Brevet FR2195064A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne une source de lumière émise par impulsions à sélectivité spectrale permettant d'obtenir une haute puissance de rayonnement et présentant une longue durée de vie. I1 est connu que des impulsions lumineuses de forte intensité peuvent être obtenues par aes décharges à impulsion produites dans des gaz rares lourds sous pression élevée. 'é- mission est principalenent continue et s'étend à partir de l'intervalle spectral de l'ultraviolet proche jusque dans l'intervalle infrarouge. L'utilisateur sélectionne, par un filtrage approprié, la plage spectrale désirée en chaque cas particulier. Lorsque l'intensité de rayonnement est accrue par une augmentation de la puissance électrique, la durée de vie des lampes diminue si fortement, par suite a'un noircissement de la paroi, qu'elles deviennent inutilisables à des fins techniques. I1 a déjà été proposé d'éviter ce noircissement de la paroi en utilisant des vases de décharge de volume important dans lesquels la décharge brûle à une forte distance des parois du vase. Dans ce cas, la pression de décharge doit cependant être fortement réduite pour éviter que les tensions d'allumage deviennent extrêmement élevées; il en résulte une diminution notable du rendement optique de la décharge. Par conséquent, lorsqu'une certaine durée de vie de la lampe à impulsions est exigée, la puissance de rayonnement optique est soumise à une valeur limite maximale. Il est peu probable que l'on puisse faire reculer cette limite vers le naut par ue nouveaux perfectionnements technologiques. La présente invention a pour objet d'augmenter, par rapport aux lampes à impulsions connues à gaz rare, d'au moins un ordre de grandeur, la puissance de rayonner,ent dans des plages spectrales déterminées qui présentent un intérêt pour l'utilisateur. L'invention vise en particulier à augmenter d'au moins un ordre de grandeur la puissance de rayonnement dans les plages spectrales concernées, sans que cela nécessite un accroissement notable de l'énergie à fournir, accroissement qui en tratnerait une contrainte athermique plus importante pour la matière constitutive des électrodes et de la paroi. Pour des raisons d'ordre énergétique, cela signifie qu'il faut trouver des mécanismes permettant de transformer d'une manière très efficace l'énergie électrique fournie en énergie rayonnée d'un intervalle limité de longueur d'onde. Il s'est avéré qu'un plasma rayonnant émet une grande partie ae l'énergie électrique fournie dans un faible nombre de raies épaisses, lorsque les conaitions suivantes sont remplies 1) le plasma doit se trouver à une température élevée puisque la fonction de Planck de cette température représente une limite supérieure pour la puissance de rayonnement spectral; 2) il doit y avoir, dans des plages spectrales favorables, des raies spectrales à forte probabilité de transition qui ont un grand pouvoir d'élargissement et rayonnent même C l'état élargi, pour des épaisseurs de couche techniquement encore réalisables, de manière optiquement épaisse; 3) la température doit se trouver au voisinage de la température de consigne des raies spectrales sélectionnées;; 4) la pression du gaz doit outre suffisamment élevée pour que les raies utilisées soient élargies jusqu'à un intervalle compris approximativement entre 100 et 30G X et que des molécules rayonnantes soient présentes en un nombre suffisant; 5) le plasma doit se présenter sous une configuration géométrique telle que le rayonnement des raies désirées ne soit pas réabsorbé par des couches marginales froides placées plus à l'avant et que la profondeur optique pour l'émission continue soit suffisamment faible pour qu'elle ne puisse influencer notablement le bilan énergétique. les deux conditions sont remplies par exemple pour un plasma de mercure à environ 15 00u à 20 000 K pour une pression de décharge comprise entre 10 et 30 atmosphères et une épaisseur de couche géométrique d'environ 1 mm. La profondeur optique Kd du continuum est dans ce cas, dans l'ensemble de la plage spectrale, intérieure à 0,1 et celle des groupes de raies situés autour de x = 2967, 3126, ?ru50 et 4358 X est toujours supérieure à 5. La largeur des raies varie entre 10 et > 0G , de sorte que dans les raies spectrales énumérées il est émis, à l'intérieur des largeurs de bande citées, des puissances de plusieurs kilowatts par cm3 et par unité d'angle solide.Cela correspond à une augmentation a'un ordre de grandeur par rapport à des lampes à impulsion à gaz rare comparables émettant dans le même intervalle spectral. Un autre avantage réside dans le lait que l'on peut omettre un filtre au rayonnement au voisinage de la raie, filtrage qui, en général, entraîne une perte d'absorption @ême au centre ae gravité de l'intervalle spectral d'émission. La vapeur de mercure nécessaire est obtenue par des électrodes réalisées sous forme ae flaques de mercure. Ces é- lectrotes liquides évitent en outre les encrassements de la paroi du vase ae décharge qui se produisent habituellement en présence d'électrodes métalliques solides.La tension de vapeur de mercure nécessaire est obtenue par un chauffage préalable approprié du vase de décharge. Ce chauffage peut être réalisé, soit de l'extérieur au moyen d'une cartouche chauffante, soit au moyen d'une décharge luminescente entre les électrodes. La présente invention est expliquée ci-dessus à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au aessin annexé. Dans un tube capillaire 1 de 1 mm de diamètre ou dans un vase de décharge plat d'environ 1 nm d'épaisseur en verre trempé avec une distance entre électrodes de 1 cm, un plasma de mercure est produit par une décharge à impulsion d'une durée de 50 à 100 s avec ues puissances de 1 @W par cm3 de volume de décharge ou plus. La vapeur ae mercure nécessaire est produite par les électrodes 2 réaiisées sous forme ae flaques de mercure et qui sont reliées au circuit de décharne par l'intermédiafre de barres ae tungstene 3 coulées en lace, une tension de vapeur d'équilibre d'environ ; atmosphère étant maintenue en chauffant la lampe au préalable électriquement de l'extérieur à 350 C. Lors de l'impulsion de décharge, plus de 10 % de l'ensemble de l'énergie électrique sont é@is dans l'inter valle spectral # = 3650 # 100 . BEVENDICBTIOS 1 - Source de lumière émise par impulsions à sélectivité spectrale destinée à obtenir une puissance de rayonnement élevée et dans laquelle le fluide rayonnant est constitué par un plasma présentant un faible nombre de raies spectrales qui, situées favorablement et capables de s'élargir, présentent une haute probabilité de transition, caractérisée en ce que la pression de décharge est suffisamment élevée pour que la raie la plus favorable soit élargie jusqu'à couvrir un intervalle d'environ 100 à 300 Q en ce que la température est au voisinage de la température de consigne et en ce que l'épaisseur de couche géométrique est telle que les raies désirées soient émises à partir d'une couche optiquement plus épaisse et le rayonnement continu soit émis à partir d'une couche optiquement plus mince. 2 - Source de lumière à impulsions suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le plasma rayonnant est un plasma de mercure sous une pression de 10 à 30 atmosphères pour une température de 15 000 à 20 000 OK et une épaisseur de couche géométrique d'environ 1 mm. 3 - Source de lumière à impulsions suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la tension de vapeur de mercure nécessaire est obtenue en chauffant le vase de décharge, présentant un excédent de mercure, préalablement à une température ae 250 à 4000C.