DE1539451C3 - Hohlkathodenlampe zur Erzeugung des Atomspektrums von Elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlkathodenlampe zur Erzeugung des Atomspektrums von Elementen, wobei der das betreffende Element enthaltende Stoff ein Teil der Kathode und in deren Höhlung angebracht ist.

Es sind Hohlkathodenlampen bekannt, deren Kathode ganz aus dem Element besteht, dessen Spektrum erzeugt werden soll (US-PS 32 64 511, GB-PS 10 32 063), oder aus einem das interessierende Atomspektrum nicht erzeugende Material hergestellt ist (FR-PS 1414 954). Die Innenwandung der letztgenannten Hohlkathode ist dann mit der die gewünschten Spektrallinien emittierenden Substanz bedeckt.

Bei diesen Hohlkathodenlampen bestimmt bekanntermaßen die Betriebsstromstärke sowohl den durch Kathodenzerstäubung erzeugten Dampfdruck als auch die Anregungshäufigkeit der verdampften Atome. Um nun Spektrallinien mit geringen Halbwertsbreiten zu erzielen, dürfen nur wenige Atome verdampft werden, damit diese sich nicht gegenseitig beeinflussen. Eine hohe Linienintensität kann dann nicht mehr erzielt werden, da die Anregungshäufigkeit durch die Betriebsstromstärke stark verringertist.

Aufgabe des Erfindungsgegenstandes ist es, Hohlkathoden zu erstellen, die Linienspektren für spektroskopische Untersuchungen bereitstellen, die sich durch hohe Intensität und geringe Halbwertsbreite auszeichnen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenumfangswandung der Hohlkathode aus periodisch abwechselnden Teilflächen aus dem das betreffende Element enthaltenden Stoff und aus einem Kathodengrundmaterial besteht.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kathodenform besteht nicht nur darin, daß damit Atomspektren mit Spektrallinien geringer Halbwertsbreite mit höherer Intensität erzeugt werden können, als dies mit einer aus dem betreffenden Element gefertigten Massivkathode möglich ist. Die neue Bauart, erlaubt vielmehr, schwerbearbeitbare Stoffe, wie z. B. Wolfram, Tantal, Molybdän u. a., in Form von Drahtwendeln einzubringen, welche die Innenwand ganz oder teilweise bedecken, oder teure Edelmetalle materialsparend als Draht oder in Form schmaler Streifen zu verwenden, oder nicht formbeständige spröde Stoffe in Nuten des Kathodenkörpers zu verankern, oder niedrigschmelzende oder bei der Fertigung chemisch unbeständige Stoffe durch deren hochschmelzende chemisch beständige Verbindungen zu ersetzen.

Erfindungsgemäß wird bei einem gegebenen, für die Linienverbreiterung noch zulässigen Dampfdruck die zugehörige, die Helligkeit mitbestimmende Entladungsstromgrenze erhöht, indem nur ein für jedes Element optimal wählbarer Anteil der Innenfläche der Hohlkathode mit dem interessierenden Element oder einem dieses enthaltenden Stoff bedeckt wird, wobei der Kathodenkörper selbst aus dem Material besteht, dessen Dampfspektrum mit der ausgewählten Linie des interessierenden Elements nicht interferiert.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hohlkathodenlampe dargestellt.

Das Entladungsgefäß 1 mit einer Edelgasfüllung von einigen Torr enthält eine Anode 2 und einen Kathodenkörper 3 mit einer Bohrung 4, in welcher sich bei bestimmten Verhältnissen von Bohrungsdurchmesser und Gasdruck die mit der Gasentladung verbundene Licht-.

entwicklung konzentriert, so daß die öffnung der Boh*'· rung 4 als Lichtquelle für Spektrographen geeignet ist. Durch isolierende Schirme nahe der Kathode kann die Gasentladung an deren Außenflächen" derart behindert werden, daß der überwiegende Teil des Entladungsstromes in die Kathodenhöhlung fließt.

Eine die Kathode umgebende zylindrische Hülle 5 aus Glas oder Quarz od. dgl. beschränkt als Kathodenschirm besonders wirksam die Entladung auf die Bohrung 4 und unterstützt somit die Wirkung der Kathodengestaltung. Zum Verständnis der Erfindung sei eine vereinfachende Beschreibung der Hohlkathodenentladung vorausgeschickt.

Die Entladung setzt bei steigendem Gasdruck erst dann im Inneren der Kathodenbohrung 4 an, wenn die zum Gasdruck etwa reziproke Kathodenfallstrecke kleiner als der Bohrungsradius geworden ist. Erst oberhalb dieses Grenzdruckes werden Glimmsäum und positive Säule im Inneren der Bohrung existenzfähig. Die besonderen Eigenschaften der Hohlkathodenentladung werden etwa zwischen dem doppelten und dem sechsfachen Wert dieses Grenzdruckes angetroffen.

Die besonderen Eigenschaften der Hohlkathodenentladung hängen nun damit zusammen, daß ein etwa durch ein aufgepralltes positives Ion aus der Kathode befreites Elektron radial in die positive Säule hineinbeschleunigt, in der längs eines Bohrungsdurchmessers bestehenden Potentialwanne so lange hin- und herpendelt, bis es seine Energie an andere Partikeln abgegeben hat. Verglichen mit einer gewöhnlichen Entladung mit gestreckter Säule ist deshalb in der Hohlkathode die Ionisationswahrscheinlichkeit pro cm³ der Säule ein mehrfaches höher.

Durch die Konstruktion wird es dadurch möglich, daß ein radial in die Säule einfallendes Elektron, das nicht nur ionisierende, sondern auch elastische Stöße erfährt, durch solche Stöße axial und tangential verlagert wird. Deshalb behält die Hohlkathodenentladung ihre wesentlichen Eigenschaften und eine ausreichende Gleichmäßigkeit der Lichtemission im Innenraum auch dann, wenn z. B. auf den Innenwänden der Bohrung 4 isolierende und leitende Teilflächen miteinander abwechseln.

Hiervon wird in der Hohlkathodenlampe Gebrauch

gemacht. In der Bohrung 4 des Kathodenkörpers 3 wechseln Felder 6 und 7 miteinander ab. Die Felder 6 werden zum Beispiel durch Erhöhungen des leitfähigen Kathodenkörpers gebildet. Die Felder 7 bestehen aus Vertiefungen, die mit dem interessierenden Element oder mit einer dieses Element enthaltenden Verbindung gefüllt sind, wobei der füllende Stofflich nichtleitend sein darf.' V^'" .

Die Felder 6 und 7 können durch Eindrehen ringförmiger Vertiefungen, durch Einschneiden eines Gewindes, durch Einfräsen achsparalleler Nuten od. dgl. geschaffen werden.

Das interessierende Element kann je nach seinen oder seiner Verbindung entsprechenden mechanischen und thermischen Eigenschaften in den Hohlzylinder eingebracht werden, z. B. als Drahtspirale, als massives oder gelochtes Blech, als in die Nuten 7 eingeschobene Stäbe, als diese füllender Schmelzfluß, als Paste, wobei gegebenenfalls die Flächen 6 durch abschließendes Bearbeiten wieder freigelegt werden müssen.

Als Kathodenkörper stehen zur Wahl alle genügend hochschmelzenden, beim Pumpprozeß leicht entgasbaren Stoffe, deren Dampfspektrum mit der gewählten Wellenlänge des jeweiligen Elements nicht interferiert, z. B. Kohle, Aluminium u. v. a.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hohlkathodenlampe zur Erzeugung des Atomspektrums von Elementen, wobei der das betreffende Element enthaltende Stoff ein Teil der Kathode und in deren Höhlung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die^nnenumfangswandung der Hohlkathode (3) aus periodisch abwechselnden Teilflächen aus dem das betreffende Element (7) enthaltenden Stoff und aus einem Kathodengrundmaterial (6) besteht.

2. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkathodengrundkörper (3) in der Innenumfangswandung Ringnuten oder Gewindegänge oder achsparallele Längsnuten aufweist, in welchen der das Element enthaltende Stoff eingebracht ist.

3. Hohlkathodenlampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Hohlkathode von einer isolierenden Hülle (5) umgeben ist.