200856. lajstromszámú szabadalom • Villamos lámpa csökkentett belső fotoelektron termeléssel
HU 200856 B A találmány tárgya nagynyomású villamos kisülő lámpa, amelynek kisülő edénye van, a kisülő edénynek a töltése egy semelges gázt, higanyt és fémhalogenidet tartalmaz, a kisülő edényt egy külső búra veszi körül, a külső bórán belül egy, a kisülő edényt helyén tartó, fémből lévő kerete van, a keret egy része a kisülő edény mentén húzódik, amely részen a fémből lévő keretet az ultraibolya sugárzástól árnyékoló burkolata van. Ilyen lámpa ismeretes a 3.484.637. sz. US szabadalmi leírásból. Villamos lámpákban a fotoelektronok keletkezése az általuk okozott problémák jól ismertek, például a Waymouth: Electric Discharge Lamps (villamos kisülő lámpák), című szakirodalomból (MIT Press, 1971, Section 10.5). Az említett mű szerint, néhány villamos lámpa, különösen ionizált higanyt tartalmazó villamos kisülő lámpák, erős ultraibolya sugárzást bocsátanak ki. Ezek a lámpák általában egy kisülő csövet tartalmaznak, amelyben az ívkisülés létrejön, és amelyek egy külső búréban fém tartószervekkel vannak felerősítve. A kisülő csőből származó ultraibolya sugárzás megtámadja a fém tartószerveket, amelyek ekkor fotoelektronokat emittálnak. A fotoelektron emisszió nagyon káros lehet egyes villamos lámpákban. Fémhalogenid kisülő lámpákban a kisülő edény általában kvarcüvegből van, amely működés közben ionizált higanyplazmát, egy fématomot, például nátriumot, egy halogént, mint például jódot, és más fémeket, mint például skandiumot és talliumot, valamint ezek különböző vegyületeit tartalmazza. A kis ionok, mint például a nátrium ionok nagy mértékben keresztül diffundálnak a meleg kvarcüvegen. A fotoelektronok, amelyek a kisülő edény külső falán felgyülemlenek, negatív potenciált hoznak létre, amely a pozitív nátrium ionokat vonzza, és ezáltal meggyorsítja ezek átdiffundálását a kisülő edény falán keresztül. A fotoelektronok keletkezése alapvetően meggyorsítja a nátrium eltűnését a kisülő edényből és ezáltal lecsökken a lámpa hasznos élettartama. Már több intézkedést hoztak a fotoelektronok hatásának csökkentésére. A 3,484,637. sz. US szabadalmi leírás egy olyan higanygőz kisülő lámpát ismertet, amelynél a kisülőcső tartókeretének egy része körül van véve alumíniumoxidból vagy szilíciumoxidból lévő csővel. Ez a cső leárnyékolja a fémrudat az ultraibolya sugárzástól és csökkenti a fotoelektronok keletkezését. Hasonló megoldást ismertet a 3,780,331. sz. US szabadalmi leírás, amelynél a kisülő csövet tartó vezetéket egy kerámia vagy forrasztott kvarccső vonja be. Ez a szabadalmi leírás arra vonatkozóan is tartalmaz kitanítást, hogy egy járulékos fotoelektron kollektort is kell alkalmazni, továbbá a tartóvezeték a szokásosan alkalmazott nikkel bevonatú, vasból lévő vezeték helyett rozsdamentes acélból kell, hogy legyen, amelynek krómoxid felülete van. A 4,171,498. sz. US szabadalmi leírás hasonlóképpen kvarcüveg csővel körülvett tartóvezetéket ismertet a fotoelektron kibocsátás csökkentése érdekében. Valamennyi, a fent ismertetett lámpa egyenes 1 keretrésszel rendelkezik. A keretrész azért egyenes, mert a keretrészt körülvevő kerámia vagy üvegcső egyenes. Nem lenne célszerű görbe kerámia vagy üvegcsövet gyártani annak érdekében, hogy görbe résszel rendelkező keretet lehessen használni. Egy teljesen más megoldás a fotoelektron emisszió csökkentésére a kisülő edény mentén húzódó keretrész eltüntetése. A 3,424,935. sz. US szabadalmi leírás egy olyan fémhalogenid lámpát ismertet, amelynél a kisülő edény végein, a külső búra egymással szemben lévő végeinél fémből lévő tartószerkezet van. A kisülő edény hossza mentén nem húzódik fém tartórúd a mechanikus felfüggesztés biztosítására, hanem csak egy vékony wolfram huzal van, amely a villamos vezetést biztosítja a fej és a kisülő edény ettől távolabb lévő vége között. A fém tartórúd kiküszöbölése megszünteti a kisülő edény által kibocsátott ultraibolya sugárzás következtében keletkező fotoelektron forrásának lényeges részét. A kisülő edénynek a külső búrán belüli rögzítése azonban lényegesen bonyolultabb és kevésbé merev. A fotoelektronok keletkezésének csökkentésére szolgáló intézkedés szerint, amely mindkét említett lámpatípusnál alkalmazható, a külső búrába valamilyen alkalmas gázt, például nitrogént töltenek. A nitrogén csökkenti azon fotoelektronok számát, amelyek elérik a kisülő edényt, azon összegyűlnek és az edény külső falán negatív töltést hoznak létre. A gáztöltés a külső bórában azonban nem minden lámpánál kívánatos. Egy másik lehetséges megoldás szerint a fémkeretet és annak részeit olyan messze helyezik el a kisülő edénytől amennyire az csak lehetséges. Ez az intézkedés—úgy tűnik—más intézkedések nélkül csak korlátozottan hatásos. A fentebb már hivatkozott Waymouth cikk szerint egy vákuum alatt álló külső búrájú lámpában, amelyben a fémkeret 75 mm távolságra van a kisülő edénytől, a fotovillamos áram nagyobb, mint egy olyan lámpában, amelynek a külső bórájában gáztöltés van és a fémkeret a kisülő edény mellett csak 13 mm távolságra van. Ideálisan olyan lámpát kellene szerkeszteni, amelyben egynél több fotoelektron csökkentő eszköz van alkalmazva. Fémhalogenid lámpákat általában nitrogén töltésű külső bórával készítenek és a fémkeret tartórúdján csőalakú burkolalt, például kvarcüvegből vagy alumíniumoxidból lévő cső van. Mivel az Uyen csőalakú üveg vagy kerámia burkolatok csak akkor célszerűek, ha azok egyenesek, azok alkalmazása az egyenes fémkeretekre korlátozódik, Ebben az esetben az egyetlen másik lehetőség a tartórúddal együtt való kialakítás, amikoris a már fentebb említett 3,424,935. sz. US szabadalmi leírás szerinti szerkezeti kialakítást kell megvalósítani. A találmány elé célul túztük ki egy, a bevezetőben körülírt olyan lámpának a kialakítását, amelyben a fotoelektronok emisszióját egyszerű eszközökkel tudjuk elnyomni. A kitűzött célt a találmány szerint úgy értük el, hogy a keretnek egy része egy szemcsés oxid réteggel van bevonva. Egy ilyen réteget egy szuszpenzióból pl. bemártással vihetünk fel. Szemcsés anyagként előnyösen 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
