СПЕКТРАЛЬНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА Советский патент 1973 года по МПК H01J61/09 H01J61/10 

1

Изобретение относится к области спектроскопии, в частности к источникам излучения, предназначенным для .спектральных исследований.

Для генерации излучения, в спектре которого содержатся резонансные линии атомов одного или нескольких определенных элементов, известны лампы, катод которых выполнен с полостью, содержащей требуемый химический элемент. При подключении такой лампы к источнику питания между полостью катода и анЪдом зажигается тлеющий разряд в инертном газе. Под действием ударов ионов инертного газа о поверхность полости атомы химического элемента отрываются от поверхности полости, попадают в газоразрядный промежуток, .возбуждаются там при соударении с электронами и при возвращении в нормальное состояние излучают линии, принадлежащие спектру этого элемента. Из числа возбуждаемых линий наибольшей интенсивностью обладают резонансные линии, которые и используются в ряде установок для спектрального анализа, в частности в атомно-абсорбционных спектрофотометрах.

Интенсивность излучения линии увеличивается с увеличением разрядного тока {увеличивается число ионов, соударяющихся с поверхностью полости и соответственно увеличивается концентрация атомов элементов в полости) и, с этой точки зрения, желательно, чтобы разрядный ток был как можно больше. Однако по мере увеличения разрядного тока излучаемая резонансная линия уширяется вследствие увеличения нагрева газа внутри полости, обусловленного увеличением мощности разряда (допттлеровское уширение). Вместе с тем лри увеличении концентрации атомов элемента становится существенной диффузия этих атомов за пределы полости, в результате чего начинается самообращение резонансной линии (центральная часть линии поглощается «холодными атомами элемента за пределом полости у торца катода вне разрядного промел утка). По этим причинам ток лампы обычно ограничивается некоторой предельной величиной, при которой обеспечиваются только приемлемые значения интенсивности и формы линии, но не обеспечиваются

одновременно высокие показатели обеих характеристик.

Цель изобретения - обеспечение возможности работы лампы на повышенных токах для

увеличения интенсивности спектральных линий, а для уменьщения полуширины спектральных линий и получения линий регулярной формы без искажения в области максимума и снижения напряжения зажигания разряда.

С этой целью полый металлический катод выполнен в виде массивного цилиндра с ребрами охлаждения на боковой поверхности, снабженного размещенными на обеих его торцовых поверхностях экранизирующими слюдяными экранами, жестко фиксируемыми относительно колбы пружинами Г-образного сечения -таким- образом, что отсутствуют зазоры между пружинами и колбой.

Повышение интенсивности резонансных линий и устранение их самообращения обеспечивается также применением дополнительного трубчатого экрана, размещенного между катодом и анодом в непосредственной близости к катоду и имеющего такой размер, чтобы излучение, возбуждаемое в полом катоде, полностью попадало на выходное Окно.

Трубчатый экран электрически соединен с анодом через резистор, вследствие чего между экраном и катодом зажигается вспомогательный разряд и снижается напряжение зажигания лампы.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая лампа; на фиг. 2 - схема ее включения.

Электродный узел . лампы смонтирован на ножке / и состоит из катода 2 с кладышем 3, трубчатого экрана 4, анода 5, дисковых слюдяных экранов 6 с центральными отверстиями и кольцевых пружин 7. К ножке 1 катод прикреплен при помощи катодных стоек 8, вставленных в изоляторы 9. Трубчатый экран 4 и анод 5 к выводам ножки присоединен посредством экранной стойки 10, вставленной в изолятор //, и анодной стойки 12, вставленной в изолятор 13. Смонтированная ножка заваривается в цилиндрическую колбу 14 с плоским выходным окном 15. Изготовленная лампа откачивается на вакуумном посту, тренируется, наполняется инертным газом до требуемого давления и отпаивается..

Для поддержания в лампе низкого давления остаточных газов использован газопоглотитель 16. После отпайки лампы между внешними выводами 17 и 18 анода 5 и экрана 4, соответственно, припаивается омический резистор 19. Лампа заканчивается цоколем 20, из которого выведены два присоединительных провода - катодный 21 и анодный 22, соответственно припаянные к выводам 17 и 23 (внещний катодный вывод).

Для питания лампы (фиг. 2) обычно ислользуется источник тока 24, обеспечивающий на выходе постоянное напряжение 400- 600 в и ток до 50 ма. К положительному полюсу 25 источника тока подключается через ограничительный балластный резистор 26 и миллиамперметр 27 анодный присоединительный провод 22 лампы, к отрицательному полюсу - катодный присоединительный проврд /.; - При включении источника тока 24 анод 5 и экран 4, соединенные между собой резистором 19, одновременно оказываются под одинакавым положительным потенциалом относительно катода 2. В первый момент зажнгается разряд между катором и экраном. Ток разряда ограничивается омическим резистором 19, сопротивление которого выбрано такнм, 5 чтобы ток соста влял несколько миллиампер. Этот вспомогательный разряд создает необходимые условия для зажигания основного разряда между катодом и анодом. Путь основного разрядного тока проходит из полости

10 катода 2 через отверстия в верхнем слюдяном экране & и в цилиндрическом теле экрана 4 к краям отверстия дискового анода 5. При горении разряда в полом катоде возникает излучение, в том числе и резонансное излучение,

15 которое через отверстия попадает на выходное окно и выходит за пределы лампы. Размеры отверстий выбраны таким образом, чтобы края их находились за пределами воображаемого усеченного конуса, малым основанием

0 которого является плоскость отверстия полого катода, а большим основанием - плоскость выходного окна.

Для предотвращения возникновения разрядного тока на боковой поверхности катода в

5 -предлагаемой лампе вместо керамического экрана, утепляющего катод и вызывающего тем самым значительное повышение температуры катода и газа, применены слюдяные экраны 6 с кольцевыми пружинами 7 Г-образ0 ного сечения, исключающие возможные зазоры между слюдяными экранами и колбой, через которые может проходить ток с наружной поверхности катода на анод. Сам катод выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например меди, и имеет большую поверхность охлаждения, которая непрерывно омывается газом, осуществляю-щим прямой перенос тепла от поверхности катода к стенке колбы. Из-за снижения температуры катода

0 снижается и температура газа, и излучаемая линия получается более узкой.

Снижение температуры катода позволяет в несколько раз увеличить рабочий ток лампы, а следовательно, и интенсивность резонанс5 ной линии. При увеличении тока в п раз интенсивность увеличивается более чем в п, а ширина линии при этом получается не больще чем у обычных известных ламп. Дополнительный трубчатый экран 4, расположенный между анодом и катодом в непосредственной близости от последнего, устраняет отрицательное воздействие облака «холодных атомов, которое образуется у отверстия полости катода и концентрация которого

5 возрастает с увеличением тока. В предлагаемой лампе это Облако «холодных атомов попадает в объем цилиндрического трубчатого экрана 4, через который проходит разрядный ток, носителями которого производится дополнительное возбуждение этих атомов, сопровождающееся излучением резонансных линий. При этом не только компенсируется поглощение резонансного излучения, вызывающее самообращение линий, но и происходит увеличение интенсивности резонансных линий.

Использование предлагаемой лампы в атомно-абсорбционных спектрофотометрах, для которых она в основном предназначена, обеспечивает повышение пределов обнаружения анализов, так как лаМпа позволяет производить измерения на больших разрядных токах (т. е. при увеличенной интенсивности резонансных линий). Помимо этого обеспечивается повышение чувствительности анализов, так как излучаемые .резонансные линии имеют малую полуширину и несамообращенный профиль.

Предмет изобретения

1. Спектральная газоразрядная лампа, предназначенная для излучения линейчатого спектра определенных химических элементов, содержащая металлический катод с полостью для установки химических элементов, формирующих генерируемое излучение, и анод, заключенные в запаянную стеклянную оболочку, наполненную инертным газом, отличающаяся

тем, что, с целью обеспечения возможности работы лампы на повыщенных токах для увеличения интенсивности спектральных линий, а также для уменьшения полуширины спектральных линий и получения линий регулярной формы без искажения в области максимума, катод выполнен в виде массивного цилиндра с ребрами охлаждения на боковой поверхности, экранированной размещаемыми на торцовых поверхностях катода диэлектрическими дисками, например слюдяными, по периметру которых расположены пружины, выбирающие зазоры между дисками и колбой.

2.Лампа цо п. 1, отличающаяся тем, что катод снабжен дополнительным трубчатым

экраном, установленным в непосредственной близости от полости катода.

3.Лампа по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью снижения напряжения зажигания

разряда, дополнительный трубчатый экран соединен электрически с анодом через омический резистор.

2

Фиг 2.