СПЕКТРАЛЬНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА ДЛЯ АТОМНОЙ АБСОРБЦИИ Российский патент 2001 года по МПК H01J61/02 

Предлагаемое изобретение относится к спектральным газоразрядным источникам света, предназначенным для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа.

Известны спектральные газоразрядные лампы с полым катодом, излучающие спектры различных химических элементов, содержащие колбу с увиолевым окном для выхода излучения, анод и полый катод, имеющий внутреннюю разрядную поверхность в виде цилиндра, открытого с одной стороны, выполненного из материала, спектр которого необходимо получить [1]. Анод имеет форму штыря или цилиндра [2] , расположен в непосредственной близости к катоду. Полый катод помещен в электроизолирующую трубку. Лампа наполнена инертным газом до необходимого давления. При подключении такой лампы к источнику питания между внутренней поверхностью катода и анодом зажигается тлеющий разряд в инертном газе. Под действием интенсивной ионной бомбардировки в тлеющем разряде происходит распыление материала катода. Продукты распыления в виде нейтральных атомов попадают в газовый разряд, возбуждаются там и излучают линии, принадлежащие спектру этого элемента, интенсивность излучения которых используется в приборах атомно-абсорбционного анализа.

К недостаткам ламп такой конструкции относится малая долговечность, вызванная тем, что во время работы лампы происходит распыление материала катода. Продукты распыления оседают на верхней части стеклянной трубки преимущественно вблизи границы с катодом. В результате эксплуатации лампы толщина этого покрытия увеличивается и через некоторое время соединяется с катодом, образуя переходящий мостик между катодом и напыленной частью трубки. Эта часть стеклянной трубки становится катодом с большей поверхностью горения тлеющего разряда, причем разряд переходит туда скачком. Это приводит к изменению электрических параметров лампы, а соответственно и к изменению стабильности спектральных характеристик, и лампа не соответствует требуемым параметрам.

Лампы, излучающие спектры тугоплавких металлов служат несколько дольше в зависимости от режимов работы. В двухимпульсном режиме работы лампы происходит более интенсивное распыление и срок службы ламп сокращается. По данным [1] гарантийная наработка на отказ для некоторых элементов составляет: свинец - 90 ч, марганец - 130 ч, молибден - 180 ч.

Техническим результатом изобретения является увеличение долговечности и стабильности характеристик спектральных ламп.

Для достижения технического результата в спектральной газоразрядной лампе для атомной абсорбции, содержащей колбу с оувиолиевым окном для выхода излучения и расположенные в ней соосно анод, полый катод, помещенный в первую электроизоляционную трубку, вторую электроизоляционную трубку, расположенную концентрично с первой и герметично с ней соединенную со стороны ножки, причем отношение внутреннего диаметра d₁ первой электроизоляционной трубки к внешнему диаметру d_к полого катода удовлетворяет следующему соотношению d₁ = (1,05 - 1,25)d_к между первой и второй электроизоляционной трубками образована полость, открытая со стороны полости анода. Отношение внутреннего диаметра d₂ второй электроизоляционной трубки к внешнему диаметру d₃ первой электроизоляционной трубки удовлетворяет соотношению d₂ = (1,4 - 2,0)d₃, а длина l₁ превышения второй электроизоляционной трубки над первой электроизоляционной трубкой удовлетворяет следующему соотношению l₁ = (0,8 - 1,5)d_к.

На фиг. 1 изображена конструкция газоразрядной спектральной лампы для атомной абсорбции, общий вид, на фиг. 2 - катодно-анодный узел с двумя электроизоляционными трубками в разрезе.

Лампа представляет собой стеклянный баллон 1 цилиндрической формы с плоским увиолевым окном 2 для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра. Анод 3 выполнен из никелевой проволоки марки НП-2 - имеет форму кольца. Полный катод 4, внутренняя полость которого выполнена из материала, спектр которого необходимо получить, установлен в первой электроизоляционной трубке 5 с зазором.

Концентрично относительно катода и первой электроизоляционной трубки 5 установлена вторая электроизоляционная трубка 6, диаметр внутренней поверхности которой удовлетворяет соотношению
d₂= (1,4 - 2,0)d₃.

При диаметре d₂ < 1,4d₃ вторая электроизоляционная трубка будет располагаться очень близко к первой трубке или даже касаться ее. Обе трубки будут работать как одна, что опять приведет к переходу разряда на запыленные участки, что было отмечено в недостатках аналога.

При значениях d₂> 2,0d₃ вторая трубка будет располагаться на значительном расстоянии от первой трубки и катода и продукты распыления, во время работы лампы будут преодолевать значительное расстояние до второй трубки, увеличивая поглощение газа, кроме того, увеличится угол рассеяния частиц. Значительная часть продуктов распыления окажется за пределами второй трубки, запыляя стенки баллона лампы. Это приведет к сильному поглощению инертного газа, уменьшению количества газа в лампе и снижению долговечности работы лампы.

Длина превышения второй электроизоляционной трубки над первой, расположенной между катодом и анодом должна находиться в пределах:
l₁ = (0,8 - 1,5)d_к.

При значениях l₁ < 0,8d_к продукты распыления будут в основном покидать зону полого катода и оседать на всех частях лампы, в том числе и на колбе. Пролетая через газ, продукты распыления будут поглощать, как было отмечено выше, кроме активных газов, и газ наполнитель, что в процессе эксплуатации приведет к уменьшению рабочего газа в лампе, изменению всех параметров в лампе, что негативно отразится на долговечности.

При значениях l₁ > 1,5d_к увеличится межэлектродное расстояние, что приведет к увеличению напряжения зажигания лампы или просто к погасанию тлеющего разряда.

Катод, анод и электроизоляционные трубки смонтированы на стеклянной ножке 7 с помощью молибденовых выводов 8. Анодный вывод внутри лампы для изоляции от газового разряда, помещен в стеклянную трубку 9. Лампа наполнена инертным газом до необходимого давления. Для подключения к источнику питания лампа снабжена октальным цоколем 10 под стандартную ламповую панель.

При подключении такой лампы к источнику питания между анодом 3 и разрядной полостью катода 4 зажигается тлеющий разряд в инертном газе. Продукты распыления катода в виде нейтральных атомов возбуждаются в газовом разряде при соударениях с электродами и излучают спектральные линии, интенсивность излучения которых через плоское окно 2 выходит из лампы.

В процессе работы лампы распыленные частицы оседают на второй электроизоляционной трубке, расположенной между катодом и анодом. Они не разлетаются по объему лампы и не образуют переходящих мостиков стеклянных трубок с катодом. В этом случае долговечность, стабильность - т.е. срок службы лампы будет увеличен.

Пример. Лампа представляет собой стеклянный баллон цилиндрической формы ⊘ 40,0 мм с плоским окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра. Анод выполнен из никелевой проволоки ⊘ 0,8 мм марки НП-2 и представляет собой кольцо ⊘ 10,0 мм. Полый катод выполнен из сплава меди со свинцом (содержание свинца 10%) ⊘ 6,0 мм и длиной 22 мм. Разрядная полость катода имеет диаметр 4,0 и 3,0 мм общей глубиной 12 мм.

Концентрично относительно катода установлены две цилиндрические стеклянные трубки различного диаметра. Одна трубка с внутренним диаметром ⊘ 6,7 мм примыкает с зазором 0,35 мм к боковой поверхности катода. Другая трубка имеет внутренний диаметр 11,7 мм и длину выступающей части между катодом и анодом 8,0 мм. Основания обеих трубок спаяны герметично между собой в зоне ножки, так что между их боковыми поверхностями образуется полость с зазором 2,0 мм, открытая со стороны анода. Катод, анод и обе цилиндрические трубки собраны на стеклянной ножке с помощью молибденовых выводов ⊘ 1,5 мм. Лампа наполнена инертным газом неоном до давления 3,0 мм рт.ст. Для подключения к источнику питания лампа снабжена октальным цоколем под стандартную ламповую панель. После изготовления лампы были проведены испытания на долговечность. Измерения параметров проводились на анализаторе типа "Спектр-5-3" в двух импульсном режиме на спектральной линии свинца 288,3 нм. Для сравнения использовалась лампа ЛС-11 ТУ 48-18-29-91, имеющая полый катод, выполненный из того же материала одной партии изготовления с диаметром разрядной полости 4,0 и 3,0 мм и глубиной 12,0 мм.

В результате испытаний выяснилось, что долговечность лампы, излучающей спектр свинца по предлагаемому изобретению превышает аналог в 1,66 раза, что практически подтверждает наши высказывания по увеличению долговечности лампы новой конструкции.

Предложенное изобретение является новым - предложена новая конструкция электроизоляционной трубки и в целом лампы. Произведен изобретательский шаг - лампа снабжена второй электроизоляционной трубкой, изолированной от первой в зоне распыления полого катода, и добавлена поверхность для оседания продуктов распыления, исключена возможность образования переходящих мостиков между катодом и первой электроизоляционной трубкой.

Изобретение промышленно применимо в производстве спектральных ламп для улучшения ламп, повышения долговечности и надежности.

Литература
1. Лампы спектральные ЛС-11. Технические условия ТУ 48-18-29-91 АОСЦМА, 1991 г.

2. А.с. СССР N 1737561, H 01 J 61/02, 1992 г.

Изобретение относится к спектральным газоразрядным лампам полого катода, предназначенным для работы в аппаратуре атомно-абсорбционного анализа. Техническим результатом является увеличение долговечности и стабильности характеристик спектральных ламп. Спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции содержит колбу с увиолевым окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра и расположенные в ней соосно анод, полый катод, помещенный в первую электроизоляционную трубку, вторую электроизоляционную трубку, расположенную концентрично с первой и герметично с ней соединенную со стороны ножки так, что между ними образована полость, открытая со стороны анода, а отношение диаметров d_к полого катода, внутреннего d₁ и внешнего d₃ диаметров первой электроизоляционной трубки, внутреннего диаметра d₂ второй электроизоляционной трубки и длины l₁ превышения второй изоляционной трубки над первой, расположенной между полым катодом и анодом удовлетворяют следующим соотношениям: d₁ = (1,05 - 1,25)d_к; d₂ = (1,4 - 2,0)d₃; l₁ = (0,8 - 1,5)d_к. 2 ил.

Спектральная газоразрядная лампа для атомной абсорбции, содержащая колбу с увиолевым окном для выхода излучения, прозрачного в ультрафиолетовой части спектра, расположенные в ней соосно анод, полый катод, помещенный в первую электроизоляционную трубку, вторую электроизоляционную трубку, расположенную концентрично с первой и герметично соединенную с ней со стороны ножки, причем отношение внутреннего диаметра d₁ первой электроизоляционной трубки к внешнему диаметру d_к полого катода удовлетворяет следующему соотношению: d₁ = (l, 05 - l,25)d_к, отличающаяся тем, что между первой и второй электроизоляционными трубками образована полость, открытая со стороны анода, а отношение внутреннего диаметра d₂ второй электроизоляционной трубки к внешнему диаметру d₃ первой электроизоляционной трубки удовлетворяет следующему соотношению: d₂ = (l,4 - 2,0)d₃, а длина l₁ превышения второй электроизоляционной трубки над первой электроизоляционной трубкой удовлетворяет следующему соотношению: l₁ = (0,8 - 1,5)d_к.