Brevet FR2132320A1 — publié le 19721117

La > résente invention concerne les sources lumineuses à arc dissipent une énergie importante, et plus précisément des sources dans lesquelles un gaz à grande vitesse est constapement injecté de manière t former un tourbillon dans la source en maintenant un arc très délimité. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 597 650 décrit une source à arc capable de fournir une colonne tres tétrécie ayant une longueur pouvant atteindre au moins 15 cm. Un factcur essentiel de 1 l'obtention dune telle colonne longue et très étroite est l'injection d'un gaz tourbillonnant dans une fine région annulaire pratiquement cylindrique,placée entre la surface d'injection et l'intérieur de l'enveloppe de quartz. Dans le brevet précité, ce role est assuré par un certain sont bre d'orifices d'injection de gaz, dans un plan commun disposé autour de la périphérie de la cathode. L'enveloppe de quartz qui forme la chambre de l'arc a cependant tendance à se détériorer et éventuellement à se briser près du plan d1 injection, avec cette configuration. Cette détérioration peut être attribuée aux chocs pulsés dus au gaz du tourbillon qui pénètre à grande vitesse de façon plutôt intermittente et vient heurter un segment commun relativement étroit de la face interne de l'enveloppe de quartz, l'enveloppe pouvant pivoter ou vibrer autour de ce segment. De plus, bien que le gaz tourbillonnant, avec le dispositif cité, permette l'obtention d'une colonne d'arc de grande longueur, l'importance et l'uniformité du rétrécissement de l'arc dépendent de l'emplacement particulier des orifices d'entrée dans la région annulaire. L'invention est un perfectionnement à la source lumineuse décrite dans le brevet précité, assurant un accroissement très important de la durée de l'enveloppe de quartz, et assurant une répartition uniforme du gaz tourbillonnant dans la chambre, tout en laissant au gaz une énergie suffisante pour qutil assure un rétrécissement notable et uniforme de l'arc sur toute la longueur de la colonne, quelle que soit cette longueur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil selon l'invention ; et la figure 2 est une vue très agrandie de l'extrémité de la cathode de l'appareil de la figttre 1. La figure 1 représente un appareil qiti comprend une lampe :yant deux électrodes 10 et 12 coaxiales,disposées aux deux extrémités d'une enveloppe tubulaire transparente 14, de préférence en quartz, et délimitant une chambre 16. Chaque électrode a de préférence la forme d1une buse comportant un passage central de sortie de gaz représenta en 18, 20 respectivement. Un arc 22 est établi entre les électrodes 10 et 12 après un allumage, par exemple à haute fréquence ou suivant le procédé décrit dans le brevet français no 71-15 886 qui concerne la création d'un arc de grande longueur à l'aide d'une source d'alimentation à basse tension. Une alimentation non représentée est reliée aux électrodes de manière à assurer le maintien de l'arc 22. La longueur de cet arc 22 est déterminée par la distance entre les électrodes. Pour obtenir une colonne très rétrécie, on in-troduit du gaz dans la chambre 16 sous forme d'un tourbillon, en provenance de préférence d'une seule extrémi- té de la chambre, à l'aide d'un certain nombre orifices 30 d'injection de gaz placés à la périphérie de l'une des électrodes 10 et 12. L'injection du gaz par la cathode, qui est par exemple l'électrode 10, est préférable. Le gaz provient d'une réserve,non représentée,par un anneua 28 et sort par des orifices 30 dans une région annulaire cylindrique 32 forée entre l'électrode 10 et la face interne de l'enveloppe 14. Les orifices 30 sont disposés tangentiellement au-tour de l'é- lectrode 10 de manière qu le gaz tourne lorsqu'il est chassé vers l'extérieur, après passage dans les trous. Le gaz qui tourne forme un tourbillon qui réduit la section de l'arc et accroît la stabilité de celui-ci. Les orifices 30 sont disposés géométriquement dans des plans sensiblement parallèles, distants latéralement sur la longueur de 11 électrode 10. Chaque plan d'injection cotitient de préférence au moins deux orifices 30, décalés par rapport aux orifices 30 d d'un autre plati d'injection voisin. IL est préférable que les orifices soient décalés de 90 d'un plan à l'autre. Deux plans d'injection au moins sont nécessaires pour le réglage de l'injection du gaz tourbillonnant. Sur les figures 1 et 2, (lu t r plans d'injection,référencés i X d respectivement,sont pratiquetent perpendiculaires à l'axe longitudinal de la chambre. Pour qu'un arc long soit rétréci uniformément sur toute sa longueur et que le rétrécisseriietit soit important, il fait que le gaz tourbillonnant sortant par les orifices 30 ait une vitesse comportant une composante axiale importante, sans réduction de la composante tourbillonnaire. Il faut noter que le gaz qui tourbillonne, lorsque il sort des orifices 30, n'a pas de composante axiale de vitesse. La position des plans i à d règle l'entraînement axial du gaz depuis la région 32 jusqu'à la chambre 16. La détermination simple de la transformation du courant tourbillonnaire en courant axial pour chaque plan d'injection nécessite uniquement un calcul d'angle pour chaque plan. L'angle alpha est l'angle inclus entre l'enveloppe et une tangente à la face courbée aérodynamique de l @é- lectrode 10, depuis le point d'intersection 35 du plan d'inrection et de l'enveloppe de quartz. Un tel point 35 d'inter- section représente théorique-nent le contact initial du gaz tourbillonnant avec 1 t enveloppe de quartz. L'angle alpha peut être au maximum de 90 , ce qui est le cas si le plan a se trouve pratiquement au bout de l'électrode 10. Au voisinage de l'angle maximal de 90 , la composante axiale du courant de gaz est faible ou pratiquement nulle et le gaz commence immé- diatement à converger en hélice vers l'arc,à 1 t extrémité opposée, comme représenté dans le plan d par exemple, l'angle alpha est très petit et le courant tourbillonnaire comprend une composante notable, le diagramme d'écoulement étant t)ra- tiquement lamellaire. Ainsi, la composante longitudinale du tourbillon est essentiellement assurée par les plans a et b alors que les plans c et d contribuent à la force créant une composante axiale de vitesse. Chaque plan d'injection est décalé angulairement de manière que les orifices 30 se trouvent aussi loin que possible et,dans le cas de deux orifices par plan, ce décalage est de 900. Cette disposition réduit l'interaction turbulente entre le gaz sortant de flans voisins et crée un écoulement pratique mon t lamellaire. L'effet cumulé des orifices des différents plans est la création d'un tourbillon intense ayant une composante axiale de vitesse qui est notable et assure une répartition uniforme du gaz sur toute la longueur de l'arc, si bien que la colonne de celui-ci est uniforme et très rétrécie. De plus, l'utilisation d'au moins dieux plans latéralement distants assure la répartition du gaz, dans la région annulaire, sur une surface relativement importante. Cette disposition rend minimale la détérioration possible de l'enveloppe de quartz du fait de chocs qui pourraient être provoqués par l'injection intermittente de gaz, notamment dans le cas de l'utilisation d'iin compresseur à diaphragme pour la circulation et/ou l'introduction du gaz, comme cela est habituellement le cas. Il est bien entendu que l'invention nta été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et quton pourra apporter toute équivalence technique dans s e s éIéinents constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à créer des radiations lumineuses très intellses, du type qui comprend une enveloppe tubulaire transparente pratiquement cylindrique, délimitant une chambre pour un arc, deux électrodes tubulaires coaxiales distantes aux deux extrémités de la chambre et sur l'axe longitudinal de celle -ci, l'une dcs électrodes au moins pénétrant daims la chambre de manière à former une région annalaire de section pratiquement cylindrique entre la circonférence externe d de cette électrode et la circonférence interne de l'enveloppe, plusieurs orifices d' injection de gaz disposés tangentiellement à la périphérie de l'électrode qui pénètre dans la chambre et débouchant dans ladite région annulaire de manière à y introduire du gaz sous forme tourbillonnantc, ledit appareil étant caractérisé en ce que les orifices d'injection sont décalés latéralement sur la longueur de l'électrode tubulaire, dans des plans pratiquement parallèles les uns aux autres. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque plan d'injection de gaz est pratiquement perpendiculaire à 1 'axe longitudinal de la chambre 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices d'injection de gaz dans un plan quelconque sont décalés angulairement par rapport aux orifices dtilljec- tion d'un plan voisin. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le décalage angulaire des orifices d'injection entre les plans voisins est d'environ 90 .