EP0407373A2

EP0407373A2 - Gas discharge tube

Info

Publication number: EP0407373A2
Application number: EP90890199A
Authority: EP
Inventors: Herbert C/O Vector Related Physics Fuchs
Original assignee: TIEFENSTRAHLER-QUARZLAMPEN GmbH
Current assignee: TIEFENSTRAHLER-QUARZLAMPEN GMBH
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1991-01-09
Also published as: ATA164089A; EP0407373A3; AT394469B

Abstract

Provided in the discharge vessel (1) of a gas discharge tube is a displacement tube (2) which extends over the complete length of the tubular discharge vessel (1) which has a central section whose diameter is smaller than that of its ends (8), and which is connected in a gas-proof manner to the end walls (3) of the discharge vessel (1), an annular gap space (7) with a thickness of 1.0 to 1.5 mm being provided between the section of the discharge vessel (1) of smaller diameter and the displacement tube (2). A plurality of magnets (12) are arranged in the interior of the displacement tube (2) such that field line patterns, which run predominantly radially and are directed alternately in opposite directions, are produced in the annular gap space (7), which patterns lead to the charge carriers moving in curved paths, which leads to an increased radiation intensity. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsröhre mit einem zylindrischen, mit vorzugsweise unter Unterdruck stehendem Gas gefüllten Entladungsgefäß und mit an den Enden des Entladungsgefäßes vorgesehenen Elektroden, wobei im Inneren des Entladungsgefäßes ein zylinderförmiger Körper vorgesehen ist.The invention relates to a gas discharge tube with a cylindrical discharge vessel filled with gas, which is preferably under negative pressure, and with electrodes provided at the ends of the discharge vessel, a cylindrical body being provided in the interior of the discharge vessel.

Gasentladungsröhren dieser Bauart basieren auf der Grundlage der Strahlungsemission einer Gasentladung in verdünnten Gasen und unter Mithilfe von Fremdelementzusätzen.Gas discharge tubes of this type are based on the radiation emission of a gas discharge in dilute gases and with the help of foreign element additives.

Der Mechanismus der Gasentladung und der damit verbundenen Strahlungsemission ist folgender:The mechanism of gas discharge and the associated radiation emission is as follows:

Bei Stromdurchgang durch die in gasförmigem Zustand im Entladungsgefäß vorliegenden chemischen Elemente werden durch Zusammenstoß der elektrischen Ladungsträger (Elektronen) mit den Gasmolekülen bzw. Atomen in den die Atome umgebenden Elektronenhüllen "Quantensprünge" ausgelöst (Elektronen-Stoßanregung). Bei der Rückkehr dieser angeregten Moleküle bzw. Atome in ihren Grundzustand wird die aus dem Elektronenstoß aufgenommene Energie in Form elektromagnetischer Strahlung freigesetzt. Die Wellenlänge der auftretenden Strahlung ist durch die Planck'sche Quantentheorie begründet, die im wesentlichen aussagt, daß die Energieaufnahme (z.B. durch Elektronen-Stoßanregung) ebenso wie die darauf folgende Energieabgabe (Emissionsstrahlung) bei der Rückkehr des angeregten Moleküls bzw. Atoms in den Grundzustand nur stufenweise und in genau definierten Energiebeträgen (Quanten) stattfinden kann. Diese Quantensprünge sind für die Atome jedes chemischen Elementes charakteristisch und folgen der Beziehung
E = h . f
(Energie = Planck'sches Wirkungsquant x Frequenz)When current flows through the chemical elements present in the discharge vessel in gaseous state, "collision of the electrical charge carriers (electrons) with the gas molecules or atoms in the electron shells surrounding the atoms trigger" quantum leaps "(electron impulse excitation). When these excited molecules or atoms return to their basic state, the energy absorbed by the electron impact is released in the form of electromagnetic radiation. The wavelength of the radiation occurring is based on Planck's quantum theory, which essentially states that the energy absorption (e.g. by electron impact excitation) as well as the subsequent energy emission (emission radiation) when the excited molecule or atom returns to the basic state can only take place gradually and in precisely defined amounts of energy (quantum). These quantum leaps are characteristic of the atoms of each chemical element and follow the relationship
E = h. f
(Energy = Planck's quantum of action x frequency)

Damit ist für jeden Quantensprung (Energiedifferenz zwischen zwei verschiedenen Anregungszuständen) die bei diesem freiwerdende Strahlung hinsichtlich ihrer Frequenz und damit ihrer Wellenlänge definiert.For each quantum leap (energy difference between two different excitation states), the radiation released in this is defined with regard to its frequency and thus its wavelength.

Die Anregung eines Moleküls bzw. Atoms auf höhere Energiezustände kann auch durch die Energie einer Strahlung erfolgen. Da die verschiedenen Anregungszustände eines Atoms bzw. Moleküls genau festgelegte Energiedifferenzen haben, kann zur Anregung auch nur die für den jeweiligen Quantensprung geeignete Wellenlänge dienen. Man spricht dann von Absorption. Ein Atom (oder Molekül) absorbiert elektromagnetische Strahlung mit genau jener Wellenlänge (Frequenz), die es selbst im angeregten Zustand aussendet.A molecule or atom can also be excited to higher energy states by the energy of radiation. Since the different excitation states of an atom or molecule have precisely defined energy differences, only the wavelength suitable for the respective quantum jump can be used for excitation. One then speaks of absorption. An atom (or molecule) absorbs electromagnetic radiation with exactly the same wavelength (frequency) that it emits even when excited.

In einer gewöhnlichen Gasentladung liegt daher stets eine Wechselwirkung zwischen Stoßanregung, Absorption und Emission vor.In an ordinary gas discharge there is therefore always an interaction between shock excitation, absorption and emission.

In einer technisch genutzten Gasentladung ist dies insoferne von großer Bedeutung, als Strahlung aus den inneren Bezirken der Entladung geschwächt oder überhaupt nicht nach außen dringen kann, da sie auf dem Weg dorthin bereits von anderen Atomen (oder Molekülen) absorbiert wird.In a technically used gas discharge, this is of great importance insofar as radiation from the inner areas of the discharge can be weakened or cannot escape at all, since it is already absorbed by other atoms (or molecules) on the way there.

Es ist bekannt, daß die Strahlungsemission einer Gasentladung mit stabförmiger Form (Leuchtsäule) an Stellen einer Querschnittsverjüngung der Entladungsröhre wesentlich intensiver sein kann als in den durchmessergrößeren Stellen der Röhre. Grund hiefür ist die Stromdichte, d.h. die auf die Einheit der Querschnittsfläche des (gasförmigen) Leiters bezogene Stromstärke. Die insgesamt durch die Röhre fließende Stromstärke muß aufgrund des Durchflutungsgesetzes an jeder beliebigen Querschnittsfläche der Entladungsröhre gleich groß sein. Die Stromdichte an jedem Querschnitt ist daher durch den Quotienten aus Stromstärke und Querschnittsfläche der Entladungsröhre gegeben. Demnach verhält sich die Stromdichte umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche.It is known that the radiation emission of a gas discharge with a rod-shaped shape (light column) can be considerably more intense at points where the cross-section of the discharge tube narrows than in the larger diameter points of the tube. The reason for this is the current density, ie the current strength related to the unit of the cross-sectional area of the (gaseous) conductor. The total current flowing through the tube must be the same size on any cross-sectional area of the discharge tube due to the law of flooding. The current density at each cross section is therefore from the quotient Current and cross-sectional area of the discharge tube given. Accordingly, the current density is inversely proportional to the cross-sectional area.

In einem verjüngten Röhrenteil verhält sich die Gasentladung daher anders, da hier eine höhere Stromdichte vorhanden ist.The gas discharge therefore behaves differently in a tapered tube part, since there is a higher current density here.

Die Strahlungsemission des Gases in einer Entladungsröhre ist weitgehend durch die statistische Wahrscheinlichkeit von Elektronen-Stoßanregungen bestimmt, die bei sonst gleichen Voraussetzungen wie Dampfdruck, Temperatur und Gasdruck zumindest theoretisch der Stromdichte proportional ist. Die insgesamt vorhandene Strahlungsleistung (Strahlfluß) einer Röhre ist aber das Produkt aus Strahldichte je Flächeneinheit und strahlender Gesamtfläche.The radiation emission of the gas in a discharge tube is largely determined by the statistical probability of electron impulse excitation, which is at least theoretically proportional to the current density under otherwise identical conditions such as vapor pressure, temperature and gas pressure. The total radiation power (beam flow) of a tube is the product of the radiance per unit area and the total radiating area.

In dem verjüngten Teil einer stabförmigen Gasentladung ist demnach wegen der höheren Stromdichte die Strahlungsemission je Flächeneinheit Strahlungsfläche höher, die strahlende Gesamtfläche (Oberfläche) jedoch geringer. Für die üblicherweise verwendeten, kreisrunden Röhren als Entladungsgefäß stehen Querschnitt und Oberfläche in eindeutiger mathematischer Beziehung. Demnach auch der in einer Querschnittsveränderung (z.B. Kapillarrohr) auftretende Strahlfluß.In the tapered part of a rod-shaped gas discharge, the radiation emission per unit area of radiation area is therefore higher due to the higher current density, but the total radiant area (surface) is smaller. For the commonly used circular tubes as discharge vessels, the cross-section and the surface are clearly mathematically related. Accordingly, the jet flow occurring in a cross-sectional change (e.g. capillary tube).

Mit der Praxis stimmt diese Beziehung allerdings nicht gänzlich überein, da in der Gasentladung auch noch andere, und schwieriger zu berechnende Mechanismen vorherrschen als bloße Elektronen-Stoßanregungen.In practice, however, this relationship is not entirely consistent, since other mechanisms, which are more difficult to calculate than mere electron impulses, also predominate in gas discharge.

Werden durch Querschnittsverjüngung hohe Strahlungsleistungen erzielt, so steigt dort durch die hohe Stromdichte die Röhrentemperatur übermäßig an und damit auch andere Parameter wie Dampfdruck, Gasdruck, elektrischer Widerstand, Brennspannung usw., die sehr negative Auswirkungen auf die Strahlungsausbeute haben können. Übli cherweise liegt auch der höheren spezifische Leistung eine umso geringere Baugröße zugrunde. (Hochdruckbrenner, Kapillarbrenner usw.).If high radiation outputs are achieved by cross-sectional rejuvenation, the tube temperature rises excessively due to the high current density and thus also other parameters such as vapor pressure, gas pressure, electrical resistance, burning voltage etc., which can have very negative effects on the radiation yield. Usual The higher specific power is also based on a smaller size. (High pressure burner, capillary burner, etc.).

Aus der US-PS 3 373 304 ist eine Magnetronröhre bekannt, bei welcher der die Kathode aufnehmende Bereich gegenüber den übrigen Abschnitt der Röhre verbreitert ausgebildet ist. Bei der US-PS 3 373 304 ist außerhalb der Röhre eine Spule vorgesehen, durch die ein Magnetfeldmuster erzeugt wird, dessen Feldlinien in der Röhrenachse ausgerichtet sind. Zusätzlich ist, um die Dichte des Elektronenflusses durch die Röhre zu erhöhen, in dieser eine Blende eingebaut, deren Durchtrittsöffnung kleiner ist als der Innenquerschnitt der Röhre selbst.From US Pat. No. 3,373,304 a magnetron tube is known, in which the area receiving the cathode is widened compared to the remaining section of the tube. In US Pat. No. 3,373,304, a coil is provided outside the tube, by means of which a magnetic field pattern is generated, the field lines of which are aligned in the tube axis. In addition, in order to increase the density of the electron flow through the tube, an aperture is built into it, the aperture of which is smaller than the inner cross section of the tube itself.

Aus der JP-OS 58-1963 ist eine über die gesamte Länge den gleichen Querschnitt aufweisende Gasentladungsröhre bekannt, bei der um die Röhre eine Außenwicklung gelegt ist, die ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien im Bereich der Röhre parallel zu ihrer Achse ausgerichtet sind.From JP-OS 58-1963 a gas discharge tube having the same cross-section over the entire length is known, in which an outer winding is placed around the tube, which generates a magnetic field, the field lines of which are aligned parallel to its axis in the region of the tube.

Aus der US-PS 3 611 015 ist eine elektrische Entladungslampe bekannt, die einen im wesentlichen kugelförmigen Körper besitzt, in den vier Elektroden ragen. Die Elektroden sind paarweise miteinander an den gleichen Stromkreis geschlossen, so daß mehrere Wege für den Lichtbogen gebildet werden.An electric discharge lamp is known from US Pat. No. 3,611,015, which has a substantially spherical body in which four electrodes protrude. The electrodes are connected to each other in pairs on the same circuit, so that several paths for the arc are formed.

Eine Gasentladungsröhre der eingangs genannten Gattung ist aus der US-PS 4 341 979 bekannt. Bei dieser Gasentladungsröhre dient der im Inneren des Entladungsgefäßes angeordnete zylinderförmige Körper dazu, die Ausbeute an sichtbarem Licht dadurch zu erhöhen, daß der zylindrische Körper eine phosphoreszierende Außenfläche besitzt. Dadurch soll die Wahrscheinlichkeit, daß die in der Nähe des zylinderförmigen Körpers gebildeten UV-Quanten in sichtbares Licht umgewandelt werden, vergrößert werden.A gas discharge tube of the type mentioned is known from US Pat. No. 4,341,979. In this gas discharge tube, the cylindrical body arranged in the interior of the discharge vessel serves to increase the yield of visible light in that the cylindrical body has a phosphorescent outer surface. This is to increase the likelihood that the UV quanta formed in the vicinity of the cylindrical body will be converted into visible light.

Weiters sind bei der Gasentladungsröhre gemäß der US-PS 4 341 979 zwei außerhalb der Röhre angeordnete ringförmige Elektromagnete vorgesehen, deren Zweck es ist, durch ein rotierendes Magnetfeld die Gasentladung an die fluoreszierenden Schichten heranzubringen.Furthermore, in the gas discharge tube according to US Pat. No. 4,341,979, two annular electromagnets are provided outside the tube, the purpose of which is to bring the gas discharge to the fluorescent layers by means of a rotating magnetic field.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom geschilderten Stand der Technik und von der Erkenntnis, daß die nach außen dringende Strahlung vorwiegend aus einer relativ dünnen Oberflächenschicht der Leuchtsäule stammt, eine Gasentladungsröhre der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß eine höhere Strahlungsausbeute erzielt wird.The invention is based on the object, based on the described prior art and on the knowledge that the outwardly penetrating radiation predominantly comes from a relatively thin surface layer of the light column, a gas discharge tube of the type mentioned in such a way that a higher radiation yield is achieved.

In einer ersten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Gasentladungsröhre, bestehend aus einem zylindrischen und vorzugsweise für Wellenlängen von mehr als 180 nm durchlässigen Entladungsgefäß und mit an den Enden des Entladungsgefäßes gasdicht eingeschmolzenen, insbesondere thermoemissiven Elektroden und in dem koaxial ein hohler, zylinderförmiger Körper angeordnet ist, welche sich dadurch auszeichnet, daß sich der hohle, zylinderförmige Körper als Verdrängerrohr über die gesamte Länge des Entladungsgefäßes erstreckt und in seinem Hohlraum Magnetfeld-erzeugende Einrichtungen enthält, die den bei der Gasentladung auftretenden Elektronenfluß im zwischen dem Verdrängerkörper und dem Entladungsgefäß verbleibenden, ringförmigen Entladungsraum in wegverlängernde Bahnkrümmungen zwingen.In a first embodiment, the invention relates to a gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm and with, in particular thermoemissive electrodes which are melted down in a gas-tight manner at the ends of the discharge vessel and in which a hollow, cylindrical body is arranged coaxially. which is characterized in that the hollow, cylindrical body extends as a displacer tube over the entire length of the discharge vessel and contains magnetic field-generating devices in its cavity which the electron flow occurring during gas discharge in the annular discharge space remaining between the displacer body and the discharge vessel in force path-lengthening curvatures.

Eine andere Ausführungsform einer Gasentladungsröhre, bestehend aus einem zylindrischen und vorzugsweise für Wellenlängen von mehr als 180 nm durchlässigen Entladungsgefäß und mit jeweils mehreren, an den Enden des Entladungsgefäßes gasdicht eingeschmolzenen, insbesondere thermoemissiven Elektroden und das ein ionisierbares, vorzugsweise unter Unterdruck stehendes Gas enthält und in dem eine Gasentladung stattfinden kann, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß sich in dem Entladungsgefäß ein hohler, zylinderförmiger Verdrängerkörper befindet, der in seinem Inneren Magnetfeld-erzeugende Vorrichtungen enthält, die den bei der Gasentladung im durch den Verdrängerkörper ringförmig ausgebildeten, verbleibenden Entladungsraum auftretenden Elektronenfluß in wegverlängernde Bahnkrümmungen zwingen, wobei durch mehrfache, symmetrisch ausgeführte Parallel-Entladungen zwischen den Elektroden im ringförmigen Entladungsraum durch elektromagnetische Wechselwirkungen eine homogene Plasmakonfiguration hoher Gesamtstromdichte hervorgerufen wird.Another embodiment of a gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm and each with a plurality of electrodes, in particular thermoemissive, which are melted down gas-tight at the ends of the discharge vessel and which contains an ionizable gas, preferably under negative pressure, and in that a gas discharge can take place according to the invention in that there is a hollow, cylindrical displacer body in the discharge vessel, which contains magnetic field-generating devices in its interior, which force the electron flow occurring during the gas discharge in the remaining discharge space, which is annularly formed by the displacer body, into path-lengthening path curvatures, with multiple ones , symmetrical parallel discharges between the electrodes in the annular discharge space are caused by electromagnetic interactions, a homogeneous plasma configuration of high total current density.

Bei einer Gasentladungsröhre, bestehend aus einem zylindrischen und vorzugsweise für Wellenlängen von mehr als 180 nm durchlässigen Entladungsgefäß, welches in seinem mittleren Abschnitt einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der Endabschnitte und in dem im Bereich der Endabschnitte jeweils mehrere, gasdicht eingeschmolzene, insbesondere thermoemissive Elektroden angebracht sind und das mit einem ionisierbaren, vorzugsweise unter Unterdruck stehenden Gas gefüllt ist, in dem eine Gasentladung stattfinden kann, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß sich im Entladungsgefäß ein konzentrisch angeordneter, hohler, zylinderförmig angeordneter Verdrängerkörper befindet, der in seinem Inneren Magnetfelderzeugende Vorrichtungen enthält, die in dem durch den Verdrängerkörper im Bereich des durchmesserkleineren Abschnittes des Entladungsgefäßes geschaffenen (Ringspalt)-Raum ein vorwiegend radial verlaufendes Feldlinienmuster abwechselnder Polung hervorrufen, das die gleichzeitig erfolgenden, aber getrennt dargestellten Parallel-Entladungen zwischen den Elektroden homogenisiert und in radial zum Ringspaltraum verlaufende Bahnkrümmungen zwingt.In the case of a gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm, which has a smaller diameter in its central section than in the area of the end sections and in the area of the end sections in each case a plurality of, in particular thermoemissive, melted-down, gas-tight electrodes are attached and which is filled with an ionizable gas, preferably under vacuum, in which a gas discharge can take place, it can be provided according to the invention that a concentrically arranged, hollow, cylindrical displacer body is located in the discharge vessel, which contains magnetic field generating devices in its interior , in the (annular gap) space created by the displacer in the region of the smaller-diameter section of the discharge vessel, a predominantly radial field line pattern of alternating polarity cause that homogenizes the parallel discharges occurring simultaneously, but shown separately, between the electrodes and forces them into path curvatures running radially to the annular gap.

Eine weitere Ausführungsform einer Gasentladungsröhre, bestehend aus einem zylindrischen und vorzugsweise für Wellenlängen von mehr als 180 nm durchlässigen Entla dungsgefäß, welches in seinem mittleren Abschnitt einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der Endabschnitte und in dem im Bereich der Endabschnitte jeweils mehrere, gasdicht eingeschmolzene, insbesondere thermoemissive Elektroden angebracht sind, und das mit einem ionisierbaren, vorzugsweise unter Unterdruck stehenden Gas gefüllt ist und in dem eine Gasentladung stattfinden kann, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich ein als hohles Rohr ausgebildeter zylinderförmiger Verdrängerkörper über die gesamte Länge des Entladungsgefäßes erstreckt, wobei im Hohlraum des Verdrängerkörpers mit gleichsinnigen Polen einander benachbart ausgerichtete Magnete angebracht sind, wobei zwischen dem Verdrängerkörper und dem durchmesserkleineren Abschnitt des Entladungsgefäßes ein (Ringspalt)-Raum von geringer Querschnittsfläche gebildet wird, in dem durch gleichzeitig erfolgende, aber unabhängig voneinander hervorgebrachte Parallel-Entladungen zwischen den Elektroden ein Plasma hoher Stromdichte durch elektromagnetische Wechselwirkung mit den Magneten homogenisiert und in wegverlängernde Bahnkrümmungen gezwungen wird.Another embodiment of a gas discharge tube, consisting of a cylindrical and preferably transparent for wavelengths of more than 180 nm Dungsgefäß, which has a smaller diameter in its central section than in the region of the end sections and in which in the region of the end sections in each case a plurality of gas-tight fused, in particular thermoemissive electrodes are attached, and which is filled with an ionizable, preferably underpressure gas and which a gas discharge can take place according to the invention is characterized in that a cylindrical displacer formed as a hollow tube extends over the entire length of the discharge vessel, magnets in the cavity of the displacer being arranged with poles in the same direction and adjacent to one another, between the displacer and the smaller diameter Section of the discharge vessel an (annular gap) space is formed with a small cross-sectional area, in which parallel discharges between the El electrodes a plasma of high current density is homogenized by electromagnetic interaction with the magnets and forced into path-lengthening path curvatures.

Erfindungsgemäß kann die weiter oben genannte Aufgabe bei einer Gasentladungsröhre der eingangs genannten Gattung auch dadurch gelöst werden, daß sich der als hohles Rohr ausgebildete, im Entladungsgefäß angeordnete, zylinderförmige Körper als Verdrängerrohr über die gesamte Länge des rohrförmigen Entladungsgefäßes erstreckt, und daß das Entladungsgefäß in seinem mittleren Abschnitt einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der Endabschnitte, in welchen die Elektroden vorgesehen sind.According to the invention, the object mentioned above can also be achieved in a gas discharge tube of the type mentioned at the outset in that the cylindrical body, which is designed as a hollow tube and is arranged in the discharge vessel, extends as a displacer tube over the entire length of the tubular discharge vessel, and in that the discharge vessel is in its middle section has a smaller diameter than in the region of the end sections in which the electrodes are provided.

Die Erfindung nützt die Erkenntnis aus, daß fast die gesamte von außen erfaßbare Strahlung der Gasentladung aus einer relativ dünnen Oberflächenschicht der Leuchtsäule stammt, da in den tiefer gelegenen Schichten und im Inneren der Plasmasäule die weiter oben erläuterte wechselwirkende Absorption vorliegt. Bei der Erfindung hat die Gasentladung die Form und den Querschnitt einer Röhrenwand, was eine sehr hohe Strahlungsausbeute ergibt, da mit dieser Form eine Verringerung des Entladungsquerschnittes verbunden ist, was bei sonst gleichen Bedingungen wiederum eine höhere Stromdichte zur Folge hat.The invention makes use of the knowledge that almost all of the radiation of the gas discharge which can be detected from the outside originates from a relatively thin surface layer of the light column, since the interactive absorption explained above is present in the deeper layers and in the interior of the plasma column. In the invention Gas discharge the shape and cross-section of a tube wall, which results in a very high radiation yield, since this shape is associated with a reduction in the discharge cross-section, which in turn leads to a higher current density under otherwise identical conditions.

Durch die Erfindung werden ohne die zuvor geschilderten Nachteile die Effekte eines Kapillarrohres erzielt, jedoch mit dem Vorteil, daß die strahlende Oberfläche in ihren Abmessungen unverändert bleibt. Mit der erfindungsgemäßen Röhrenbauart, bei welcher der Raum, in dem die Gasentladung auftritt, praktisch nur der Oberfläche eines Hohlkörpers entspricht, sind bei vergleichbarem Energieverbrauch daher höhere Strahlungsausbeuten zu erzielen.The effects of a capillary tube are achieved by the invention without the disadvantages described above, but with the advantage that the dimensions of the radiating surface remain unchanged. With the tube design according to the invention, in which the space in which the gas discharge occurs corresponds practically only to the surface of a hollow body, higher radiation yields can therefore be achieved with comparable energy consumption.

In der einfachsten Form besteht die erfindungsgemäße Gasentladungsröhre aus zwei konzentrischen Rohren (mit entsprechend angesetzten Stromzuführungen) in deren freiem, engem Zwischenraum eine Gasentladung mit ringförmigem Querschnitt brennt.In its simplest form, the gas discharge tube according to the invention consists of two concentric tubes (with appropriately attached power supplies) in whose free, narrow space a gas discharge with an annular cross section burns.

Die erfindungsgemäße Ringspaltröhre erlaubt daher hohe Strahldichten auf einer vergleichsweise großen Oberfläche und damit einen hohen Strahlfluß.The annular gap tube according to the invention therefore allows high beam densities on a comparatively large surface and thus a high beam flow.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß im Inneren der Verdrängerröhre Magnete, die im Abstand voneinander angeordnet und mit gleichsinnigen Polen einander benachbart ausgerichtet sind, vorgesehen sind, so daß sich im wesentlichen radial verlaufende, entgegengesetzte Magnetfelder ergeben. Dies ist eine bevorzugte Möglichkeit, bei der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre die spezifische Strahlungsleistung der Gasentladung in der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre zu verbessern. Mit dieser Maßnahme der Erfindung wird die Wahrscheinlichkeit der Elektronen-Stoßanregungen dadurch erhöht, daß mittels der Magnetfelder die Elektronen in der Gasentladung an dem direkten Verbindungsweg zwischen den Elektroden gehindert und in wegverlängernde Bahnkrümmungen gezwungen werden. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre ist das das Magnetfeld erzeugende Magnetsystem in den von der Gasentladung nicht berührten Hohlraum des inneren Rohres (="Verdränger") eingebaut, so daß es die Lichtabstrahlung nicht behindert.In one embodiment of the invention it is provided that magnets, which are arranged at a distance from one another and are aligned adjacent to one another with the same poles, are provided in the interior of the displacement tube, so that essentially radially opposing magnetic fields result. This is a preferred possibility in the gas discharge tube according to the invention to improve the specific radiation power of the gas discharge in the gas discharge tube according to the invention. With this measure of the invention, the likelihood of electron impulse excitation is increased in that the electrons in the gas discharge on the direct connection path between them by means of the magnetic fields the electrodes are prevented and forced into path-lengthening curvatures. In this embodiment of the gas discharge tube according to the invention, the magnetic system generating the magnetic field is built into the cavity of the inner tube (= "displacer") which is not touched by the gas discharge, so that it does not hinder the light radiation.

Eine weitere Möglichkeit, die Gasentladung in der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre gleichmäßiger zu gestalten, besteht erfindungsgemäß darin, daß an den Enden der gemeinsamen Entladungsstrecke mehrere beispielsweise symmetrisch angeordnete Elektroden vorhanden sind. Die Elektroden sind nicht in Serien- oder Reihenschaltung am gemeinsamen Potential angeschlossen, um zu vermeiden, daß nach Zündung der Entladung zwischen zwei nicht unbedingt gegenüberliegenden Elektroden durch den damit verbundenen Spannungsabfall die verbleibenden Elektroden ohne ausreichendes Zündpotential bleiben und der gewünschte Effekt ausbleibt.A further possibility for making the gas discharge in the gas discharge tube according to the invention more uniform is, according to the invention, that several, for example symmetrically arranged electrodes are present at the ends of the common discharge path. The electrodes are not connected in series or in series at the common potential, in order to avoid that after ignition of the discharge between two electrodes, which are not necessarily opposite, the remaining electrodes remain without sufficient ignition potential and the desired effect is absent due to the voltage drop associated therewith.

Es kann daher erfindungsgemäß weiters vorgesehen sein, daß je ein korrespondierendes Elektrodenpaar an eine gesonderte, am besten galvanisch getrennte Energieversorgung angeschlossen wird, jedoch phasengleich, damit keine Potentialdifferenzen zwischen Nachbarkathoden auftreten können.It can therefore also be provided according to the invention that a corresponding pair of electrodes is connected to a separate, best galvanically isolated power supply, but in phase, so that no potential differences between adjacent cathodes can occur.

Diesbezügliche Schaltungen sind bekannt und bedürfen keiner gesonderten Erläuterung (z.B.: Trenntransformatoren, galvanisch getrennte Wicklungen, Drosseln, Blockierdioden etc.). Unter diesen Voraussetzungen arbeitet jedes korrespondierende Elektrodenpaar wie eine unabhängige Entladungsröhre in Parallelschaltung mit Nachbarröhren mit der Besonderheit, daß ein gemeinsamer Entladungsraum vorhanden ist, in dem sich die einzelnen Stromstärken addieren. Damit sind erfindungsgemäß auch mit herkömmlichen, gängigen Standardelektroden sehr hohe Gesamtstromstärken erzielbar.Circuits in this regard are known and do not require any special explanation (for example: isolating transformers, galvanically isolated windings, chokes, blocking diodes etc.). Under these conditions, each corresponding pair of electrodes works like an independent discharge tube connected in parallel with neighboring tubes with the particularity that a common discharge space is present in which the individual current intensities add up. According to the invention, this is very high even with conventional, standard electrodes Total current levels achievable.

Ein weiteres Hilfsmittel, die Entladung in der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre gleichmäßiger zu gestalten, ist die überproportionale Vergrößerung des Brennraumes in unmittelbarer Nähe der Elektroden und deren Einbindung in den eigentlichen Ringspalt-Brennraum durch geeignete geometrische Bauform (z.B. Übergangskegel, Düsenkegel, Krümmung etc.). Aus der im Elektrodenbereich verbreiterten "Plasmawolke" fließen die Ladungsträger auf wenig bevorzugten Bahnen gleichmäßiger in den Ringspalt.Another aid to make the discharge in the gas discharge tube according to the invention more uniform is the disproportionate enlargement of the combustion chamber in the immediate vicinity of the electrodes and their integration into the actual annular gap combustion chamber by means of a suitable geometric design (e.g. transition cone, nozzle cone, curvature etc.). From the "plasma cloud" widened in the electrode area, the charge carriers flow more uniformly into the annular gap on less preferred paths.

Zusätzlich besteht bei der Erfindung auch die Möglichkeit, im Ringspaltraum gerade oder schraubenlinienförmig verlaufende Trennstege vorzusehen. Diese Stege müssen nicht dichtend ausgeführt sein vielmehr genügt es, wenn die Überwindung dieser Stege durch die dazwischen brennende Gasentladung einen so hohen elektrischen Widerstand darstellt, daß die Entladung die Felder zwischen den Stegen bevorzugt. Werden schraubenlinienförmig verlaufende Stege angewendet, so ergibt sich dadurch zusätzlich eine Wegverlängerung der Entladung bei unveränderter Baugröße der Röhre. Auch diese hat bei vergleichbaren Bedingungen eine höhere Strahlungsdichte der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre zur Folge.In addition, with the invention there is also the possibility of providing straight or helical dividers in the annular gap space. These webs do not have to be sealed, rather it is sufficient if the overcoming of these webs by the gas discharge burning in between represents such a high electrical resistance that the discharge favors the fields between the webs. If webs running in the form of a helix are used, this also results in a lengthening of the discharge with unchanged size of the tube. Under comparable conditions, this also results in a higher radiation density of the gas discharge tube according to the invention.

Wird ein Magnetsystem verwendet, um die Elektronen im wegverlängernde Bahnkrümmungen zu zwingen, so kann dieses aus Permanentmagneten oder aus Elektromagneten bzw. Feldspulen bestehen. Die beiden zuletzt genannten Systeme können entweder gesonderte Energieversorgung aufweisen, falls jedoch der Ohm'sche Widerstand und/oder induktive Widerstand nicht bedeutend ist, so kann die Anspeisung auch im Haupt oder Nebenschluß der Primärversorgung der Entladungsröhre bestehen.If a magnet system is used to force the electrons in the path-extending path curvatures, this can consist of permanent magnets or of electromagnets or field coils. The two last-mentioned systems can either have a separate energy supply, but if the ohmic resistance and / or inductive resistance is not significant, the feed can also consist in the main or shunt of the primary supply of the discharge tube.

In allen Fällen hat das erzeugte Magnetfeld eine solche Form, daß durch das Feldlinienmuster die Ablenkwirkung bevorzugt in Umfangsrichtung des Ringspaltes zwischen dem Entladungsfluß und dem in diesem angeordneten zylinderförmigen Körper (Verdrängerrohr) erfolgt. Je nach Ablenkwinkel und Feldmuster ergeben sich daraus wegverlängernde Bahnkrümmungen der Elektronen in Kurvenform (z.B. sinuskurvenartig) oder eine Schraubenlinienform. Beispielsweise sind runde permanent-Scheibenmagnete, die in Achsrichtung polarisiert sind, die mit dazwischenliegenden Distanzscheiben stabförmig so gestapelt sind, vorgesehen, daß gleichnamige Pole einander zugekehrt sind. Das sich zwischen zwei Polen ausbildende Feldlinienmuster hat in der Nähe der Scheibenmagnete vorwiegend radiale Komponenten. Wird ein solches System in den Hohlraum des zylinderförmigen Körpers der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre gebracht, so stehen die abwechselnd Nord-Süd-polarisierten Feldlinien vorwiegend senkrecht zu den wirksamen Elektronenbahnen im Ringspalt-Entladungsraum und der ablenkende Vektor steht rechtwinkelig zur Hauptflußrichtung der Elektronen. Durch die periodisch ändernde Polarität des Feldes bilden sich beispielsweise auch mäanderförmige Bahnkrümmungen aus. An Stelle der Permanentmagnet-Scheiben können auch Feldspulen oder Elektromagnete eingesetzt werden (gegensinnige Wicklung bzw. Schaltung). Damit wird der Nachteil ausgeschaltet, daß die Feldstärke von Permanentmagneten oder Spulen mit Eisenkern bei hohen Betriebstemperaturen geschwächt werden.In all cases, the magnetic field generated has such a shape that the deflection effect is caused by the field line pattern preferably in the circumferential direction of the annular gap between the discharge flow and the cylindrical body (displacement tube) arranged in it. Depending on the deflection angle and field pattern, this results in path-lengthening path curvatures of the electrons in the form of a curve (eg sinusoidal) or a helical shape. For example, round permanent disc magnets which are polarized in the axial direction and which are stacked in a rod shape with spacers therebetween are provided in such a way that poles of the same name face each other. The field line pattern that forms between two poles mainly has radial components near the disc magnets. If such a system is brought into the cavity of the cylindrical body of the gas discharge tube according to the invention, the alternating north-south polarized field lines are predominantly perpendicular to the effective electron paths in the annular gap discharge space and the deflecting vector is perpendicular to the main direction of flow of the electrons. Due to the periodically changing polarity of the field, meandering path curvatures are also formed, for example. Instead of the permanent magnet disks, field coils or electromagnets can also be used (opposite winding or switching). This eliminates the disadvantage that the field strength of permanent magnets or coils with an iron core are weakened at high operating temperatures.

Da der Gasentladungsraum in der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre eine Außenfläche (vom Entladungsgefäß gebildet) und eine Innenfläche (vom Verdrängerrohr gebildet) besitzt, deren Abmessungen sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden, ergibt sich grundsätzlich auch die Möglichkeit, den nach dem Röhreninneren gerichteten Teil der Strahlung durch eine Verspiegelung des zylinderförmigen Körpers (Verdrängerrohr) nach außen zu lenken. Die Wirkung einer solchen Verspiegelung ist in hohem Maße abhängig von der Breite des Ringspaltes und damit von der Schichtdicke des Plasmas. Die reflektierte Strahlung muß nämlich die Plasmaschicht in ihrer ganzen Dicke durchdringen und erleidet dabei eine von vielen Parametern abhängige Absorption. Mit ähnlichem Ziel kann vorgesehen sein, daß das Führungsrohr, das die Permanentmagnete aufnimmt, an seiner Außenfläche poliert und damit reflektierend ausgeführt ist.Since the gas discharge space in the gas discharge tube according to the invention has an outer surface (formed by the discharge vessel) and an inner surface (formed by the displacement tube), the dimensions of which do not differ significantly from one another, there is in principle also the possibility of mirroring the part of the radiation directed towards the interior of the tube of the cylindrical body (displacement tube) to steer outwards. The effect of such a mirroring depends to a large extent on the width of the annular gap and thus on the layer thickness of the plasma. The reflected radiation must namely penetrate the entire thickness of the plasma layer and suffer an absorption which is dependent on many parameters. With a similar aim it can be provided that the guide tube, which receives the permanent magnets, is polished on its outer surface and is therefore designed to be reflective.

Die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre sind vielfältig und keineswegs nur auf die Erzeugung von Linienstrahlung beschränkt. Wenn am Röhrenkörper (Entladungsgefäß und/oder Verdrängerrohr) eine Leuchtstoffschicht angebracht ist, dann ist die erfindungsgemäße Gasentladungsröhre eine hocheffiziente Leuchtstoffröhre. Auch die unterschiedlichsten Baugrößen sind anwendbar und reichen von kleinen bis zu großvolumigen Aggregaten. Die erfindungsgemäße Gasentladungsröhre ist im Hoch-, Mittel und Niederdruckbereich verwendbar.The possible uses of the gas discharge tube according to the invention are diverse and in no way limited to the generation of line radiation. If a fluorescent layer is attached to the tube body (discharge vessel and / or displacement tube), then the gas discharge tube according to the invention is a highly efficient fluorescent tube. A wide variety of sizes can also be used, ranging from small to large-volume units. The gas discharge tube according to the invention can be used in the high, medium and low pressure range.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Preferred embodiments of the gas discharge tube according to the invention are the subject of the remaining subclaims.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer Gasentladungsröhre,
Fig. 2 die Gasentladungsröhre aus Fig. 1 in Schrägansicht mit teilweise durchbrochenem Entladungsgefäß,
Fig. 3 schematisch die Anordnung von Magneten in der Gasentladungsröhre aus Fig. 1 und
Fig. 4 in Schrägansicht eine zweite Ausführungsform einer Gasentladungsröhre.

Further details, features and advantages of the gas discharge tube according to the invention result from the following description of the exemplary embodiments shown in the drawing. It shows

1 is a longitudinal section of a first embodiment of a gas discharge tube,
2 shows the gas discharge tube from FIG. 1 in an oblique view with a partially broken discharge vessel,
Fig. 3 shows schematically the arrangement of magnets in the gas discharge tube of Fig. 1 and
Fig. 4 in an oblique view of a second embodiment of a gas discharge tube.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Gasentladungsröhre beziehen sich auf eine Hochleistungsröhre zur Emission von UVC-Strahlung mit der Wellenlänge 254 Nm. Derartige Gasentladungsröhren sind vorwiegend zur Wasserentkeimung und anderen Sterilisierungszwecken ausgelegt. Auch dient diese Strahlung zur Anregung der Fluoreszenzschicht in herkömmlichen Leuchtstoffröhren. Die Strahlung der Wellenlänge 254 Nm ist im Verhältnis zu den übrigen Emissionen im optischen Spektralbereich dominierend, so daß praktisch ein Linienstrahler vorliegt.The embodiments of the gas discharge tube shown in the drawing relate to a high-performance tube for emitting UVC radiation with a wavelength of 254 Nm. Such gas discharge tubes are primarily designed for water disinfection and other sterilization purposes. This radiation also serves to excite the fluorescent layer in conventional fluorescent tubes. The radiation with a wavelength of 254 Nm is dominant in relation to the other emissions in the optical spectral range, so that there is practically a line source.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Gasentladungsröhre mit ähnlicher oder identer Bauform durch Veränderung der Parameter für Gasfüllung und Fremdelementzusatz zur Erzeugung anderer optischer Frequenzen und damit für andere Anwendungsgebiete ausgebildet werden.In principle, the gas discharge tube according to the invention can be designed with a similar or identical design by changing the parameters for gas filling and the addition of foreign elements to generate other optical frequencies and thus for other areas of application.

Ein zylindrisches, an den Enden erweitertes Entladungsgefäß 1 und ein konzentrisch darin befestigtes, als zylinderförmiger Körper ausgebildetes Verdrängerrohr 2 bestehen aus etwa 1 mm starken, hochtransparenten Quarzrohren mit einer für den Spektralbereich 254 nm hohen Durchlässigkeit. An den schwach gekrümmten Stirnflächen 3 des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils vier symmetrisch auf einem Umfangskreis angesetzte kurze Rohrstutzen 6 aus ebensolchem Material angeordnet. Die Rohrstutzen 6 sind achsengleich und spiegelgleich. Zwischen dem Verdrängerrohr 2 und dem Entladungsgefäß 1 befindet sich ein konzentrischer, schmaler Ring-Spaltraum 7, der über den größten Teil der Baulänge der Gasentladungsröhre den gleichen Querschnitt besitzt. Gegen die Enden zu und etwa zwei Rohrdurchmesser davon entfernt erweitert sich das Entladungsgefäß 1 konisch um über einen etwa einen Rohrdurchmesser langen, zylindrischen Teil 8 in die leicht gewölbten Stirnflächen 3 überzugehen. Im Innenraum 9 der erweiterten Röhrenteile 8 sind die Elektroden 4, 5 vorgesehen, die durch die an den Stirnflächen angesetzten Rohrstutzen 6 geführt sind. Die Elektroden 4, 5 sind do tierte Stufenelektroden aus Wolfram, wie sie für Gasentladungsröhren allgemein verwendet werden. Die Elektroden 4, 5 ragen vollständig in den Kathodenraum 9 und sind nahe der Innenseite der Stirnflächen 3 an Stromzuführungsdrähten 10 befestigt.A cylindrical discharge vessel 1, which is widened at the ends, and a displacer tube 2, which is mounted concentrically therein and is designed as a cylindrical body, consist of approximately 1 mm thick, highly transparent quartz tubes with a permeability of 254 nm for the spectral range. On the slightly curved end faces 3 of the discharge vessel 1, four short pipe sockets 6 made of the same material are arranged symmetrically on a circumferential circle. The pipe socket 6 are the same axis and mirror image. Between the displacement tube 2 and the discharge vessel 1 there is a concentric, narrow annular gap space 7, which has the same cross section over the largest part of the overall length of the gas discharge tube. Towards the ends and about two tube diameters away, the discharge vessel 1 widens conically in order to merge into the slightly curved end faces 3 via a cylindrical part 8 that is about a tube diameter long. In the interior 9 of the expanded tube parts 8, the electrodes 4, 5 are provided, which are guided through the pipe sockets 6 attached to the end faces. The electrodes 4, 5 are do Tated step electrodes made of tungsten, as are generally used for gas discharge tubes. The electrodes 4, 5 protrude completely into the cathode space 9 and are fastened to power supply wires 10 near the inside of the end faces 3.

Alle Teile des Entladungsgefäßes 1, des Verdrängerrohres 2, die an den Stirnflächen 3 angesetzten Rohrstutzen 6 und die durch letztere hindurchgehenden Stromzuführungen 10 mit darauf montierten Elektroden 4, 5 sind miteinander vakuumdicht verschmolzen.All parts of the discharge vessel 1, the displacer tube 2, the pipe sockets 6 attached to the end faces 3 and the current leads 10 passing through the latter with electrodes 4, 5 mounted thereon are fused together in a vacuum-tight manner.

An einer beliebigen Stelle des zum Kathodenraum 9 erweiterten Entladungsgefäßes 1 befindet sich ein dünnes, angeschmolzenes Kapillarrohr (Pumprohr) aus Quarz, das nach dem Evakuieren und Füllen abgetrennt wird. Dieses hat Verbindung zum Volumen des Entladungsraumes. Das Pumprohr ist in der Zeichnung nicht dargestellt.A thin, melted capillary tube (pump tube) made of quartz, which is separated after the evacuation and filling, is located at any point of the discharge vessel 1 which is expanded to the cathode space 9. This has a connection to the volume of the discharge space. The pump tube is not shown in the drawing.

Im Inneren des an seinen Enden offenen Verdrängerrohres 2 ist herausnehmbar ein Magnetsystem 11 angeordnet, das aus scheibenförmigen Permanentmagneten 12 mit dazwischenliegenden Eisenscheiben 13 als Abstandhalter besteht. Die Magnete 12 sind mit jeweils gleichnamig zugekehrter Polung und den dazwischen befindlichen, kleinen Eisenscheiben 13 in einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Führungsrohr aus Aluminium gestapelt und in diesem durch Einbördelung der Rohrkanten gesichert. Das Führungsrohr ist an seiner Außenfläche metallisch blank und damit reflektierend ausgeführt.In the interior of the displacer tube 2, which is open at its ends, a magnet system 11 is removably arranged, which consists of disk-shaped permanent magnets 12 with iron disks 13 in between as spacers. The magnets 12 are stacked with the polarity facing the same name and the small iron disks 13 located between them in an aluminum guide tube (not shown in the drawing) and secured in this by crimping the tube edges. The outer surface of the guide tube is metallic and therefore reflective.

Von den Elektroden 4 und 5, die im Ausführungsbeispiel vorzugsweise dotierte Stufenelektroden aus Wolframdraht sind und die bis ca. 3,5 Ampere pro Kathode belastbar sind, gehören zwei einander achsensymmetrisch gegenüberliegende Elektroden zu einem "korrespondierenden Elektrodenpaar" 14 zusammen.Of the electrodes 4 and 5, which in the exemplary embodiment are preferably doped step electrodes made of tungsten wire and which can be loaded up to approx. 3.5 amperes per cathode, two electrodes which lie opposite one another axially symmetrically belong together to form a "corresponding pair of electrodes" 14.

Als Gasfüllung zum Betrieb als UVC-Hochleistungsröhre kommt reines Argon zur Anwendung (die Verwendung von Xenon ist grundsätzlich oder auch als Beimischung möglich, im Normalfall aber nicht erforderlich). Der Fülldruck für Argon beträgt etwa 150 Paskal (1,5 mbar). Er sollte so niedrig als möglich sein, jedoch noch einwandfreie Zündung der Röhre gewährleisten und kann je nach der Dimension einer Röhre variiert werden.Pure argon is used as the gas filling for operation as a UVC high-performance tube (the use of xenon is possible in principle or as an admixture, but is normally not necessary). The filling pressure for argon is approximately 150 pascals (1.5 mbar). It should be as low as possible, but still ensure proper ignition of the tube and can be varied depending on the dimension of a tube.

Als Fremdelementzusatz für die Erzeugung einer 254 nm Resonanz-Linienstrahlung kommt reinstes Quecksilber zur Anwendung. Die Quecksilberdosierung ist außergewöhnlich gering und wird je nach Baugröße der Röhre anfangs empirisch ermittelt, da eine teilweise Diffusion von Quecksilber in die Quarzwandungen des Röhrenkörpers eintritt und die errechnete Menge dann für die Entladung nicht wirklich verfügbar ist.Purest mercury is used as an additive element for the generation of 254 nm resonance line radiation. The mercury dosage is exceptionally low and is initially determined empirically depending on the size of the tube, since a partial diffusion of mercury occurs into the quartz walls of the tube body and the calculated amount is then not really available for discharge.

Für die Verwendung der Gasentladungsröhre als Hochleistungsröhre in anderen Spektralbereichen sind gegebenenfalls Füllgas, Fülldruck, Fremdelement, in jedem Fall aber Dosierungsmenge zu variieren.For the use of the gas discharge tube as a high-performance tube in other spectral ranges, fill gas, filling pressure, foreign element, but in any case the dosage amount may have to be varied.

Die für das Auspumpen und Füllen erforderlichen Arbeitsschritte, Techniken und Hilfsmittel sind die gleichen wie auch sonst in der Herstellung von Gasentladungslampen üblich. Sie bedürfen keiner näheren Beschreibung mit Ausnahme von zwei Punkten:The work steps, techniques and aids required for pumping out and filling are the same as usual in the production of gas discharge lamps. They need no further description except for two points:

Das Entgasen, Ausglühen und Formieren der Elektroden muß für alle Elektroden gleichzeitig erfolgen, da sich ansonsten Ausgasungsprodukte einer heißen Kathode an einer nicht aktiven und daher kalten Kathode niedersetzen. Zur Durchführung dieser Arbeiten ist ein gesondertes Gerät erforderlich, das für jedes korrespondierende Elektrodenpaar einen getrennten Versorgungskreis in phasengleicher Schaltung bereithält.The electrodes must be degassed, annealed and formed at the same time, since otherwise outgassing products of a hot cathode settle on a non-active and therefore cold cathode. To carry out this work, a separate device is required which has a separate supply circuit in phase for each corresponding pair of electrodes.

Wegen der außerordentlich geringen Dosierung werden gegebenenfalls neutrale Trägersubstanzen verwendet, denen die Quecksilbermenge als "Verunreinigung" in entsprechender Menge zugefügt wurde. Als Ausführungsbeispiel kann Quarzmehl dienen, welches in einem evakuierten Reaktionsgefäß aus Quarz nach Zugabe der vorgesehenen Menge Quecksilber unter Vakuum abgeschmolzen und in einem Glühofen einige Zeit erwärmt wird. Das Quecksilber geht in die Gasform über, durchdringt das Quarzmehl, um beim späteren Abkühlungsvorgang gleichmäßig an den Quarzkörnern zu kondensieren.Because of the extremely low dosage, neutral carrier substances may be used, to which the appropriate amount of mercury has been added as "impurity". As an exemplary embodiment, quartz powder can be used, which is melted in an evacuated quartz reaction vessel after adding the intended amount of mercury under vacuum and heated for some time in an annealing furnace. The mercury changes into the gas form, penetrates the quartz powder in order to condense evenly on the quartz grains during the later cooling process.

Jedes korrespondierende Elektrodenpaar der insgesamt acht Elektroden 4, 5 wird über einen unabhängigen Schaltkreis mit Strom versorgt. Die einzelnen Kreise sind phasengleich und parallel geschaltet. Die durch die Entladung fließende Gesamtstromstärke ist die Summe der vier Einzelstromstärken.Each corresponding pair of electrodes of the total of eight electrodes 4, 5 is supplied with current via an independent circuit. The individual circuits are in phase and connected in parallel. The total current flowing through the discharge is the sum of the four individual currents.

Wird Überlagerungszündhilfe angestrebt, so ist nur ein Schaltkreis damit auszurüsten. Zündet ein Elektrodenpaar, so ist die damit einhergehende Ionisierung der Gasfüllung Starthilfe für alle übrigen Elektrodenpaare.If superimposed ignition aid is sought, only one circuit needs to be equipped with it. If one pair of electrodes ignites, the associated ionization of the gas filling is a starting aid for all other pairs of electrodes.

Die Baugröße der Röhre und die verwendete Gesamtstromstärke bestimmen deren durchschnittliche Betriebstemperatur. Für hohe Strahlleistungen liegt diese in Bereichen von etwa 300°C. Die geringe Quecksilbermenge liegt im kalten Zustand der Röhre fast ausschließlich in Gasform vor und folgt bei Erwärmung der Röhre nur anfangs der Dampfdruckkurve, anschließend jedoch der allgemeinen Gasgleichung und dem Gay-Lussac'schen Gesetz. Dies allerdings nicht präzise, da hiezu ein Volumen mit unveränderlicher Gasmenge erforderlich ist. Mit steigender Temperatur des Entladungsgefäßes werden jedoch aus der Gefäßwand eindiffundierte Quecksilbermengen freigegeben, welche die Gasmenge erhöhen.The size of the tube and the total current used determine its average operating temperature. For high beam powers, this is in the range of around 300 ° C. The small amount of mercury is almost exclusively in gaseous form when the tube is cold and only follows the vapor pressure curve when the tube is heated, but then follows the general gas equation and Gay-Lussac's law. However, this is not precise, since this requires a volume with an unchangeable amount of gas. With increasing temperature of the discharge vessel, however, amounts of mercury diffused out of the vessel wall are released, which increase the amount of gas.

Die Entladung für Hochleistung beginnt mit geringster Strahlung und wird erst ab einer Röhrentemperatur von 180°C intensiver, da die Wände dann die gebundenen Quecksilbermoleküle freigeben. Im Durchschnitt ist volle Leistung nach 7-10 min gegeben.The discharge for high performance begins with the lowest radiation and only becomes more intense from a tube temperature of 180 ° C, because the walls then release the bound mercury molecules. On average, full performance is given after 7-10 minutes.

Exakte Bauweise des Ringspaltes 7 vorausgesetzt, hat auch ein einziges, korrespondierendes Elektrodenpaar eine gleichmäßige Ringentladung zur Folge. Die Strahlung auf jener Röhrenlängsseite welche die direkte Verbindungslinie der Elektroden beinhaltet ist aber meist bevorzugt (mit freiem Auge nicht erkennbar). Diese Unregelmäßigkeit wird durch die rotationssymmetrische Anordnung der vier Elektrodenpaare und deren Mehrfachentladung ausgeglichen.Assuming the exact design of the annular gap 7, a single, corresponding pair of electrodes also results in a uniform ring discharge. The radiation on the side of the tube that contains the direct connection line of the electrodes is mostly preferred (not visible to the naked eye). This irregularity is compensated for by the rotationally symmetrical arrangement of the four electrode pairs and their multiple discharge.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform entspricht hinsichtlich Material und Bauform weitgehend jenen der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3.The embodiment shown in FIG. 4 largely corresponds to that of the embodiment of FIGS. 1 to 3 in terms of material and design.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 sind am Verdrängerrohr 2 aus dünnen Quarzleisten bestehende schraubenlinienförmige Rippen (Drallstege) 15 befestigt. Die freien Ränder der Drallstege 15 haben keine feste Verbindung mit der Innenwand des Entladungsgefäßes 1, sondern sind auf geringen Toleranzabstand von dieser bemessen. Der Drallwinkel beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 180°.In the embodiment of FIG. 4, helical ribs (swirl webs) 15 consisting of thin quartz strips are attached to the displacer tube 2. The free edges of the swirl webs 15 have no fixed connection to the inner wall of the discharge vessel 1, but are dimensioned at a small tolerance distance from this. The swirl angle is 180 ° in the exemplary embodiment shown.

Der Abstand der Kanten der Drallstege 15 zur Wand des Entladungsgefäßes 1 läßt einen Gasdruck-Ausgleich zu, stellt aber für das Plasma der Gasentladung einen relativ hohen elektrischen Widerstand dar, da dort die mittlere freie Elektronenweglänge sehr eingeschränkt ist. Die Entladung folgt demnach den zwischen den Drallstegen 15 befindlichen Freifeldern 16 des Ringspaltes 7. Diese stellen nun nicht die kürzeste Verbindung zwischen zwei achsial-symmetrisch gegenüberliegenden Elektroden 4, 5 dar.The distance between the edges of the swirl webs 15 and the wall of the discharge vessel 1 allows gas pressure compensation, but represents a relatively high electrical resistance for the plasma of the gas discharge, since the mean free electron path length is very limited there. The discharge consequently follows the free fields 16 of the annular gap 7 located between the swirl webs 15. These do not represent the shortest connection between two axially-symmetrically opposite electrodes 4, 5.

Korrespondierende Elektroden 4, 5 sind im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 stets jene, die am Beginn und am Ende eines Drallfeldes 16 angeordnet sind. Bei vier Elektrodenpaaren ist der Drallwinkel daher stets ein Vielfaches von 90°.Corresponding electrodes 4, 5 in the exemplary embodiment of FIG. 4 are always those which are arranged at the beginning and at the end of a swirl field 16. With four pairs of electrodes, the twist angle is therefore always a multiple of 90 °.

Die geometrische Wegverlängerung der Entladungsstrecke bei gleichbleibender Rohrlänge erhöht die Wahrscheinlichkeit von Elektronenstoßanregungen. Die Breite des Entladungsweges ist eingeschränkt und die relative Stromdichte daher höher. Die Wirkung des Ringspaltes 7 wird so verstärkt.The geometric path lengthening of the discharge gap with the tube length remaining the same increases the probability of electron impulse excitation. The width of the discharge path is restricted and the relative current density is therefore higher. The effect of the annular gap 7 is thus increased.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 liegen korrespondierende Elektrodenpaare einander nicht achsensymmetrisch gegenüber.In the embodiment of FIG. 4, corresponding electrode pairs are not axially symmetrical with respect to one another.

Die übrigen Ausgestaltungen der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre entsprechen jener von Fig. 1, wobei auch das anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Magnetsystem 11 verwendet werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, daß starke Ablenkwirkungen aufgrund des Magnetsystems 11 zu einer erhöhten Temperatur der Drallstege 15 und der Gasentladungsröhre insgesamt führen.The other configurations of the embodiments of the gas discharge tube according to the invention shown in FIG. 4 correspond to those of FIG. 1, wherein the magnet system 11 described with reference to FIGS. 1 to 3 can also be used. It should be taken into account that strong deflection effects due to the magnet system 11 lead to an increased temperature of the swirl webs 15 and of the gas discharge tube as a whole.

Claims

1.Gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel (1), which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm, and with, in particular thermoemissive electrodes (4, 5) which are melted gas-tight at the ends of the discharge vessel (1) and in which a hollow, coaxial A cylindrical body (2) is arranged, characterized in that the hollow, cylindrical body (2) extends as a displacement tube over the entire length of the discharge vessel (1) and contains magnetic field-generating devices in its cavity which contain the electron flow occurring during gas discharge in the annular discharge space (7) remaining between the displacement body (2) and the discharge vessel (1) in path-extending path curvatures.

2. Gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel (1), which is preferably transparent for wavelengths of more than 180 nm, and each with a plurality of, in particular thermoemissive electrodes (4, 5) which are melted down gas-tight at the ends of the discharge vessel and which is an ionizable one, preferably under Contains gas under pressure and in which a gas discharge can take place, characterized in that in the discharge vessel (1) there is a hollow, cylindrical displacement body (2) which contains in its interior magnetic field-generating devices (12) which are similar to those used in the Forcing gas discharge in the remaining discharge space (7) formed by the displacer (2) in the form of a ring into electronically flowing path lengthening path curvatures, with multiple, symmetrical parallel discharges between the electrodes (4, 5) in the annular discharge space (7) due to electromagnetic interactions homo gene plasma configuration high total current density is caused.

3. Gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel (1) which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm, which in the region of the end sections (8) each have a plurality of gas-tight, in particular thermo-emissive electrodes (4, 5) attached and which is filled with an ionizable gas, preferably under negative pressure, in which a gas discharge can take place, characterized in that in the discharge vessel (1), which has a smaller diameter in its central section than in the region of the end sections (8) concentrically arranged, hollow, cylinder-shaped displacer body (2), which contains magnetic field-generating devices (12) inside, which are created in the (annular gap) created by the displacer body (2) in the region of the smaller-diameter section of the discharge vessel (1) - Room (7) is a predominantly radial field line pattern r cause alternating polarity, which homogenizes the simultaneously occurring, but separately shown, parallel discharges between the electrodes (4, 5) and forces them into path curvatures running radially to the annular gap (7).

4.Gas discharge tube, consisting of a cylindrical discharge vessel (1) which is preferably transmissive for wavelengths of more than 180 nm, which has several gas-sealed, in particular thermoemissive electrodes (4, 5) fitted in the area of the end sections (8), and which is filled with an ionizable gas, preferably under negative pressure, and in which a gas discharge can take place, characterized in that a cylindrical displacement body (2) designed as a hollow tube extends over the entire length of the discharge vessel (1), which is located in its middle section has a smaller diameter than in the area of the end sections (8), whereby magnets (12) are arranged in the cavity of the displacer body (2) with poles oriented in the same direction and having poles in the same direction, whereby between the displacer body (2) and the smaller diameter section of the discharge vessel ( 1) an (annular gap) space (7) with a small cross-sectional area is formed, in which, due to simultaneous but independently produced parallel discharges between the electrodes (4, 5), a plasma of high current density due to electromagnetic interaction with the magnets (12 ) is homogenized and forced into path-lengthening curvatures.

5. Gas discharge tube with a cylindrical discharge vessel (1) filled with preferably under-pressure ionizable gas and with electrodes (4, 5) provided at the ends of the discharge vessel (1), with a cylindrical body (1) inside the discharge vessel (1). 2) is provided, and wherein the discharge vessel (1) on its inner surface and / or the cylindrical body (2) on its outer surface optionally carries a phosphor layer, characterized in that the hollow tube, which is arranged in the discharge vessel (1), cylindrical body (2) as a displacement tube, extends over the entire length of the tubular discharge vessel (1), and that the discharge vessel (1) has a smaller diameter in its central section than in the region of the end sections (8), in which the electrodes (4 , 5) are provided.

6. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cylindrical body (2) with the end walls (3) of the discharge vessel (1) is connected in a gastight manner.

7. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distance of the outer surface of the displacement tube (2) from the inner surface of the smaller diameter portion of the discharge vessel (1) is between 1.0 and 1.5 mm.

8. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 7, characterized in that the end walls (3) of the discharge vessel (1) are annular and that the displacement tube (2) is open at both ends.

9. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 8, characterized in that the transition between the larger-diameter end sections (8) and the smaller-diameter section of the discharge vessel (1) is substantially conical.

10. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the body (2) magnets (12) are provided, which are arranged at a distance from one another and are aligned adjacent poles with the same direction.

11. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 10, characterized in that the magnets (12) are electromagnets.

12. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 10, characterized in that the magnets (12) are permanent magnets.

13. Gas discharge tube according to claim 12, characterized in that the permanent magnets (12) are circular magnetic plates which are polarized in the axial direction.

14. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 13, characterized in that iron disks (13) are provided to keep the magnets (12) apart.

15. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 14, characterized in that the magnets (12) and the spacers (13) arranged between them, inserted in a guide tube made of a non-magnetic metal, in particular aluminum, and by flanging the ends of the metal tube in these are recorded.

16. Gas discharge tube according to claim 15, characterized in that the guide tube, which receives the permanent magnets, is polished on its outer surface and is therefore designed to be reflective.

17. Gas discharge tube according to claim 5 or 16, characterized in that the guide tube, which receives the magnets (12), is at the electrical potential as a capacitive ignition relief.

18. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 17, characterized in that in the (annular gap) space (7) between the smaller-diameter section of the discharge vessel (1) and the body (2) provided as a displacer tube, at least one helically oriented rib (15) is provided.

19. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 18, characterized in that the at least one rib (15) is attached to the displacement tube (2).

20. Gas discharge tube according to claims 1 to 19, characterized in that the at least one helically extending rib (15) is at a distance from the inner surface of the discharge vessel (1).

21. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 20, characterized in that a plurality of helically extending ribs (15) are provided, and in that the wrap angle of the ribs (15) is a multiple of the number (s) of the electrode pairs (4, 5)

is.

22. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 21, characterized in that the ribs are provided in the region of the smaller-diameter section of the discharge vessel (1).

23. Gas discharge tube according to one of claims 1 to 22, in which in each end section (8) attached to the end walls (3) of the discharge vessel (1), a plurality of electrodes (4, 5) are provided, characterized in that the electrodes ( 4, 5) of a pair of electrodes are arranged opposite the space (16) between two ribs (15).