Газоразрядная безэлектродная высокочастотная лампа Советский патент 1992 года по МПК H01J65/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к осветительным газоразряд- ным лампам без электродов внутри баллона, излучающим спектральные линии различных химических элементов и предназначенным для использования в атомно- абсорбционной и атомно-флуоресцентной аппаратуре.

Известны газоразрядные безэлектродные высокочастотные (ВЧ) лампы, содержащие колбу из оптически прозрачного материала, заполненную инертным газом и рабочим веществом, и ВЧ-индуктор, окружающий колбу и необходимый для возбуждения в ней ВЧ-разряда. Для повышения стабильности излучения подобные лампы снабжаются вакуумной рубашкой, т. е. ваку- умированным прозрачным баллоном, в котором установлена колба.

Недостатком известных ламп является низкая интенсивность излучения линий по отношению к интенсивности фонового излучения (отношение линия-фон) при уменьшении подаваемой на лампу ВЧ-мощности. Для увеличения интенсивности излучения часть внешней поверхности колбы покрывают светоотражающим слоем.

VI ел со ы о

00

Однако отношение линия-фон остается малым и, кроме того, нанесение отражающего слоя на поверхность колбы до ее откачки приводит к резкому ухудшению отражающих свойств после нагрева колбы при обезгаживании во время откачки, а нанесение слоя после откачки сильно ухудшает параметры лампы из-за выделения вредных примесей стенками колбы во время термической операции закрепления слоя.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является газоразрядная безэлектродная ВЧ лампа, содержащая заполненную инертным газом и рабочим веществом герметичную колбу из оптически прозрачного материала, установленную внутри герметичного баллона в виде цилиндра из диэлектрического материала, снабженного выходным окном, прозрачным для излучения колбы, причем пространство между колбой и баллоном вакуумировано.

Недостатком известной лампы является резкое снижение отношения линия-фон при уменьшении ВЧ-мощности, подаваемой на лампу, что характерно для газоразрядных спектральных ламп и других типов,

Цель изобретения - повышение отношения интенсивности излучения аналитических линий к интенсивности фонового излучения при снижении потребляемой лампой ВЧ-мощности.

Эта цель достигается тем, ч го в газоразрядной безэлектродной ВЧ-лампе, содержащей заполненную инертным газом и рабочим веществом герметичную колбу из оптически прозрачного материала,установленную внутри герметичного цилиндрического баллона из диэлектрического материала с прозрачным для излучения выходным о кном, причем пространство между колбой и баллоном вэкуумировано, согласно изобретению, внешняя боковая поверхность указанного баллона покрыта диффузно отражающим слоем.

На чертеже изображена принципиальная конструкция предложенной лампы.

Газоразрядная безэлектродная ВЧ лампа содержит кварцевую колбу 1, наполненную инертным газом и рабочим веществом, соосно установленную внутри диэлектрической трубки 2, например при помощи отростка 3, приваренного к основанию 4 трубки 2. С противоположной стороны трубка 2 имеет окно 5. прозрачное для излучения колбы 1. в зоне приварки окна 5 трубка 2 может иметь расширение 6. Внутри трубки 2 могут размещаться другие детали для оптимизации теп/юотвода or колбы 1, увеличения механической прочности конструкции и т. п. Трубка 2 с основанием 4 и выходным окном 5 образует герметичный баллон, откачанный через штенгель 7 до вакуума около 10 Па. На внешнюю поверхность трубки 2 нанесено диффузно отражающее покрытие из дисперсной двуокиси кремния, образующее отражающий слой 8. Окно 5 свободно от такого покрытия. Трубка 2 расположена внутри ВЧ-ин0 дуктора 9 так, чтобы индуктор 9 окружал колбу 1.

В конкретном примере выполнения колба 1 с отростком 3 изготовлена из кварцевого стекла, ее наружный диаметр 10 мм;

5 колба наполнена ксеноном при давлении около 400 Па, в нее также введен химический элемент или его соль в количестве около 1 мг. Трубка 2 с основанием 4 и окном 5 также выполнены из кварцевого стекла, на0 ружный диаметр трубки 2 - 15-16 мм, она откачана до достаточного вакуума, как указано выше. Отражающий слой 8 представляет собой диффузно отражающее покрытие из дисперсной двуокиси кремния с поверх5 ностной плотностью около 0,3 г/см3. Покрытие наносится на трубку 2 до заварки в нее колбы 1, что исключает вредное воздействие необходимых термических операций на оптические и электрические параметры го0 товой лампы. Известны различные способы получения подобных покрытий, например, путем подачи в газокислородную горелку газообразных соединений кремния, что обеспечивает достаточно высокую повто5 ряемость характеристик покрытия. Для изготовления экспериментальных образцов более подходит способ, когда дисперсную синтетическую двуокись кремния непосредственно наносят на поверхность трубки 2.

0 Для этого окно 5 защищают прижатием кварцевой пластины, наносят двуокись кремния при вращении трубки 2 при ее нагреве примерно до 1100°С, после чего уплотняют покрытие при температуре около

5 1200°С, с частичным остеклованием наружного слоя, отжигают трубку 2 при температуре около 1100°С в течение 1 ч и заваривают кварцевое основание 4 с установленной на нем откачанной колбой 1. Тол0 а;ина получаемого таким образом слоя 8 составляет около 0,5 мм. Так как лампа с индуктором 9 находится внутри экранирующего металлического корпуса (не показан), к механической прочности покрытия жест5 кие требования не предъявляются. До диэлектрическим свойствам слой 8 практически идентичен кварцевому стеклу, из которого изготовлена трубка 2.

Устройство работает следующим образом,

На индуктор 9, подключенный к транзисторному автогенератору, после подачи на последний напряжения поступает ВЧ-мощ- ность порядка 3-4 Вт, и под воздействием ВЧ-поля индуктора в колбе 1 зажигается разряд сперва в инертном газе, а после разогрева колбы 1 - в парах рабочего вещества.

В условиях предложенной лампы разряд устанавливается в виде безэлект- родного кольцевого и располагается в непосредственной близости к стенкам колбы 1. Такая конфигурация разряда приводит к существенному ослаблению самопоглощения резонансных линий, что определяет их повышенную интенсивность при достаточно малой ширине. Указанное характерно для безэлектродных ВЧ-ламп, однако в предложенной конструкции благодаря отражающему диэлектрическому по- крытию на поверхности вакуумной рубашки образуются условия для дополнительного повышения излучательных характеристик лампы. Поглощение плазмой кольцевого ВЧ-разряда теплового излучения, возвра- щаемого отражающим слоем 8, очевидно, создает условия для увеличения скорости электронов в этэй зоне; при этом возвращаемое слоем 8 боковое резонансное излучение колбы 1 приводит, к более эффек- тивному дополнительному резонансному возбуждению нейтральных атомов элемента в зоне кольцевого разряда с последующим переизлучением, часть которого (очевидно, не меньшая, чем для основного излучения разряда) оказывается направленной к выходному окну 5. Экспериментально это выявляется в виде не только

значительного повышения интенсивности излучения аналитических линий по Сравнению с прототипом, но и в виде существенного увеличения отношения линия-фон.

Предложенная газоразрядная безэлектродная ВЧ-лампа при одинаковой интенсивности излучения аналитических линий требует подачи ВЧ-мощности на 20- 25% меньшей, чем лампа-прототип. При этом отношение интенсивности излучения аналитических (резонансных) линий элемента-излучателя к фоновому излучению оказывается повышенным по сравнению с прототипом в 1,2-1,8 раза, а в ряде случаев и больше. В результате использование предложенной лампы позволяет значительно повысить технико-эксплуатационные характеристики и атомно-абсорбционной аппаратуры.

Формула изобретения Газоразрядная безэлектродная высокочастотная лампа, содержащая заполненную инертным газом и рабочим веществом герметичную колбу из оптически прозрачного материала, установленную внутри герметичного цилиндрического баллона из диэлектрического материала с прозрачным для излучения выходным окном, причем пространство между колбой и баллоном вакуу- мировано. отличающаяся тем. что, с целью повышения отношения интенсивности излучения аналитических линий к интенсивности фонового излучения при снижении потребляемой высокочастотной мощности, внешняя боковая поверхность баллона покрыта диффузно отражающим слоем.

Использование: осветительные газоразрядные лампы без электродов внутри баллона, излучающие спектральные линии различных химических элементов и предназначенные для использования в атомно- абсорбционной и атомно-флюоресцентной аппаратуре, Сущность изобретения: заполненная инертным газом и рабочим веществом герметичная колба из оптически прозрачного материала установлена внутри герметичного цилиндрического баллона из диэлектрического материала, снабженного выходным окном, прозрачным для излучз- ния. Внешняя боковая поверхность баллона покрыта диффузно отражающим слоем, а пространство между колбой и баллоном ва- куумировано. 1 ил. (Л

/ / 1 / /J

/

о оооо