ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ БЕЗЭЛЕКТРОДНЫЙ ИСТОЧНИК УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01J65/04 

Изобретение относится к области газоразрядных источников света, в частности к области источников ультрафиолетового (УФ) И вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения, еще точнее к лампам, излучающим резонансные линии атомов галогенов или полосы молекул, содержащих галогены.

Возможные применения таких ламп фотоионизационные и фотолюминесцентные детекторы газоанализаторов и научные исследования.

Изготовление ламп с химически активными газами представляет определенные трудности, так как эти газы в условиях разряда активно взаимодействуют с электродами ламп или внедряются в стенки колб безэлектродных ламп.

Известны проточные лампы, через разрядный объем которых продувается смесь химически активного газа с инертным буферным газом. В лампах возбуждается газовый разряд тлеющий между электродами или высокочастотный безэлектродный [D.Davis, W.Brawn, Appl. Opt, 1968, v.7, p. 2071] Недостаток таких ламп состоит в том, что для их работы необходимы устройства прокачки и нейтрализации в некоторых случаях ядовитых газов.

Известны также отпаянные лампы, в которых запас химически активного газа, например галогена, находится в замороженном виде в отростке лампы. Температура отростка поддерживается такой, чтобы в разрядном объеме лампы в смеси с буферным газом создавалось необходимое парциальное давление активного газа [P. Harteck u.a. Z. Naturforsch, 1964, B.19a, S.2, Е.Н. Александров и др. ЖПС, т.46, 1987, с.20 24]
Недостаток таких ламп необходимость использования хладагента для поддерживания заданной температуры отростка.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является лампа по патенту США N 3851214, использовавшаяся, в частности, в космическом эксперименте по определению концентрации некоторых компонент верхней атмосферы [J.Anderson, Atmospheric Technology, 1978, N 2, p.55]
Колба лампы снабжена двумя отростками, в одном из которых помещено вещество, выделяющее в результате разложения при нагреве желаемый газ, например O₂ при нагреве M_nO₂ или KM_nO₄ или H₂ при нагреве UH₃, а в другом находится вещество (например, порошок урана или бариевый геттер), способное поглощать этот газ, а также другие газообразные продукты, образующиеся в разряде или выделяющиеся из стенок колбы. Имеются также средства независимого подогрева каждого из упомянутых отростков. Таким образом в лампе устанавливается динамическое равновесие между количеством газа, выделяющегося в отростке источнике газа, и количеством газа, поглощаемого в отростке с геттером, и поддерживается желаемый состав ее газового наполнения.

Недостаток описанного решения состоит в том, что усложняется конструкция лампы из-за наличия этих отростков и системы их раздельного подогрева.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение присутствия галогена в составе газового наполнения отпаянной лампы и упрощение ее конструкции.

Указанная цель достигается тем, что на часть внутренней поверхности стенки колбы лампы газоразрядного безэлектродного источника УФ-излучения наплавлена соль галогена и серебра в количестве 10 100 мг.

Лампа помещается внутрь высокочастотного индуктора, возбуждающего в ней газовый разряд. Под действием излучения газоразрядной плазмы и ионной бомбардировки осуществляется обратимая реакция разложения и синтеза галогенида серебра, в результате чего в лампе устанавливается некоторое парциальное давление газообразного галогена. Выбирая размер площади участка, покрытого галогенидом серебра, а также местоположение этого участка, можно в определенной степени управлять составом газового наполнения лампы и характеристиками ее излучения.

Предлагаемое решение является новым, так как отличается от такового прототипа и известных аналогов. Отличие является существенным, так как позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления лампы.

Пример исполнения лампы по предлагаемому изобретению представлен на фиг. 1, а на фиг.2 4 представлены образцы спектров, излучаемых лампами с разными наполнениями. Цилиндрическая колба 1 лампы (фиг.1) имеет приваренное к ней торцовое окно 2. Материал окна и согласованный с ним материал колбы выбираются в зависимости от области спектра, в которой используется излучение лампы. Для ВУФ-области применяются окна из фторида магния или лейкосапфира и соответственно платинитовое или молибденовое стекло; для более длинноволновой УФ- области колба лампы и окно могут изготавливаться из кварцевого или увиолевого стекла.

В горизонтально расположенную колбу лампы вводят кусочек спеченного галогенида (хлорида или бромида) серебра массой 10 100 мг и при вращении колбу в месте расположения галогенида греют горелкой до его расплавления (температура плавления соответственно 450 и 430^oC). Расплавленный хлорид растекается по поверхности стекла, образуя кольцевой слой 3, по охлаждении прилипающий к стеклу. Подготовленную таким образом лампу присоединяют как обычно к гребенке откачного поста. Лампу тщательно обезгаживают прогревом печью в течение нескольких часов при температуре до 400^oC. По охлаждении в лампу вводят один из инертных газов до давления в несколько гектопаскалей.

На фиг. 2 показан участок спектра в ВУФ-области, полученный с помощью вакуумного монохроматора ВМР-2 от лампы с хлоридом серебра и гелием. В диапазоне 130 140 нм лампа интенсивно излучает группу резонансных линий атома хлора. Другой характер имеют спектры излучения ламп, в которых в качестве буферного газа использованы тяжелые инертные газы: аргон, криптон или ксенон. В этом случае с большой вероятностью имеет место так называемая "реактивная передача возбуждения" от метастабильных атомов инертного газа молекулам галогена с одновременной реакцией образования эксимерных (возбужденных) молекул. При последующем переходе в основное отталкивательное состояние излучаются фотоны, принадлежащие континууму в УФ-области ["Плазма в лазерах". Под ред. Дж. Бекефи. М. Энергоиздат, 1982, с.233]

где A^* метастабильное состояние Ar, Kr, Xe,
X₂ молекула галогена,
hν принадлежит континууму в УФ-области.

В качестве примера на фиг. 3 приведен участок спектра в ВУФ-области, содержащий континуум, излучаемый лампой с хлоридом серебра и аргоном и принадлежащий эксимерной молекуле ArCl^*. Полуширина полосы около 4 нм, ее центр вблизи 175 нм. На этот континуум наложились значительно более узкие полосы, принадлежащие молекулам CO, присутствовавшим в качестве примеси в недостаточно обезгаженной экспериментальной лампе. Резонансные линии атома хлора в области 130 140 нм в этих условиях были сильно подавлены и практически не обнаруживались.

На фиг.4 показан континуум, излучаемый лампой, с хлоридом серебра и криптоном и принадлежащий эксимерной молекуле KrCl^*. Полуширина полосы около 5 нм с центром вблизи 222 нм. Аналогичные спектры могут быть получены и с другими галогенидами серебра бромидом и иодидом.

Использование: в лампах, излучающих резонансные линии атомов галогенов или полосы молекул, содержащих галогены. Сущность изобретения: в наполнении источника излучения присутствует инертный газ при давлении до 10 ГПа с примесью галогена. Источником галогена является соль галогена и серебра, наплавленная на часть внутренней поверхности колбы лампы. В зависимости от вида инертного газа и галогена лампа может излучать преимущественно резонансные линии галогена или полосы молекул соответствующих эксимеров. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газоразрядный безэлектродный источник ультрафиолетового излучения, содержащий цилиндрическую стеклянную колбу с прозрачным для излучения окном, внутри которой находится газообразный галоген при парциальном давлении менее 1 гПа и в качестве буферного газа один из инертных газов при давлении от 1 до 10 гПа, отличающийся тем, что на части внутренней поверхности стенки колбы наплавлен галогенид серебра в количестве от 10 до 100 мг. 2. Источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве буферного газа использован гелий. 3. Источник излучения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве буферного газа использован аргон, криптон или ксенон, а в качестве галогенида использован хлорид или бромид серебра.