181471. lajstromszámú szabadalom • Kisnyomású higanygőz-kisülési lámpa
5 181471 6 Ismert tény, hogy ha egy lumincszkáló anyagot 185 nm-es sugárzásnak teszünk ki, ez általában már nagyon rövid idő után károsan hat a lumineszkáló an^ag fényáramára. Valamely lumineszkáló anyag 185 nm-es sugárzással szembeni ellenállásának jellemzésére az ún. rövid idejű fényáram csökkenést (short term decrease = S. T. D.) használják, amit ebben a leírásban úgy értelmezünk, hogy ez az anyag 254 nm-es sugárzással való gerjesztésre kiadott fényáramának olyan %-os csökkenése, ami 15 perces besugárzás után jön létre, amely besugárzásnak főként 185 nm és 254 nm hullámhosszúságú összetevői vannak, a sugárzás intenzitása 150 és 500 W/m2 között van, és a 185 nm-es sugárzás összetevő teljesítményének viszonya a 254 nm-es összetevő teljesítményéhez képest 0,20 és 0,40 között van. A rövid idejii fényáram csökkenés meghatározására szolgáló elrendezés, valamint a csökkenés értéke néhány lumineszkáló anyagra az „Illuminating Engineering” c. folyóirat 59 (1964.) 59—66. oldalairól ismert. Egy ilyen elrendezést alább részletesen ismertetünk. A 185 nm-es sugárzás viszonylag nagy intenzitása miatt a találmánynak megfelelő lámpáknál szigorú követelményeket támasztunk a lumineszkáló anyag rövid idejű fényáram csökkenésével szemben. Ez a csökkenés nem lehet több 5%-nál. Azt találtuk, hogy nagyobb ilyen csökkenési értéknél olyan lámpákat kapunk, amelyek igen alacsony fényáramot adnak már olyan néhány perces működés után, ami ahhoz kell, hogy egyenletesen égő lámpát kapjunk. A rövid idejű fényáram csökkenés gyakorlatilag már akkor beáll, amikor a lámpa fényáramát 0 óránál mérjük. A találmánynak megfelelő lámpában a lumineszkáló anyagnak nemcsak a rövid idejű fényáram csökkenés iránti követelménynek kell eleget tennie, hanem a nagyobb higanyellenállás követelményének is. Ugyanis azt találtuk, hogy nagy terhelésű lámpákban a lumincszkáló réteg sokkal több ütközésnek van kitéve gerjesztett higanyatomokkal és higanyionokkal, mint normál lámpák esetén. A nagy energiájú higanyatomok és ionok abszorbeálódhatnak a lumineszkáló réteg felületén és/vagy reagálhatnak a lumineszkáló anyaggal. Következésképpen a lumineszkáló réteg sötétedik, ami jelentősen csökkenti a lámpa fényáramát. A lumineszkáló anyag higany-ellenállásának mérőszámául a lumineszkáló anyag kationjainak elektronegativitását (e. n.) választottuk. Ebben a leírásban kationokon azokat a fémeket értjük, amelyek az elemek periódusos rendszerében az 1A, 1B, 2A, 2B és 3B csoportban találhatók, Id. a „Handbook of Chemistry and Physics”, Cleveland (Ohio) c. szakkönyvet. A többi elemet itt anionnak vagy anion-képző elemnek tekintjük. Az elemek elektronegativitásának (e. n.) értékei L. Pauling „The Nature of the Chemical Bond”, New .York (1945) c. könyvében adottak. Ha az elemeket növekvő e. n. érték alapján sorbaállítjuk, az elemek ún. elektromotoros sorát kapjuk. Elvileg egy bizonyos elem a sorozat bármelyik ama elemét kiszoríthatja egy vegyületben, amelyiknek ugyanakkora vagy nagyobb az e. n. értéke. Ezért a higany, amelynek elektronegativitása 1,9, meg fogja támadni azokat a lumineszkáló anyagokat, amelyeknek a kationjára az e. n. > 1,9 (ezek a kationok ugyanolyan nemesek, mint a higany, vagy nemesebbek). Mármost úgy találtuk, hogy a találmánynak megfelelő lámpák számára alkalmas lumineszkáló anyag kationjának viszonylag alacsony, éspedig nem több, mint 1,4-es e. n. értékének kell lenni. Ez abból a tényből magyarázható, hogy a kisülési plazmában lévő higany gazdagabb energiában, mint a semleges higany, és abból a tényből, hogy a higany ütközéseinek száma a lumineszkáló réteggel magas. Azt találtuk, pl. hogy kationként cinket (e. n.= 1,6) tartalmazó lumineszkáló anyagot — ami normál lámoákban higany támadást csak viszonylag hosszú működési idő után mutat — nagy terhelésű lámpákban nem szabad használni, mert a lumineszkáló réteg észrevehetően sötétedik már néhány perctől néhány óráig terjedő időtartamú égetés után. Ha egy lumineszkáló anyag több kationt tartalmaz, vagyis ha pl. az aktivátorként alkalmazott elem kation, a kationok kombinációjának e. n. értéke nem lehet több 1,4-nél, azaz a kationok elektronegativitásának súlyozott átlaga nem lehet több, mint 1,4. Ebben az esetben lehetséges, hogy a lumineszkáló anyagban lévő kationok kis részének önmagában nagyobb az e. n. értéke, mint 1,4. Előnyösek azok a találmány szerinti, kisnyomású higanygőz kisülési lámpák, amelyek olyan lumineszkáló anyagot tartalmaznak, amelynek rövid idejű fényáram csökkenése kevesebb, mint 3%. Azok a lumineszkáló anyagok, amelyeknek ilyen kis értékű a rövid idejű fényáram csökkenésük, nagyon nagy fényáramú és nagyon nagy falterhelésű lámpákat eredményeznek. A találmány szerinti lámpákban üzem közben a kisülési ívben 150—1000 V/'m villamos térerősséget célszerű fenntartani. Ezt a viszonylag nagy értékű térerősséget viszonylag kis átmérőjű bura alkalmazásával kapjuk. így viszonylag kis áram mellett kompakt, nagy terhelésű és nagy fényáramú lámpákat kapunk. Egy ilyen, 150—1000 V/m villamos térerősséggel működtetett lámpa nagyon előnyös kiviteli alakjának csőalakú burája van, amely bura tengelyére merőleges keresztmetszete lényegében kör alakú, és közepes belső átmérője 3—15 mm. Úgy találtuk, hogy az említett átmérő tartományban nagyon jó hatásfokú lámpákat kapunk, amelyeknek a fényárama lényegében megegyezik a normál lámpákéval (ezeknek a belső átmérője közelítőleg 36 mm). A találmány szerinti lámpa egy másik kiviteli alakjánál üzem közben a kisülési Ívben legalább 0,5 A/cm2 áramsürüségü villamos áramot tartunk fenn. Az ilyen, viszonylag nagy áramsűrűségek alkalmazása nagy fényáramú lámpákat eredményez. Az alkalmazott lumineszkáló anyagok kis rövid idejű fényáram csökkenése és jó higany-ellenállása folytán ezeknek a lámpáknak nagyobb a fényáramuk, mint a technika állása szerinti, nagy áramsürűségű lámpáké. A találmány szerinti lámpa egy kiviteli alakja lumineszkáló anyagként egy vörösen lumineszkáló, háromvegyértékű európiummal aktivált ritka földfém-oxidot tartalmaz, amelynek összetétele az Ln203 : pEu3+ képlet adja meg, ahol Ln az ittrium, gadolinium és lutécium elemek közül jelöl legalább egyet és 0,01 <p<0,20. Ezeknek az önmagukban ismert lumineszkáló oxidoknak nagyon kicsi a rövid idejű fényáram csökkenésük és a higannyal szemben nagyon ellenállónk, s ezért igen előnyösen alkalmazhatók a találmány szerinti lámpákban. A találmány szerinti lámpa egy további kiviteli alakja olyan lumineszkáló aluminátot tartalmaz, cériummal, vagy cériummal és terbiummal van aktiválva, a mágnetoplumbithoz hasonló hexagonális kristályszerkezetű és összetételét a La Tb )203 - xMgO ■ yAl203, ahol az A1203 25 mol%-ig Ga203-mal és/vagy Sc203-mal helyettesíthető, és ahol 0<x<2 10<y < 16 0<p<0,50 0<q<0,60 p + q<0,90 A lumineszkáló anyagoknak ez a csoportja az 1 393 040 és az 1 452 083 számú nagy-britanniai szabadalmi leírásokból 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 •5 3
