema sugárzás lényegesen az elméletileg lehetséges minimális mennyiség fölött van. Mivel azonban az erythema érzékenységi görbe /amelyet a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság határozott meg/ a 507,5517>5 nm-es tartományban még mindig felvehet 20 %-tól majdnem 0 % értéket, az ebbe a tartományba eső sugárzásnak is van erythema hatása. Abban az esetben, ha egy sugárzásnak egyenletes energia-spektruma van, akkor ebbe a tartományba wattonként 0;08 erythema watt jut, ami ekkor az elérhető legkisebb mennyiség. Ezzel szemben az ismert lámpánál azt találtuk, hogy az a hasznos sugárzás egy wattjából mintegy 0,17 erythema wattot sugároz ki. Meghatározott megengedett erythema terhelés esetén ez azt jelenti, hogy a kezelésenként! hasznos sugárzás dózisa korláto* zott, következésképpen a kezelések számának növelése szükséges·

A találmány elé célul tűztük ki egy lámpának a kidolgozását sugárkezelés céljára, amelynek nagy a sugárzási hatásfoka és lényegesen jobb a szelektivitása.

A kitűzött célt a találmány szerinti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa segítségével értük el, amelynek szelektív fényáteresztő üvegből lévő kisülési csöve van, a kisülési cső belső fala lumineszcens réteggel van bevonva, amely lumineszcens . réteg a találmány szerint olyan lumineszcens anyagot tartalmaz, amelynek a gadolinlumra jellemző 512 nm hullámhosszú vonalas sugárzása van és a kisülési cső üvegének 260 és 280 nm hullámhossz tartományba eső elnyelési levágása van és a kisülési cső fényklbocsájtásának legalább 80 %-a 512 nm hullámhosszon van.

A találmány annak a ténynek a felismerésén alapszik, hogy nagy hasznos hatásfok és emellett alacsony erythema terhelés csak úgy érhető el, ha az alkalmazott lumineszcens anyaggal szemben állítunk szigorú követelményeket. Ezen túlmenően az anyagnak 254 nm-es gerjesztősugárzás hatására jó hatásfokkal úgy kell sugároznia, hogy a sugárzás lényegében a 505-520 nm-es tartományra koncentrálódjon, vagyis az anyag által kibocsátott sugárzás lényegében teljes mértékben hasznos sugárzás, és az erythema sugárzás mennyisége közelit ahhoz a legalacsonyabb értékhez, amely elméletileg egyáltalán lehetséges. Azt találtuk, hogy a gadollniumra jellemző 512 nm-es vonalas sugárzás kielégíti ezeket a feltételeket. A Cd-ionnak jellegzetes emissziós spektruma van, ami azt jelenti, hogy a spektrum csak kis mértékben függ a lumlneszoens ionnal egyesített befogadó kristályrácstól. A Gd emisszió nagyoh kis sávszélességű /gyakorlatilag néhány nagyon szorosan egymás mellett lévő emissziós vonalból áll/, amelynek a maximuma megközelítően 512 nm. A félérték szélesség csak 2-4 nm. Ezen túlmenően a gadolinium különböző befogadó kristályszerkezetekben jó hatásfokkal lumineszkál.

A találmány szerinti lámpa alkalmazásával feleslegessé válik az erythema sugárzást elnyelő szűrő használata, azonban

-2180150 az üvegnek szelektív átbocsátóképességűnek kell lennie. A kisülési cső üvegének ugyanis a 260-280 nm tartományon belül elnyelési levágása kell, hogjz legyen. Ez azt jelenti, hogy az üveg átbocsátóképességének görbéje a 260-280 nm tartományon belüli hullámhosszon 10 %-os értéket kell bogy elérjen, és ez alatt a hullámhossz alatt még kisebbet. így biztosítható, hogy 260 nm alatt lényegében nem jön létre sugárzás. Ezen túlmenően az üvegcsőnek J12 nm-en legalább 80 %-cs átbocsátóképessége kell, hogy legyen. Ez az átbocsátási tulajdonság azért szükséges, hogy megakadályozzuk a lámpában keletkező higany 185 nm-es és mindenekelőtt a 254 nm-es rezonancia sugárzás kijutását. Az a követelmény, amely szerint 312 nm-en az átbocsátóképesség legalább 80 %-os legyen, azt jelenti, hogy az átbocsátóképesség görbéje nagyon meredeken változik es a Gd-sugárzás legnagyobb része kijut.

A találmány szerinti lámpával nagy sugárzási hatásfok érhető el, mivel a lumineszcens anyag által emittált sugárzásnak nem több, mint 20 %-a. , és a kisülési cső üvegének optimális megválasztásával még ennél kevesebb sugárzás nyelődik el a cső falában. Ez egy lényeges többlethatás az ismert lámpáéhoz képest, amelyben a sugárzásnak több, mint 60 %-a nyelődik el. A találmány szerinti lámpának egy további lényeges előnye a kiváló szelektivitása. Az ismert lámpa által az UV sávba /250-400 nm/ eső wattonként! sugárzásból a hasznos sugárzásra /507,5-517,5 nm/ ' 0*14 watt kibocsátott sugárzásával szemben a találmány szerinti lámpánál a hasznos sugárzásra eső rész 5-6~szor nagyobb, nevezetesen 0,70-0,80 watt per watt. A lámpa nagyon jó szelektivitása az erythema sugárzás alacsony szintjéből is látható, amely az alkalmazott üvegtől függően csak mintegy 0,10-0,13 erythema ' watt a hasznos sugárzás egy wattjához viszonyítva, amely értékek nagyon jól megközelítik az elméletileg lehetséges minimális mennyiséget.

A találmány szerinti lámpa egy előnyös kiviteli alakjánál a lumineszcens réteg gadoliniummal és bizmuttal aktivált borátot tartalmaz, amely borátot az képlet határoz meg, amelyben 0,15-x, O,OOl-y-0,05 es x+y-1. Ezek a borátok amelyeket egyébként közzétett a 7607724 sz. holland szabadalmi leírás is Ismertet, nagyon jó hatásfokkal emlttálják a jellegzetes Gd-sugárzást. Ezekkel az anyagokkal a mintegy 254 nm-es hullámhosszú higany rezonanola sugárzással gerjesztve, 70-75 % kvantum hatásfok érhető el.

A találmány szerinti lámpa egy második előnyös kiviteli alakjánál a lumineszcens réteg gadoliniummal és ólommal aktivált terner alumlnátot tartalmaz,amelynek hexagonális magneto-plumblt szerkezete van, az aluminát ABC összetétellel rendelkezik, ahol A jelentése 25-99 mól % Gd^O,, 1-35 ^mél % PbO és előnyösen 1/2 LagOj, B jelentése AlgO^, az AlgO^-nak legfeljebb 20 mól %-a Scg0,-al van helyettesítve és C jelentése MgO és/vagy ZnO, az Al₂O₅-nak legfeljebb 10 mól %-a helyettesíthető azonos menynyiségu S10₂-vel MgO-val és/vagy ZnO-val együtt, az A komponens legfeljebb 70 mól %-a helyettesíthető SrO-val és/vagy CaO-val, ezzel együtt a 0 komponens ekvivalens mennyisége helyettesíthető 1/2 Al₂0y-al, és az A,B és C komponensek kielégítik az /A/^ 0,02, 0,55 -'^rBJ - 0,95 és 1/2 ’A feltételt. Ezeknek az aluminátoknak, amelyeket egyébként a'még közzé nem tett 7811436 sz. holland szabadalmi leírás is ismertet, nagyon magas a kvantum hatásfokuk. Például a Gűq*^ο^Ο,Ι^βΑΐ-^Ο^ és a Gdo^ss²¹¹⁰·¹·^!

-3180150 képletekkel meghatározott anyagok kvantum hatásfoka 254 nmes'gexjesztés esetén 50-55 %.

A találmány szerint, lámpa egy további előnyös kiviteli alakjánál a lumineszcens réteg gadoliniummal és ólommal aktivált Sr és/vagy Ca és Y és/vagy La szilikátot tartalmaz, amely összetételt az /Sr »^3__ρΡ8_ρ/Ύ ,La/₂__qGd^-Si₆O₁₈ képlet határoz meg, ahol 0,01 -p-0,50 és 0,05-^2,0. Ezeknek a szllikátoknak a kvantum hatásfoka Gd-lumlneszcencláxa 254 nm-es gerjesztés esetén hozzávetőlegesen 60 %.

A találmány szerinti lámpa kisülési csöveg üveganyagául többségében Si0₂-t tartalmazó kvarcüveget alkalmazunk, amelynek az elnyelési levágását más elemek kis mennyiségének hozzáadásával 260 nm-ről 280 nm-re toltuk.

A találmány szerinti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kisülési csövének üvege célszerűen az alábbiakat tartalmazza: 68 - 85 mól % S10₂,

2.5 - 5,0 mól % B₂0,,

- 20 mól % legalább egy alkáli fémoxid,

2.6 - 5,5 mól % legalább egy alkáli földfémoxid,

0-2,0 mól % AlgO^, valamint a Ti0₂, OeO₂, CuO, FögOj és V₂0^ legalább egyike kis mennyiségben olymódon, hogy az üveg elnyelési éle 260 és 280 nm hullámhossz közé esik, az üvegnek a fentiek szerint mól %okban meghatározott alapösszetétele nagyon rövid hullámhosszú elnyelési levágása van, például 210 nm, Így ezek az üvegek az ultraibolya sugárzás viszonylag rövid hullámhosszait átengedik· Az alap Összetételhez a TiOg, CeO₂,CuO, Fe₂0^ és oxidok közül egynek vagy többnek kis mennyiségben történő hozzáadásával az elnyelési levágás viszonylag tág határok között állítható. A találmány szerinti lámpa üvege általában 100-2500. 10-6 sulyrésznyit tartalmaz ezekből az oxidokból. Ezeknek az üvegeknek az a további előnyük, hogy az átbocsátóképesség görbéje elég meredeken változik ahhoz, hogy a hasznos sugárzás nagy része áthatolhat. Ezen túlmenően, ezeknek az üvegeknek jó tulajdonságaik lehetővé teszik, hogy kisnyomású higanygőz kisülési lámpák kisülési csövét alkossák.

A találmány szerinti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kisülési csöve üvegének különösen előnyös összetétele tartalmaz 75,5 ± 2 mól % SiO₂, 2,8 + 0,1 ®61 % B₂0^, 10,2 +0,3 mól % Na₂0,

7.7 + 0,3 mól % K₂0, 3,0 + 0,1 mól % BaO,

1,0 + 0,05 mól % ^a12°3 ^ezeJ3 * ^ttlmön^^en 500-2000. 10“^ aulyrész Ti0₂·

A találmány szerinti lámpát az alábbiakban a mellékelt rajz és kiviteli példák kapcsán Ismertetjük részletesebben. A rajzon az

-4180150

1. ábra a találmány szerinti lámpa metszetét mutatja vázlatosan, a

2. ábra ennek a lámpának emlttált sugárzása spektrális energla-eloaztását mutatja grafikusan.

Az 1. ábrán bemutatott lámpának 1 kisülési csöve van, amely hozzávetőlegesen 120 top. hosszú és külső átmérője hozzávetőlegesen 38 mm. Az 1 kisülési cső falvastagsága mintegy 0,75 mm. Az 1 kisülési cső üvegének az alábbi összetétele van: 75,46 mól % /68,4 súly %/ SiOg, 2,76 mól % /2,9 súly %/ BgOj 10,17 mól % /10,9 súly %/ Na^O, 7,68 mól % /10,9 súly %/ K₂0, 2,94 mól % /6,8 súly %/ BaO,

900 . 10 sulyrész Τ10₂·

Ennek az üvegnek mintegy 265 nm-en mintegy 10 %-os átbocsátóképessége van. 312 nm-en a kisülési cső átbocsátóképessége 85-90 %▼ Az 1 kisülési cső végein egy-egy 2 és 3 elektróda van, amelyek között működés közben kisülés van jelen. A lámpa gyujtógázként nemes gázok keverékét és kis mennyiségű higanyt tartalmaz. Az 1 kisülési cső belső falára 4 lumineszcens réteg van felvive, amely a Gd sugárzására jellemző 312 nm-es sugárzást emittál, A 4 lumineszcens réteg az 1 kisülési csőre hagyományos módon vihető fel, például a lumineszcens anyagot tartalmazó szuszpenzióval. A lámpa működése közben 40 W-ot vesz fel.

1. példa

Több, az 1. ábrán bemutatott lámpára olyan lumineszcens borát réteget vittünk fel_? amelyet az ía_Q ^θ^θ^Ο 5^0 013“^Β3θ6 képlet határoz meg. A lámpa 100 órás üzeme után azt találtuk, hogy az a teljes spektrumban /250-400 nm/ 5,603 W teljes sugárzási teljesítményt emlttált. A 307,5-53-7,5 nm-es hasznos sugárzás tartományába eső mennyiség 4,460 W volt, vagyis a teljes emlttált sugárzásnak mintegy 80 %-a. A 2. ábra a lámpa által emlttált sugárzás spektrális energiaeloszlásának,grafikus ábrázolását mutatja. A vízszintes tengelyre a hullámhossz van felvive nm-ben, míg az emlttált sugárzási E energia a függőleges tengelyen olvasható le W-okban, 5 nm-es intervallumokban.

2. példa

A lámpáknak az 1. ábra kapcsán ismertetett szerkezeti kialakításuk volt azzal az eltéréssel, hogy a kisülési cső hosz* sza 150 iám, és a lámpát 80 W teljesítményfelvételre készítettük. Az alkalmazott lumlneszoens réteg azonos volt az 1. példában ismertetettel. A lámpák 100 órás üzeme után a teljes tartományban /250-400 nm/ emlttált sugárzás mennyisége 11,2 W volt. A lámpa által emlttált erythema sugárzás mennyisége 0,92 erythema watt volt, vagyis a teljes hasznos sugárzás mennyiségének mintegy 11,5 %-a. összehasonlításképpen, a fentiekben ismertetett lámpával azonos szerkezeti kialakítású ismert lámpa, a— melynek azonban az elnyelési levágása hozzávetőlegesn 300 nm volt és lumineszcens oérlummal aktivált stronclum alumlnátot tartalmazott, a teljes tartományban /250-400 nm/ 5,9 sugárzást

-5180150 emlttált /amely csak mintegy 55 %-a a lumineszcens anyag által előállított sugárzásnak/. Ebből a sugármennyiségből azonban csak mintegy 0,85 W esett a 507,5-517,5 nm tartományba. Ezen túlmenően azt találtuk, hogy az ismert lámpa által emittált erythema sugárzás mennyisége a hasznos sugárzás mennyiségének

16,7 %-a /nevezetesen mintegy 0,14 erythema watt/.

A találmány szerinti lámpa alkalmazásával ilymódon lehetővé válik a besugárzási időnek mifategy 10-szeres tényezővel való rövidítése az azonos dózisu hasznos sugárzás eléréséhez, miközben az erythema dózis hozzávezetőlegesen 55 %-al csökken.

5. példa

Több, az 1. ábra kapcsán Ismertetett lámpát olyan lumineszcens réteggel láttunk el, amelynek lumineszcens szilikátját az ^Sr2,9'^Pb0,l^LaGdSi6°18 képlet határozza meg. A lámpa 100 órás üzeme után a teljes ultraibolya sávban /250-400 nm/ a sugárzás mennyisége 4,96 watt volt. Azt találtuk, hogy ebből 5,95 W a 507,5-517,5 nm-es tartományba esett. Ezeknél a lámpáknál az emlttált sugárzás spektxális energiaeloszlása lényegében azonos volt az 1. példában ismertetett lámpáéval.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Kisnyomású higanygőz kisülési lámpa sugárkezeléshez, amelynek szelektív fénykibocsátó üvegből lévő kisülési csöve van, a kisülési cső belső fala lumineszcens réteggel van bevonva, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg /4/ olyan lumineszcens anyagot tartalmaz, amelynek a gadoliniumra jellemző 512 nm hullámhosszú vonalas sugárzása van és a kisülési cső /1/ üvegének 260 és 280 nm hullámhossz tartományba eső elnyelési éle van és a kisülési cső fénykibocsátásának legalább 80 %-a 512 nm hullámhosszon van.
2. Az 1. igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg /4/ gadolinlummal és blzmuttal aktivált borátot tartalmaz, amely borátot az La^^^yGd^BiyB^Og képlet határoz meg, amelyben 0,15^_χ> 0,001-y-0,05 és x+y*l.

5· Az 1. igénypont szer inti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg /4/ gadolinlummal és ólommal aktivált terner aluminátot tartalma®. amelynek hexagonálls magnetoplumbit szerkezete van, az alumlnat ABC összetétellel rendelkezik, ahol A jelentése 25-99 mól % GdgOj, 1-55 mól % PbO és előnyösen 1/2 La₂0j, B jelentése . Al₂0^, az AlgOj-nak legfeljebb 20 mól %-a Sc₂0y^al van helyettesítve és C jelentése MgO és/vagy ZnO, az AlgOynak legfeljebb 10 mól %-a helyettesíthető azonos mennyiségű SiOyvel MgO-val és/vagy ZnO-val együtt, az A komponens legfeljebb 70 mól %-a helyettesíthető SrO-valés/vagy CaO-val, ezzel együtt a C komponens ekvivalens mennyisége helyettesíthető 1/2 AlgOyal, és az A, B és C komponensek kielégítik az fAJ* 0,02, 0,55 - IBJ — 0,95 és 1 0J 1/2 ΓΑ] feltételt.

-6180150

4. Az 1. igénypont szerinti kisnyomású, higanygőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lumineszcens réteg /4/ gadolinlummal és ólommal aktivált Sr és/vagy Ca éa Y és/vagy La szllikátot tartalmaz, amely összetételt az /Sr, Ca/
3-p^Pbp^^,La^2-ii^G<iq^Si6^Cl18 ^k6P^let határoz meg, ahol 0,01^0,50 éa O,O5-q-2,O.
5. Az 1-4. igénypont -’erintl kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kisülési oső /1/ üvege az alábbi összetételül

68-83 mól % Si0₂,

2.5- 5,0 mól % B₂0j,

16-20 mól % legalább egy alkáli fémoxid,

2.6- 3,3 mól % legalább egy alkáli földfémoxid, 0-2,0 mól % AlgOj valamint a Ti0₂,

CeO₂, OuO, Ee₂0j és VgOtj l®S^alébb ögyike 100-2500. 10θ sulyrésznyi mennyiségben olymódon, hogy az üveg elnyelési éle 260 és 280 nm hullámhossz közé esik.
6. Az 5· igénypont szerinti kisnyomású higanygőz kisülési lámpa kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az üveg az alábbiakat tartalmazza:

75,5 + 2 mól % Si0₂,

2,8 + 0,1 mól % ®2θ3 ’

10,2 + 0,3 mól % Na₂0,
7,7 + 0,3 mól % K₂0,

3,0 + 0,1 mól % BaO,

1,0 + 0,03 mól % AlgO^ és ezen túlmenően

500 - 2000 . 10⁶ sulyrész T10₂·

1 db rajz

F. k.: Hlmer Zoliin ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL

70-OTH -83.061