Спектральная газоразрядная лампа Советский патент 1981 года по МПК H01J61/12 

(54) СПЕКТРАЛЬНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

Изобретение относится к газоразрядным пампам, а именно к составу газово го наполнения, и может быть использовано в качестве источника сплошного ультр фиолетового излучения, преимущественно в спектрофотометрии, а также в биологии медицине и других областях науки и техники. Известны спектральные газоразрядные лампы, содержаише наполненную дейтерием колбу с кварцевым окном для Выхода ультрафиолетового излучения, Накаливае-, мый катод, анод и диафрагму для формирования разряда между ними. К аноду и катоду прикладывается постоянное напряжение, и возникает дуговой разряд в дейтерии, сотфовождающийся сплошным излучением в ультрафиолетовой области Cl Недостатком подобных ламп является относительно небольшой срок службы, что связано с интенсивным поглощением дейтерия при разряде и снижением в результате этого силы света лампы. СЗбычно дей териевые лампы дугового разряда проектируются таким образом, что начальное движение дейтериевого наполнения (порндч ка 4 мм рт. ст.) соответствует максил мальной интенсивности ультрафиолетового излучения. Известна спектральная лампа, у которой начальное давление дейтерия превышает на 4О-50% уровень, соответствующий максимальной интенсивности ультрафиолетового излучения. Увеличение начального давления, а следовательно, запаса дейтерия, удлиняет срок службы лампы С23. Однако при увеличении начального давления чистого дейтерия увеличивается напряжение зажигания и падение напряжения на лампе, что неблагоприятно отражается на работе оксидного катода и не позволяет значительно поднять долговечность лампы. Наиболее близкой по техническойсущности к изобретению спектральная газоразрядная лампа, содержащая колбу с окном из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, установлен. 38 ные в колбе оксвдный катод, анод и расп ложенную между ними диафрагму, причем колба наполнена дейггерием с добавкой неона, в соотношении 1:1 гфи суммарном давлении 8 мм рт. ст. Хотя неон участвует в разряде, добавка неона не влияет на спектральное распределение и яркость излучения дейтериевого континуума в ультоафиолетовой области, но увеличивает яркость излучения в красной области спектра пример|10 в 2 раза, что позволяет использовать источник счета во всем диапазоне длин волн: от 200 до 600 нм. Этим добавление неона к дейтерию вьюод но отличается от давления криптона и других инертных газов. Добавление неона значительно облегчает условия работы катода, повышается эффективность использования электронов, эмитируемых катодом и необходимых для поддержания разряда, . поэтому срок службы лампы, по сравнению с чисто дейтериевым наполнением увеличивается, как показывают испытания, в среднем в 2,5 раза ГЗ. Однако парциальное давление дейтерия в известной лампе соответствует оптимальному (т.е. порядка 4 мм рт. ст.). Пр поглощении дейтерия в процессе срока службы интенсивность ультрафиолетового излучения падает, что не позволяет более существенно увеличить долговечность лампы. При увеличении давления данного газа-наполнителя, с целью повышения парциального давления дейтерия, возрастает катодное падение, что приводит к усиленному распылению катода и к повышению скорости истечения дейтерия, а также к ускорению напыления на выходно окно непрозрачных для ультрафиолетовых лучей продуктов;, распыления арматуры, поэтому увеличить долговечность таким путем не удается. Цель изобретения - увеличение долговечности спектральных газоразрядных . ламп, в состав наполнения которых входят дейтерий и неон, без ухудшения эле.ктрических и световых параметров. Эта цель достигается тем, что в спек ральной газоразрядной лампе, содержащей наполненную смесь дейтерия и неона колб с выходным окном из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, установленные в колбе оксвдный катод, анод и расположенную между ними диафрагму, в состав газового наполнения дополнительно введен аргон, при этом ко поненты -в.зя-fbr в следующем соотношении об. %: 7 Аргон2 - 1О Неон2О-4О ДейтерийОстальное На фиг. 1 представлена приндипиальная конструкция лампы; на фиг. 2 - кривые зависимости средней долговечности опытных партий ламп от состава газового наполнения,( л - сила света; Г - время работы лампы). Спектральная лампа состоит из кварцевой колбы 1 с выходным окном 2, прозрачным в области ультрафиолетового излучения до 160 нм. В колбе 1 расположены оксидный накапливаемый катод 3, кольцевой анод 4 и формирующая разряд диафрагма 5, все эти детали установлены В экране 6. Колба 1 наполнена смесью дейтерия - и неона с добавкой аргона. При подаче постоянного напряжения между анодом и катодом возникает разряд, сопровождающийся излучением в широком спектральном-диапазоне, ог 185 до 60О нм, выходящим наружу через окно 2. Кривая 7 (фиг, 2) изображает зависимость среднеарифметической величины силы света в ультрафиолетовой области (в условных ед.) десяти опытных ламп, на- , полненных чистым дейтерием при давлении 4 мм рт. ст., от времени работы ламп. Кривая 8 - такая же зависимость для десяти ламп, наполненных смесью дейтерия с неоном в соотношении I : I при общем давлении 8 мм рт. ст. Кривая 9 та же зависимость для десяти ламп, наполненных смесью аргона 5%; йеона 25%, дейтерия - остальное, при давлении смеси 11 мм рт. ст. Прямая 1О показывает минимальный уровень силы света, ниже которого лампы считаются негодными, В отличие от смеси Пеннинга, когда добавка аргона к неону снижает напряжение зажигания, в предложенной газовой смеси этот эффект отсутствует, так как, по меньшей мере, половину смеси составляет двухатомный газ дейтерий, гасящий метастабильные состояния неона. При содержании 2-10% к общему объему смеси аргон в разряде не участвует и является iбуферным газом, роль которого сводится к следующему. В лампах с чисто дейтериевым наполнением при давлении 4 мм рт. ст. температура оксидного катода, обеспечивающая максимальную долговечность, согласно экспериментальным данным должйа быть в пределах 76O-8lcfc (с учётом перегрева при нагрузке). В случае дейтериево-неоновой смеси Bcnesaствие того, что теплогфоводность неона примерно в 3 раза ниже теплопроводностН дейтерия, температура катода из-за снижения теплопроводности газовой смеси :допжна возрасти. Однако из-за того, что общее давление смеси увеличено вдвое и теплохфоводность газа-наполнителя при повышенном давлении соответственно увеличивается, температура катода в известной лампе остается в обычных пределах. При добавлении к указанной смеси аргона теплопроводность которого в 7,5 раза меньше теплопроводности дейтерия, температура катода соответственно доле арго на в смеси возрастает, но при этом, так показано ниже, становится возможным без ухудшения электрических и световых параметров еще увеличить давление смеси, так что температура катода снижается, оставаясь однако, согласно измерениям, в более высоких пределах (820860 С, также с учетом перегрева при нагрузке). Так как давление предложен:lioft смеси может быть увеличено до : 11-12 мм pr.cT.f из-за малой распыля- емости оксидного катода при таком давле нии увеличение его температуры в указан ных пределах допустимо, но гфи этом рез ко возрастает эмиссионная способность катода, что сопровождается существенным снижением катодного падения нагфяжения, . Поэтому из-за -дальнейшего облегчения условий работы катода, уменьшения его распыления под воздействием ионной бомбардировки и соответствующего уменьшения напыления на выходное окно (последнее вытекает из-за повышенного рассени вания распыляемых частиц, фокусируемых диафрагмой в струю, гфи повышенном давлении газовой среды) долговечность возКак видно из таблицы, наиболее оптимальной является смесь, включающая дейтерий 7О%, неон 25%, аргон 5%, так как она обеспечивает наибольшее парциальное давление дейтерия без ухудшения элект.: рических параметров. Снижение содержания аргона ниже 2 уже не дает заметных отличий по сравнению со смесью дейгерий-неон, а повышение содержания аргона выше 10% ведет к снижению общего давления смеси, в том числе и /парциаль- ного давления дейтерия. Кроме iroro, в растает. Одновременно, так как при увеличении давления смеси возрастает и парциальное давление дейтерия, по сравнению с известной лампой, за счет увеличения запаса дейтерия срок службы предлагаемой лампы также увеличивается, но, как показала гфоверка, без какого-лкбо ухуд- шения электрических и световых парамет ров лампы. Это можно объяснить повышенной эмиссией катода в лампе с предложенной смесью. Таким образом, добавка аргона позволяет получить ряд положительных эффектов, способствующих увеличению срока службы лампы без ухудшения ее параметров. Все лампы испытывают в одинаковом электрическом режиме. Из графика на фиг. 2 видно, что если при чисто дейтериввом наполнении лампы выходили из строя в среднем .через 800 ч, а при наполнении предложенной смесью после 12ОО ч еще остается достаточный запас по важнейшему щзитерию - силе света, а электрические параметры остаются в норме. Таким образом, юпыгнаяпроверка подтверждает значительное увеличение срока службы спектральных ламп щ)и наполнении их предложеннойсмесью. Для опытшах образцов спектральных ламп 1фй поддержании стабильным падЪния напряжения на лампе, равном 8О В, i Щ)И токе через лампу 0,3 А (это соответ-ствует на11более благчэцриятному режиму работы этих ламп) были испробованы разные варианть1 га 3овой, смеси. Результаты экспериментов приведены в таблице, где показано давление газа наполнителя при разных составах газовой смеси и при постоянстве указанных электрических параметров. этом случае уменьшается свечение неона, т.е. йельэя использовать лампу и в качес ве источника видимого излучения. То же наблйдается при уменьшении содержания неона ниже 2О% (при содержании аргона 2%). При этом давление наполнения умень шается до 6,2 - 6,5 мм рт. ст. При повышении содержания неона выше 40% (цри содержаний гона 5%) давление наполнения снижается до 8,3 - 8,8 мм рт. ст., следовательно в этом случае парциальнре давление уменьшается до веЛи чин, присущих известной лампе, и возмож ность увеличена долговечности сводится к минимуму. Предложенная спектральная газоразрядная лампа обладает повышенной, по сравнению с известными лампами, долго. вечностью. При этом обеспечивается возможность использования её в широком спектральном диапазоне, ог 185 до 600 нм что позволяет обойтись в аппаратуре одним источншшм излучения. Повышение срока службы достигается без какоголибо у {удшения электрических и световых параметров ламп. Внедрение предложен яой лампы в серийное производство несложно и дает.экономический эффект в народном хозяйстве. 8 78 Формула изобретения Спектральная газо зазрядная лампа, содержащая заполненную смесью дейтерия и неона колбу с выходным окном из материала, прозрачного.; для ультрафиолетового излучения, установленные в колбе накаливаемый катод, анод и расположенную между ними диафрагму для формирования разряда, о т л и ч а ю щ а я тем, что, с целью увеличения долгч вечности без ..ухудшения электрических |И световых параметров, в колбу лампы дополнительно введен аргон, при этом компонееты взяты в следующем соотношении, об. %: Дргон2-10 Неон20-40 ДейтерийОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии, № 51-34226, кл. 93 D 1, 1976. 2.Патент США N 4016445, кл. 313-185, 1977. 3.Оптико-механическая промьнилен.ность, 1979, № 11, с. 58-59. 600800 1000 Фиг.2. 1200 vac