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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gasentladungsröhre, und
insbesondere eine Gasentladungsröhre
zur Verwendung als eine Lichtquelle für ein Spektroskop, Chromatographie
oder ähnliches.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Als
Techniken auf einem solchen Gebiet sind herkömmlicherweise diejenigen bekannt,
die in den japanischen Patentanmeldungen mit der Offenlegungs-Nr.
HEI-7-326324 und HEI 8-222184
offenbart wurden. Bei den Gasentladungsröhren, die in diesen Veröffentlichungen
beschrieben werden, wird eine abgedichtete Hülle von einer Seitenröhre, die
aus Glas besteht, und einem Schaft, der aus Glas besteht, ausgebildet,
Schaftstifte sind mit dem Schaft fest verbunden, Anoden- und Kathoden-Abschnitte sind
mit den jeweiligen Schaftstiften fest verbunden, und die abgedichtete
Hülle ist
mit Deuteriumgas mit etwa mehreren Torr gefüllt. Eine solche Gasentladungsröhre ist
als eine Deuteriumlampe konstruiert und wird als eine stabile UV-Lichtquelle
verwendet.
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Das
US-Patent
US 4,016,445 offenbart
eine Deuterium-Bogenlampe.
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Das
US-Patent
US 4,910,431 offenbart
eine Wasserstoff- oder Deuterium-Ultraviolett-Entladungslampe.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Da
die herkömmlichen
Gasentladungsröhren so
ausgelegt sind, wie oben beschrieben, gab es jedoch die folgenden
Probleme.
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Und
zwar, da die oben erwähnte
abgedichtet Hülle
im Ganzen aus Glas hergestellt wird, überschreitet die Temperatur
der Verbindungsstelle zwischen der aus Glas bestehenden Seiten röhre und dem
aus Glas bestehenden Schaft vom Standpunkt der Verarbeitungsfreiheit
aus 1000 °C,
wenn sie thermisch miteinander verschmolzen werden. Als Gegenmaßnahmen
dazu ist es erforderlich, eine schwimmende Struktur zu verwenden,
in der die Anoden- und Kathoden-Abschnitte von der Verbindungsstelle
beabstandet sind, wodurch die abgedichtete Hülle ihre Abmessungen erhöht, wodurch
es unvermeidlich wird, dass die Gasentladungsröhre selbst vergrößert wird.
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Um
die oben erwähnten
Probleme zu beseitigen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Gasentladungsröhre
bereitzustellen, bei der gleichzeitig kleinere Abmessungen und Verarbeitungsfreiheit
erreicht werden.
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Um
die Gasentladungsröhre
kleiner zu machen, haben die Erfinder Versuche unternommen, wobei
verschiedene Materialien für
den Schaft und die Seitenröhre
verwendet wurden. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass in dem Fall,
in dem die Seitenröhre
selbst aus einem Material besteht, wie beispielsweise aus einem
Kovar-Metall oder ähnlichem, während ein
mit Glasmaterial oder Keramik beschichtetes Material für ihre Wandfläche verwendet wird,
sich die Temperatur der Anoden- und Kathoden-Abschnitte nur um einige
zig Grad zu dem Zeitpunkt erhöht,
zu dem die abgedichtete Hülle
damit verbunden wird, wodurch an den Anoden- und Kathoden-Abschnitten
keine thermischen Schäden
auftreten, selbst in einer Struktur, in der die Seitenröhre so klein
ausgebildet ist, dass die Kathoden- und Anoden-Abschnitte näher an dem
Seitenröhrenkörper angeordnet
sind.
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Die
vorliegende Erfindung wird gemäß dieser
Erkenntnis erreicht. Und zwar ist die Gasentladungsröhre der
vorliegenden Erfindung, um die vorher genannten Probleme zu überwinden,
eine Gasentladungsröhre,
die eine abgedichtete Hülle
aufweist, von der wenigstens ein Teil Licht überträgt, wobei die abgedichtete
Hülle mit
Deuteriumgas gefüllt ist
und mit Anoden- und Kathoden-Abschnitten ausgestattet ist, die darin
angeordnet sind, wobei elektrische Entladung zwischen den Anoden-
und Kathoden-Abschnitten erzeugt wird, so dass der lichtübertragende
Teil der abgedichteten Hülle
vorgegebenes Licht nach außen
abstrahlt. Die abgedichtete Hülle umfasst
einen Schaft zum Befestigen der Anoden- und Kathoden-Abschnitte
mittels jeweiliger Schaftstifte, die voneinander unabhängig sind;
die durch die abgedichtete Hülle
gekennzeichnete Gasentladungsröhre
umfasst des weiteren eine Seitenröhre aus Metall, welche die
Anoden- und Kathoden-Abschnitte umgibt und an dem Schaft befestigt
ist, und ein Lichtprojektionsfenster, das an der Seitenröhre befestigt ist
und aus einem lichtübertragenden
Material ausgebildet ist, wobei die Seitenröhre eine innere und äußere Oberfläche aufweist,
wobei wenigstens eine der Oberflächen
der Seitenröhre
im wesentlichen vollständig
mit einem Glasmaterial oder Keramik beschichtet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Seitenröhre
der Gasentladungsröhre
aus einem anderen Material (z.B. Kovar-Metall) als Glas ausgebildet sein, und
es sind keine Wärmeschäden an den Anoden-
und Kathoden-Abschnitten zum Zeitpunkt des Verbindens der Seitenröhre und
des Schafts miteinander vorhanden, selbst in einer Struktur, in
der die Seitenröhre
so klein ausgebildet ist, dass die Kathoden- und Anoden-Abschnitte enger aneinander angeordnet
sind, wodurch kleinere Abmessungen problemlos erreicht werden. Da
des weiteren ein Metall als ein Seitenröhren-Metall verwendet wird,
werden die Freiheit und Stabilität
bei der Verarbeitung erhöht.
Da die Röhrenwandfläche mit
einem Glasmaterial oder mit Keramik beschichtet ist, können Materialien,
die mit Gasen reagieren oder Gase, mit denen die Hülle gefüllt ist,
okkludieren können,
ebenfalls als ein Röhrenmaterial
verwendet werden, ohne eine solche Reaktion oder eine solche Okklusion
zu erzeugen, wobei es dadurch vorzuziehen ist, dass das Röhrenmaterial
eine größere Auswahl
aufweist, die Kosten senkt und die Einfachheit bei der Verarbeitung
erhöht.
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Vorzugsweise
besteht die Beschichtung der Wandfläche der Seitenröhre aus
kristallisiertem Glas. Das kristallisierte Glas ist Glas, in dem
Kristalle so abgelagert sind, dass die Kristalle und das Glas sich in
einem gemischten Zustand befinden, wodurch es als die Beschichtung
für die
Seitenröhre
ziemlich günstig
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung
und den begleitenden Zeichnungen umfassender verständlich.
Sie sind nur zur Veranschaulichung angegeben und sollten daher für die vorliegende
Erfindung nicht als einschränkend
betrachtet werden.
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Weiterer
Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung offenkundig. Es ist jedoch klar,
dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, obwohl
sie bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung aufgeführt sind,
und verschiedene Änderungen
und Modifizierungen innerhalb des Umfangs der Erfindung werden für Fachleute
aus dieser detaillierten Beschreibung offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Gasentladungsröhre in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt, während 2 eine vergrößerte Ansicht
des Wandabschnitts ihrer Seitenröhre
ist.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Gasentladungsröhre
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen erläutert.
Zum Erleichtern des Verständnisses der
Erläuterung
bezeichnen die gleichen Bezugszeichen, soweit möglich, durchgehend durch die
Zeichnungen die gleichen Teile, und eine wiederholte Erläuterung
wird weggelassen.
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Gasentladungsröhre in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in dieser Zeichnung dargestellte
Gasentladungsröhre 1 ist
eine Frontal-Deuteriumlampe und besitzt eine abgedichtete Hülle 2,
die mit Deuteriumgas mit etwa mehreren Torr gefüllt ist, wobei eine Baugruppe
eines lichtabstrahlenden Teils 3 in der abgedichteten Hülle 2 enthalten
ist. Die Baugruppe des lichtabstrahlenden Teils 3 weist
eine Anoden-Halteplatte 5 auf, die aus Keramik gefertigt
und auf einem Schaft 4 angeordnet ist. Eine Anoden-Platte 6 ist
auf der Anoden-Halteplatte 5 so angeordnet, dass sie von
dem Schaft 4 beabstandet ist. Die Anodenplatte 6 ist
an dem oberen Ende eines Schaftstifts 10a angeschweißt und fest
angebracht, welcher so befestigt ist, dass er durch den Schaft 4 hindurchdringt.
Ein aus Keramik gefertigter Abstandhalter 7 ist auf der Anoden-Halteplatte 5 angeordnet,
eine Fokussierelektrodenplatte 8 ist auf dem Abstandhalter 7 angeordnet,
und eine Fokussieröffnung 8a,
die in der Fokussierelektrodenplatte 8 ausgebildet ist,
ist so angeordnet, dass sie in eine Öffnung 7a des Abstandhalters
gerichtet ist, wodurch bewirkt wird, dass die Fokussierelektrodenplatte 8 der
Anodenplatte 6 gegenüberliegt.
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Neben
der Fokussieröffnung 8a ist
ein Kathoden-Abschnitt 9 auf der oberen Seite von dem Abstandhalter 7 angeordnet.
Der Kathoden-Abschnitt 9 ist an dem oberen Ende eines Schaftstifts 10b angeschweißt und fest
angebracht, welcher so befestigt ist, dass er durch den Schaft 4 hindurchdringt
und Thermionen erzeugt, wenn eine Spannung daran angelegt wird.
Zwischen dem Kathoden-Abschnitt 9 und der Fokussieröffnung 8a ist
eine Entladungs-Gleichrichterplatte 11 an einer Position
angeordnet, die von einem Lichtweg (in der Richtung, die von der
Fokussieröffnung 8a in
der Zeichnung direkt nach oben weist, d.h. in der Richtung des Pfeils
A) abweicht. Die Entladungs-Gleichrichterplatte 11 ist
mit einem Fenster 11a zum Freigeben von Elektronen ausgestattet, das
als eine rechtwinklige Öffnung
ausgebildet ist, um durch diese hindurch Thermionen zu übertragen, die
in dem Kathoden-Abschnitt 9 erzeugt wurden. Außerdem ist
die Entladungs-Gleichrichterplatte 11 an der oberen Seite
der Fokussierelektrodenplatte 8 angeschweißt und fest
angebracht und ist mit einer Abdeckplatte 12 versehen,
die einen L-förmigen Querschnitt
aufweist, um die obere Seite des Kathoden-Abschnitts 9 und
dessen Rückseite
gegenüber dem
Fenster 11a zum Freigeben von Elektronen zu umgeben. Die
Abdeckplatte 12 hält
die spritzenden Materialien oder verdunsteten Materialien, die von dem
Kathoden-Abschnitt 9 freigesetzt werden, davon ab, sich
an einem Lichtprojektionsfenster 19 anzulagern, das aus
Quarzglas oder UV-übertragendem Glas
ausgebildet ist.
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Während die
so ausgebildete Baugruppe eines lichtübertragendes Teils 3 innerhalb
der abgedichteten Hülle 2 angeordnet
ist, ist eine Auslassröhre 13 fest
an dem Schaft 4 angebracht, da es erforderlich ist, die
abgedichtete Hülle 2 mit
Deuteriumgas mit mehreren Torr zu füllen. Unter Verwendung dieser Auslassröhre 13 kann
die abgedichtete Hülle 2 entsprechend
mit Deuteriumgas mit einem vorgegebenen Druck gefüllt werden,
nachdem die Luft daraus abgezogen worden ist. Nach dem Befüllen wird
die Auslassröhre 13 geschlossen,
wodurch die abgedichtete Hülle 2 abgedichtet
wird.
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Hier
weist die abgedichtete Hülle 2 eine
Seitenröhre 20 auf,
die aus einem Metall, beispielsweise aus einem Kovar-Metall, Edelstahl
oder ähnlichem gefertigt
ist, die wie ein Zylinder geformt ist, dessen beiden Seiten offen
sind, wogegen das aus Glas gefertigte Projektionsfenster 19 so
an einer äußeren Wandfläche 22b eines
Seitenröhrenkörpers 22 fest angebracht
ist, dass es einen kreisförmigen Öffnungsabschnitt 20a verschließt, der
an dem obersten Teil der Seitenröhre 20 ausgebildet
ist. Der Schaft 4 ist wie eine zylindrische Säule aus
Glas (z.B. Kovar-Glas) ausgebildet, wogegen sein Umfangsteil mit einem
Verbindungselement 15 versehen ist, das aus einem Metall
(z.B. Kovar-Metall) gefertigt ist. Das Verbindungselement 15 umfasst
einen zylindrischen Körperabschnitt 15a und
einen ersten Flanschabschnitt 15b, der sich wie ein Rand
von dem unteren Ende des Körperabschnitts 15a aus
radial erstreckt. Der Körperabschnitt 15a des
Verbindungselements 15 ist an der äußeren Wandfläche des
Schafts 4 durch Verschmelzung oder Verklebung fest angebracht.
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Andererseits
ist die andere offene Endseite der Seitenröhre 22 mit einem zweiten
Flanschabschnitt 16 versehen, der durch integrale Ausformung mit
der Seitenröhre 20 ausgebildet
wird, wobei er sich wie ein Rand radial von deren unterem Ende aus
erstreckt. Wenn daher der Schaft 4 in die Seitenröhre 20 in
einem Zustand eingeführt
wird, in dem die Baugruppe des lichtübertragenden Teils 3 fest
an dem Schaft 4 angebracht ist, werden der Metall-Flanschabschnitt 15b des
Schafts 4 und der Metall-Flanschabschnitt 16b der
Seitenröhre 20 miteinander
in engen Kontakt gebracht, und während
dieser Zustand aufrechterhalten wird, wird der so verbundene Teil
einem Schweißvorgang
unterzogen, wie beispielsweise Elektroschweißung, Laserschweißen oder ähnlichem,
um so eine hermetische Abdichtung der abgedichteten Hülle 2 zu
bewirken. Nach diesem Schweißvorgang
wird die Luft in der abgedichteten Hülle 2 durch die Auslassröhre 13 abgezogen,
die abgedichtete Hülle 2 wird
anschließend
mit Deuteriumgas mit etwa mehreren Torr gefüllt, und die Auslassröhre 13 wird
danach verschlossen, womit der Zusammenbau-Vorgang beendet wird.
Hier wird der erste Flanschabschnitt 15b als eine Referenzposition in
Bezug auf den lichtübertragenden
Teil der Gasentladungsröhre 1 verwendet
(den Teil, in dem Lichtbogenkugeln vor der Fokussieröffnung 8a erzeugt
werden). Wenn nämlich
die Positionsbeziehung zwischen dem ersten Flanschabschnitt 15b und
dem lichtübertragenden
Teil beim Zusammenbau der Entladungsröhre 1 konstant gehalten
wird, wird die Positionierung des lichtübertragenden Teils einfacher, wodurch
zu erwarten ist, dass sich die Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau
und die Positionierungsgenauigkeit in Bezug auf eine (nicht dargestellte)
Vorrichtung zum Antreiben der Gasentladungsröhre 1 verbessern.
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Des
weiteren ist die innere Wandfläche 22a des
Seitenröhrenkörpers 22 der
Seitenröhre 20 mit einem
Kovar-Glasmaterial 21 im wesentlichen über ihre gesamte Oberfläche beschichtet,
wie in 2 gezeigt. Zum Herstellen einer solchen Seitenröhre 20 ist
der Seitenröhrenkörper 22 aus
einem Metall gefertigt, das zuerst durch Pressen in eine vorgegebene Form
ausgeformt wird. Um danach verhindern, dass die Gasfüllung der
abgedichteten Hülle 2 ungelegener
Weise durch den Seitenröhrenkörper 22 übertragen
oder darin okkludiert wird, d.h. um verschiedene Nachteile zu vermeiden,
die in Abhängigkeit
von der Kombination des Materials des Seitenröhrenkörpers 22 selbst und
der Gasfüllung
der abgedichteten Hülle 2 auftreten
können,
ist die innere Wandfläche 22a des
Seitenröhrenkörpers 22 mit
dem Glasmaterial 21 mittels Auftragen oder CVD-Verfahren
beschichtet. Demzufolge kann nicht nur die Lebensdauer der Gasentladungsröhre 1 davor
bewahrt werden, sich zu verkürzen,
sondern es wird auch begünstigt,
dass der Seitenröhrenkörper 22 eine
größere Bandbreite an
verarbeiteten Formen aufweisen kann und eine sichere Aussicht auf
Massenherstellung erlangt wird, da er aus einem Material gefertigt
ist, das durch Pressen leichter auszuformen ist.
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Als
das Glasmaterial 21 kann auch Quarzglas und kristallisiertes
Glas verwendet werden. Da das kristallisierte Glas ein Glas ist,
in dem Kristalle abgelagert sind, kann es sicher ein Phänomen wie beispielsweise Übertragung,
Okklusion oder chemische Reaktion verhindern, die in dem Seitenröhrenkörper 22 auftreten
können.
Beispiele für
das kristallisierte Glas umfassen MgF2-Glas,
Saphirglas, SiO2-Glas, CaF2-Glas und ähnliches.
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Für den Fall,
dass die Unreinheiten, die in dem Glasmaterial 21 enthalten
sind, während
des Zusammenbaus oder der Verwendung der Gasentladungsröhre 1 in
die abgedichtete Hülle
entlassen werden und sich dadurch negativ auf Merkmale der Gasentladungsröhre 1 auswirken,
kann das Glasmaterial 21 an der äußeren Wandfläche 22b des
Seitenröhrenkörpers 22 angeordnet
werden. Des weiteren kann das Glasmaterial 21 natürlich sowohl
an der inneren Wandfläche 22a und
der äußeren Wandfläche 22b angeordnet
werden.
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Arbeitsvorgänge einer
derart ausgelegten Gasentladungsröhre 1 werden im folgenden
kurz erläutert.
Zuerst wird eine elektrische Energie von etwa 10 W von einer externen
Stromquelle zu dem Kathoden-Abschnitt 9 für etwa 20
Sekunden zugeführt,
um so den Kathoden-Abschnitt 9 vorzuwärmen. Danach wird eine Gleichstrom-Auslösespannung
von etwa 150 V über
den Kathoden-Abschnitt 9 und die Anoden-Platte 6 angelegt,
um die Bogenentladung vorzubereiten.
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In
dem Zustand, in dem die Vorbereitung angezeigt wird, wird eine Auslösespannung
von etwa 350 V bis 500 V über
den Kathoden-Abschnitt 9 und die Anoden-Platte 6 angelegt.
Hier konvergieren die von dem Kathoden-Abschnitt 8 freigesetzten
Thermionen, während
sie durch die Entladungs-Gleichrichterplatte 11 gleichgerichtet
werden, an der Fokussieröffnung 8a der
Fokussierelektroden-Platte 8 und erreichen die Anoden-Platte 6.
Danach erfolgt eine Bogenentladung vor der Fokussieröffnung 8a,
und ultraviolette Strahlen, die aus den Lichtbogenkugeln entnommen
werden, die bei dieser Bogenentladung erzeugt werden, werden durch
das Lichtprojek tionsfenster 19 übertragen und nach außen freigesetzt, d.h.
in der Richtung des Pfeils A.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorher genannte Ausführungsform
beschränkt.
Beispielsweise kann eine Aufgabe, ähnlich derjenigen mit dem vorher
genannten Glasmaterial 21, gelöst werden, wenn eine oder beide
der inneren Wandfläche 22a und
der äußeren Wandfläche 22b des
Seitenröhrenkörpers 22 mit
Keramik (Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder ähnliches) anstatt mit dem Glasmaterial 21 beschichtet
werden. Die vorliegende Erfindung lässt sich natürlich auch
auf seitliche Entladungsröhren
anwenden.
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Da
die Gasentladungsröhre
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wie vorher erwähnt ausgelegt ist, lassen sich
gleichzeitig die Abmessungen der Gasentladungsröhre selbst reduzieren und eine
Freiheit bei der Verarbeitung erreichen.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich in geeigneter Weise anwenden auf eine Gasentladungsröhre, wie
beispielsweise eine Gasentladungsröhre für die Verwendung als eine Lichtquelle
für ein
Spektroskop, Chromatographie oder ähnliches, und ist insbesondere
einsetzbar als eine Deuteriumlampe.