NOBLE GAS DISCHARGESNOBLE GAS DISCHARGES

21.Juni.2010Raphael Mehlich

I dIndex History of noble gases History of noble gases

Properties of noble gasesProperties of noble gases

High pressure discharge lampsg p g p

Glow lamps

Noble gas excimer

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Hi t   f  bl  History of noble gases 868  Jules Janssen and Norman Lockler disco ered Helium 1868: Jules Janssen and Norman Lockler discovered Helium 1892: Luigi Palmieri verified Helium 

8  L d R l i h h  di d A 1894: Lord Rayleigh has discovered Argon 1898: Lord Rayleigh and Morris William Travers verified N  X   d K t  b  f ti l di till ti   f  iNeon, Xenon and Krypton by fractional distillation of air

1900: Friedrich Ernst Dorn discovered Radon U i   d b h I i  f  N l   2006: Ununoctium was made by the Institute for Nuclear 

Research and the Lawrence Livermore National Laboratory

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P ti   f  bl  Properties of noble gases All noble gases are odorless  colorless  nontoxic  incombustible under  All noble gases are odorless, colorless, nontoxic, incombustible under 

normal conditions and are stable in a non‐molecular state

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Hi h P  Di h  L  High Pressure Discharge Lamps • Pressure of noble (Xe) gas 5 20 bar• Pressure of noble (Xe) gas 5‐20 bar

during operation 12‐100 bar• Ignition voltage 20‐30 kVIgnition voltage 20 30 kV

operating voltage 30 V• Distance of electrodes 0,2mm to 

several mm• Quantum efficiency 40 lm/Watt• Comparable to solar spectrum

color temperature ~ 6000 K

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A li ti  f  Di h  LApplication for Discharge Lamp• Vis Spectroscopy (400 800 nm)• Vis‐Spectroscopy (400‐800 nm)• Projector• SpotlightSpotlight• Purification of water• Pros:‐ bright light‐ homogeneous spectrum (400‐800nm)

• Cons:‐ formation of ozone‐ short lifetime (several 1000h)‐ short lifetime (several 1000h)‐ high technical effort‐ safety requirement

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Gl  Di h  LGlow Discharge Lamps• Pressure of noble gas (Xe) • Pressure of noble gas (Xe) 

less than 10‐2mbar• Operating voltage < 100VOperating voltage < 100V• Color depends on applied noble gas• Cold bulb

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A li tiApplicationsAd ertisement• Advertisement

• Phase checker• Pros:‐ cold bulb‐ pure color s

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E iExcimers• Excimer = excited dimers• Dimer: two noble gas atoms (Xe2*,Ar2*,…) or noble 

gas halides (XeF*,KrCl*)E i   l   bl  i   i d • Excimer are only stable in excited state

• R* + R  R2*R+ + X‐ + M  RX* + MR+ + X + M  RX* + MR* + X2 RX* + X

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A li ti   f E i Di h  Applications of ExcimerDischarges  Light Screens (Planon® ) Light Screens (Planon® ) Excimer Laser High power Cold UV High power Cold UV 

Excimer System

Planon®

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Pl  TV Plasma TV  Noble gases Noble gases

Xe for 148 and 172 nmNe for orange rangeNe for orange range

Excitation of Xe atoms by electron collision

UV Radiation is converted by phosphor into visible light

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SSources Hans‐Jörg Bullinger – Technologieführer  Springer Verlag  Berlin (2007)Hans Jörg Bullinger Technologieführer, Springer Verlag, Berlin (2007) Dieter Meschede – Gerthsen Physik, Springer Verlag, Berlin (2006) Erwin Riedel – Anorganische Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin 

(2004)(2004) Wolfgang Demtröder – Experimentalphysik 3, Springer Verlag, Berlin 

(2010) Joachim Staab ‐ Industriele Gasanalyse  Oldenbourg Verlag  München Joachim Staab ‐ Industriele Gasanalyse, Oldenbourg Verlag, München

(1994)

http://wwwelektronikinfo de/strom/thermischelampen htm http://www.elektronikinfo.de/strom/thermischelampen.htm http://www.uni‐muenster.de/Physik.TD/gasentladungslampen.html http://www.heraeus‐noblelight.com http://www.newport.com http://www.uni‐protokolle.de

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