DE1589295A1 - Abschirmung fuer Hohlkathodenlampen - Google Patents

Description

The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Connecticut, ü.S.A«,

Abschirmung für Hohlkatiiodenlampen

Die Erfindung betrifft Höh!kathodenlampen der Art, wie sie beispielsweise als Strahlungsquellen für Atomabsorption verwendet werdenρ und zwar eine Verbesserung solcher Lampen durch Abschirmung der Hohlkathode derart, daß die Nutzungsdauer und die praktisch daraus; verfügbare Energie erhöht werden.

Bei der Atomabsorptionsspektroskopie ist eine Strahlungsquelle erforderlich, die in den spektralen "Linien" des untersuchten Metalls oder der Metalle eine hohe Intensität besitzt_o Eine bevorzugte Quelle derartiger Strahlung besteht aus einer Entladungslampe, in der die Kathode die Form eines an einem Ende offenen Hohlzylinders hat« Wenigstens die Innenfläche dieser Hohlkathode enthält das oder mehrere Metalle, für die das Emissionsspektrum gewünscht ist. Wenn ein elektrischer Strom von einer Anode zu dieser Kathode (durch ein Edelgas mit unterdruck) geleitet wird, werden das Metall oder die Metalle von der Kathodenfläche weg "zerstäubt", um eine im wesentlichen atomare Teilchenwolke zu bilden_o In dem elektrischen Feld verhältnismäßig hoher Temperatur senden diese Teilchen eine wesentliche

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Strahlungsmenge mit den charakteristischen Frequenzen der betreffenden Metalle aus, um eine verhältnismäßig intensive Strahlung mit diesen charakteristischen Spektrallinien zu bilden. Man hat in jüngster Zeit festgestellt, daß die Nutzintensität dieser Höhlkathodenröhre im Verhältnis zu der erforderlichen elektrischen Energiemenge gesteigert wird, wenn das Glimmen auf ihr Inneres beschränkt wird«, Die Erfindung schafft nicht nur eine solche Abschirmung der Außenfläche der Kathode, um die praktische Leistung der Lampe zu erhöhen, sondern begrenzt auch den Weg des zerstäubten Metalls, um weitere Vorteile zu erzielenο

Bei herkömmlichen Hohlkathodenlampen erreicht ein wesentlicher Teil des zerstäubten Metalls schließlich die Innenfläche der Glashülle, die dazu dient, das Edelgas einzuschließen und eine der Hauptstützstrukturen der Lampe zu bilden_o Dieser überzug des zerstäubten Metallstritt natürlich bei höheren Arbeite- . strömen schneller auf, aber selbst bei mäßigen Strömen entsteht dieser überzug mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit. Dieser überzug aus zerstäubtem Metall bedeckt allmählich die gesamten Innenteile der Röhre in Nähe der Hohlkathode_β Da das Uberzugsroaterial aus einem oder mehreren Metallen besteht, wird schließlich die elektrische Isolierung zwischen der Anode und der Kathode (insbesondere zwischen den Zuleitungen) erheblich herabgesetzt oder durch dieses Überzugsmaterial sogar vollständig "kurzgeschlossen" ο Es hat sich sogar gezeigt, daß dieses Kurzschließen häufig der Paktor ist, durch den die Lebensdauer der Hohlkathodenlampe begrenzt wird» Erfindungsgemäße Hohlkathodenabschirmungen schwächen diesen Überzugsvorgang so weit ab, daß dieses Kurzschließen als hauptsächlicher Grund für ein Versagen

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der Lampe wegfällt ο Erfindungsgemäfie Abschir»ungen verringern auch die Verlustgröße des emittierenden Metalle oder der Metalle aus den Inneren der Hohlkathode und verbessern dadurch einen weiteren Paktor in der Lebensdauer der Lampe_o Schließlich vergröeern erfindungsgen&ße Abschirmungen tatsächlich die Intensität der Nutxemission bei einer gegebenen elektrischen Stromdichte (diese Wirkung ist sehr ausgeprägt bei der Form der Erfindung, bei der das offene Ende der Hohlkathode durch die Abschirmung teilweise gedrosselt Ist₉ wie nachstehend noch deutlich wird).

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, eine Abschirmung für die Hohlkathode in einer Lampe zu schaffen, die nicht nur das Gliwwen auf das Innere der Kathode beschränkt, sondern auch die su den verschiedenen anderen Lampenteilen serstäubte Materialmenge wesentlich verringert und die Emissionsleistung der Lampe ( sogar la Vergleich su HohlkathodenlampenV dl« andere Arten der Abschirmung der Hohlkathode aufweisen) steigern» ■

Zwei Ausführungabeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschriebent

FIgο 1 ist teilweise ein Aufriß und teilweise ein senkrechter Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung« und

2 ist eine ähnliche Ansicht eines zweiten Ausführungsheispiels der Erfindung·

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Eine verhältnismäßig einfache beispielsweise Ausführung«form der erflndungsgemäßen Hohlkathodenabschirmung 1st in Flg. 1 in einer im übrigen mehr oder weniger herkömmlichen Hohlkathodenlampe verkörpert gezeigt» Zunächst werden die herkömmlichen Teile dieser Lampe beschrieben« Eine solche Lampe weist eine geschlossene Hülle Io auf» die von einer Hauptzylinder* röhre 12 (typischerweise aus Glas) gebildet wird, die an jedem Ende durch eine Fußanordnung 14 bzw. ein durchlässiges Fenster 16 abgeschlossen ist«

Die Fußanordnung 14 stützt eine Vielzahl von Stiften oder Stäben, die hier (zu Beispielszwecken} aus vier Stiften bestehend angenommen ist» die um die zentrale Längsachse der Lampe symmetrisch angeordnet sind ( und daher quadratisch oder rautenförmig angeordnet sind)· Einer dieser Stifte, 15, ist umgebogen, um einen zur zentralen Längsachse der Röhre 12 radial verlaufenden Abschnitt.17 zu bilden, an welcher Stelle er erneut ungebogen ist, um einen mit dieser Achse Susannenfallenden Abschnitt bei 18 au bilden» Der Abschnitt 18 stützt die Hohlkathodananordnung 2o. Diese Kathodenanordnung besteht aus der eigentlichen Hohlkathodentnilde (22}, die Material enthält, das aus den Element oder den Elementen »it den gewünschten Spektrallinien bestehtο Dieses Material kann beispielsweise (bei 24) auf die Innenwände der Hohlkathodeiwulde 22 aufgetragen sein· Sie kann stattdessen aus einem muldenförmigen Einsatz bestehen« der in der Kathode22 Preßsitz hat oder auf andere Weise darin befestigt 1st; oder die Hohlkathode 22 selbst kann aus dem gewünschten Material bestehen» Die Hohlkathode kann von einem alt dieser aus einem Stück bestehenden schmaleren Abschnitt 26 gestützt werden, dar auf den Mittel stift abschnitt 18 aufge-

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schrumpft ist oder darauf Preflsits hat.

Bevor die» die Hohlkathode umgebende erfindungsgemftfte Ab-•chirraung beechrieben wird» werden zunächst die übrigen,»ehr oder weniger herkömmlichen Komponenten der Lampe beschrieben· -Ein isöliersockel 3o ist an den fufianordnungsseltigen (14) Ende der Hülle Io befestigt, beispielsweise angekittet. Bin Paar kurser Stifte (von denen nmr der eine bei 32 in Fig. 1 zu sehen ist) befinden sich an den beiden Scheitelpunkten de» Quadrat« oder der Raute neben dem des Stiftes 15 (so daß sich diese kurzen Stifte in der zentralen Horizontalebene von Fig. 1 diametral gegenüberliegen)· Ein horizontaler radial verlaufender Stab 34 ist neben den rechten finden dieser kurzen Stifte befestigt (beispielsweise angeschweißt) »(wobei nur das Ende 33 des Stiftes 32 in Fig_o 1 zu sehen ist). Die Mitte des horizontalen Stabes 34 ist an den mittleren Knick 35 (zwischen den Abschnitten 17 und 18) des Stiftes 15 befestigt· Die beiden kurzen Stifte und der horizontale Stab 34 bilden dadurch eine verhältnismäßig «taxre Dreifußanordnung Ait den umgebogenen Stift 15. Ein unterer Leitungestift 36 (diametral gegenüber dein umgebogenen Stift 15 in der zentralen senkrechten Ebene) stützt eine leicht gebogene stabähnliche Anode 38„ Die elektrischen Anschlußstifte (in diesem Fall 15 und 36) werden bei 4o bzw. 44 an elektrische Zuleitungen 42 bzw« 46 angeschlossen. Die Zuleitungen 42 und 46 können aus dem Sockel 3o als Stränge eines Kabele 48 austreten» das in einer elektrischen Steckvorrichtung 49 endet. Die Zuleitungen 42 und 46 sind vorzugsweise in lockerem Zustand in einem: Isolierfüllstoff So in einem, den Sockel 3Ö bildendenharten AuBengehXuse 52 eingebettet. An der Austrittestelle des Kabels 48 aus dem Gehäuse kann eine Spannungs- entlastuhg 54 vorgesehen sein. -OiUGiNAL INSPECTED'

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Eine Hohlkathodenlampe dieser allgemein herkömmlichen Art (die -angenommen - nicht die bei 60 angedeutete erfindungegeoSße Abschirmung aufweist) arbeitet wie folgt. Die entgegengesetzten Seiten einer elektrischen Kraftquelle sind (mittels des Steckers 49, Kabele 48, der Zuleitungen 42 und 46, der Stifte 15 und 36) an die Hohlkathode 22 und die Anode 38 angeschlossen. Beispielsweise Arbeitsströme liegen im Bereich von Io bis 5o MilliampSre und beispielsweise Arbeitsspannungen zwischen I5o bis 3oo V· Dadurch wird aus einem» von der Hohlkathode bei ihrer erhöhten Temperatur in dem elektrischen Feld "zerstäubten" Material eine "Wolke" kleiner erregter Teilchen gebildet (von denen wenigstens einige Atome des gewünschten Elements sind)· Eine Emission verhältnismäßig hoher intensität mit der Spektralliniencharakteristik des gewünschten Metallelements wird daher (zusammen mit anderer Strahlung) erzeugt, um durch das Endfenster 16 zwecks Verwendung, beispielsweise, in dem Atomabsorptionsspektrometer geleitet zu werden_o

Um eine verhältnismäßig hohe Intensität dieser gewünschten Strahlung aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß die bei Öder in der Hohlkathode 22 vorgesehen-en Metallelemente unter Betriebsbedingungen ziemlich heftig zerstäubt werden. Aus diesem Grund verläßt eine wesentliche Menge des zerstäubten Materials die Umgebung der Kathode und kondensiert auf den kälteren Teilen der Röhre lo_o Obgleich ein Hauptteil dieser Kondensation auf den Teilen der Innenfläche der Hauptzylinderröhre 12 stattfindet, die sich in Nähe der Kathode (d.h. in Nähe des bei 56 in Fig_o 1 angedeuteten Bereichs) befinden, was kaum nachteilig ist, werden andere Teile im Inneren der Lampe ebenfalls in gewissem Maße tiberzogen.

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Da das kondensierende Material metallisch ist, bildet selbst ein verhältnismäßig dünner überzug von diesem einen ziemlich guten elektrischen Leiter, Deshalb kann selbst ein sehr dünner überzug auf der Innenfläche 58 der FuSanordnung 14 ein wesentliches Kurzschließen {direkt oder Indirekt) zwischen dem elektrisch negativen Stift 15 und dem Anodenstift 36 hervorrufen« Die Verwendung einer Isolierung ist nur teilweise wirksam» Isolierungen in Form von Hülsen oder dergleichen werden mit kondensiertem Metalldampf Überzogen, so daß auf ihrer gesamten Oberfläche von einem Ende sum anderen elektrische Pfade hergestellt werdenο Nur wenn die umgebende Isolierung im wesentlichem auf ihrer gesamten Länge (einschließlich an ihren beiden Enden) dampfdicht ist, 1st die Isolierung wirksam.'.'Im allgemeinen ist es äußerst schwierig,, derartige dampfdichte Verbindungen zwischen verschiedenartigen Werkstoffen aufrechtzu- -erhalten»-Da.darüber hinaus die Kathode -und die anöde selbst frei von Isolierung wenigstens iß ü®n Bereichen, in denen sie arbeiten,, sein müssen, kann der kondensierte Metalldampf schließlich einen leitenden Pfad von der blanken Kathode zu der blanken Anode ohne Rücksicht auf dazwischenliegende Isolierung errichten» Isolierkappen» wie sie beispielsweise bei 51 und 53 gezeigt sind Cam Fuß des gebogenen Kathodenstiftes bzw* des kurzen Stiftes 32) verhindern wenigstens die Bildung eines elektrisch leitenden Pfades zwischen der (Überzogenen) FuSanordnung und diesen Stiften während des Gebrauchs· Insbesondere bilden diese Kappen eine Hlnterschneidung oder einen einspringenden Spalt bei 55 bzw«, S7 zwischen sieh und der benachbarten Fläche der Fußanordnurtg (d_eh« verdickte Vorsprtinge 59); dieser Spalt ist für den Metalidampf verhältnismäßig unzugänglich und sucht daher β ine Unterbrechung in dem Zusammenhang irgendeines Überzugs aufrechtzuerhalten.« Leider ist selbst ein solcher

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Spalt nur teilweise erfolgreich, um einen Oberzug darin zu vermeiden, da der Metalldampf sich darin nach allen Richtungen zerstreut,, Im allgemeinen ist der KurzechluBeffekt des aufgebauten kondensierten Metalidampfes die üblichste Einzelursache für das Versagen der Röhre bei andauerndem Gebrauch„

Eine erfindungsgemäee Form einer Kathodenabschirmung, die den Verlustgrößedes Dampfes und damit die Geschwindigkeit, mit der ein überzug kondensierten Dampfes gebildet wird, wesentlich herabsetzt, ist allgemein bei 60 gezeigt«. Diese Abschirmung ist muldenförmig und entspricht allgemein dem Äußeren der Kathode 22„ Jedoch hat die Abschirmung 60 zylindrische Wände, die wesentlich über das offene Ende der Hohlkathode hinaus verlaufen, um einen bei 62 ersichtlichen Kappenabschnitt zu bilden. Darüber hinaus hat dieser offene Endteil der Abschirmung dünnere Hände als der übrige Teil, um eine Ausnehmung oder einen Spalt 64 zwischen den Teilen der Kathode 22 in Nähe ihrer öffnung und den benachbarten Abschnitten der Abschirmung freizulassen_o Die Abschirmung 60 kann durch Ausbildung eines Durchbreche Im geschlossenen Ende 66 angebracht sein, der die zylindrisch© Außenfläche des .«schmaleren Abschnitts 26 der Kathode tmgibt«, Ein Haltering ßdt PreSsItz. 68 kann verwendet werden, um eine angelassene Abstützung der Abschirmung zu gewähr* leisten _& Die !Abschirmung 60 kann ein aus einem Stück geformter Teil -aus. gepseetem Aluntinlumoxyd oder einem anderen geeigneten hitzebeständig^ elektrisch isolierenden Material sein_o Die Kappe oder dl© ftanäverlängertangeii €2 nehmen einen'wesentlichen dee das Xanere der'Kathode 'bildenden Materials auf, das aus der KathodemangebuiSjg irsgf^: sserstäuben; würde und ßchliaßiich auf den lnnent®it&m <S@r*BShre kondensieren 'wurde» -

Die mit der Erfindung erzielten vorstehenden Ergebnisse verbesserten nicht nur die Lebensdauer der Lampe, sondern ermöglichen auch einen Betrieb der Lampe bei höheren Arbeitsströmen (und daher größerer Helligkeit) als mit ähnlichen Lampen> die nicht «lie erfindungsgemäße Abschirmung haben, durchführbar ist_o Insbesondere kann im wesentlichen die gleiche Lampe mit der Abschirmung bei 2o Milliampere betrieben werden, um ungefähr fünfmal so hell zu sein wie die entsprechende herkömmliche Lampe, die einen praktischen Arbeitsstrom von Io MiHiampSre hat» Man kann also entweder eine dreifache Erhöhung der Lebensdauer der Lampe erzielen oder eine etwas größere Steigerung der Helligkeit, oder eine Kombination aus etwas größerer Heiligkeit und etwas höherer Lebensdauer durch Verwendung der erfindungsgemäßen Abschirmung„

Ein anderes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung 1st in Fig. 2 ge- ■ zeigt. Da viele der herkömmlichen Teile des zweiten Ausführungsbeispiels die gleichen wie bei dem bereits beschriebenen AusfUhrungsbeispiel sein können, sind solche ahnlichen Teile durch die Verwendung von, mit einem Strich versehenen fahlen bezeichnet entsprechend den nicht mit einem Strich versehenen Zahlen von Fig· 1. DIe₁ Hülle lo', die Bohre 12*, die Fußanordnung 14·, das Fenster 16', die Hohlkathode 2ο·, und ihre Komponenten 22* - 26', und der Isoliersockel 3o* können alle im wesentlichen mit den entsprechenden Teilen von Fig*, 1 Übereinstimmen ο Die Hohlkathode 2o* kann auf einem zentralen Stiftabschnitt 18' gestützt sein, der auf der in La .'gsrichtung verlautenden Mittellinie der Röhre 12' verläuft* Dieser Abschnitt 18' kann von zwei rechtwinkligen Knicken (die den radial verlaufenden, zwiechenliegencten Stiftabschnitt 17* bilden) eines Stiftes 15* gebildet sein in ähnlicher Weis«! wie bei dem

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Stift 15 und den Abschnitten 17 und 18 in Flg. 1, in der dieser entsprechende Stift (15) rechtwinklig zur Ansicht des Stiftes 15' (und der Abschnitte 17' und 18') in Fig. 2 gesehen ist. Der Stift (über der Bildebene und daher nicht gezeigt), der dem Stift 15' in der Horizontalebene von Fig. 2 diametral gegen-

überliegt, kann einen radial verlaufenden Abschnitt (ähnlich 17 oder 17') bei 34' haben, der mit dem mittleren Teil von Abschnitt 17* verbunden 1st, um mit diesem eine Gabelstütze des Hittelabschnitts 18' zu bilden. Stattdessen können der Stift 15' und sein nicht sichtbarer Gegenstift beide kurz sein ( wie der Stift 32 in Fig. 1) und an ihren Enden eine Querstange (wie 34 in FIg· 1) stützen, die ihrerseits an ihrer Mitte einen als Kathodenstützstift 18' wirkenden, in Längsrichtung verlaufenden Mittelstift starr stützt. Es 1st offensichtlich, daB andere Anordnungen zur Abstützung der Kathode (einschlieeiich der Verwendung von mehr oder sogar weniger als insgesamt vier Stiften) verwendet werden können. Das andere Paar diametral gegenüberliegender Stifte (d.h. der obere und untere Stift 134, 136 in Fig. 2) 1st ebenfalls etwas verschieden von jedem Stiftpaar bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Figo 1) und daher mit anderen Bezugszeichen versehen» Bei dem Ausführungsbeispiel von FIg* 2 kann einer (oder beide)dieser Stifte (134, 136) als Anode der feampe dienen, und beide Stifte haben die zusätzliche Funktion, die Abstützung der verschiedenen Form der Abschirmug von Fig· 2 zu unterstützen.

Die Abschirmung 16o von Fig. 2 weist einen zylindrischen Hauptkörperabschnitt 161 auf, der einen teilweise geschlossenen Endabachnitt oder eine Kappe 162 (rechts In Figo 2) mit einem zentralen Durchbruch bei 164 besitzt· Der Snd- oder KappenaB* schnitt 162 ist ah seinem Rand zur Bildung einer Ringschulter

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166 vertieft. Eine Halteplatte I7o weist einen, auf diese Schulter 166 passenden, verhältnismäßig großen zentralen uarchhruch und ".ferner kleinere obere und untere Durchbrüche sur Aufn&hroe der Enden 133, 135 der Stifte 134 baw. 136 auf„ Haltering© 172 und 176 greifen fest.an den Enden 133 und 135 der Stifte ein* um'.die- 'Balteplatte Ί'7ο gegen eine Bewegung ttacfe. recht« ssu.'elcftleni· Die Anlage der Innenfliehe 163 des radial-Verlauf enäei* Kappanabschnitte 162 an der Kante des of-. fei&efr Endab.sehKi.fcts 23* der Hohlkathode bildet eine Längs-" stabilisierung.'-der lap der Abschirmung In der entgegengesetzten Die vsihllttiisiaaftig enge Passung des Schulterab-ISS <ier ä&e^irmusig Irs dem großen zentralen Durehder Balteplatte 17® ma öle Verbindungen «wischen den 133«. 135 €®r i&iffjt ma äi&nzx li&lwplattü bilden eine

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Hie auf das Ausführungebeispiel von FIg₀ 1 zutrifft, besteht auch die Abschirmung 16o von Fig_o 2 vorzugsweise aus einem nicht-leitenden Material (das beispielsweise auch geformtes Aluminiumoxyd sein kann}. Die Halteplatte I7o kann aus dem gleichen oder einem anderen nichtleitenden Material bestehen (ja sie kann» wenn das gewünscht ist, mit der Abschirmung I6o aus einem Stück geformt sein)_Q Andererseits kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, daß nicht nur die Enden (133, 135) des einen oder beider Stifte 132, 136 als Anode wirken, sondern vielmehr elektrisch leitendes Material für die Halteplatte I7o zu verwenden, um diese Platte Teil der positiven Elektrode zu machen« Um einer Wärmeausdehnung der Kathode während des Gebrauchs Rechnung zu tragen,wird zwischen der Außenseite der Kathode 2o* und der Innenwand der Abschirmung I6o vorzugsweise ein Ringspalt, beispielsweise bei 192 aufrechterhalten« Die Eckkante 165 des Endabschnitts 162 der Abschirmung wirkt als Leitflache, so daft die Huflere oder rechte Oberfläche 167 des Kappenabschnitts 162 nicht vollständig mit Metalldampf Oberzogen wird, selbst nach erheblichem Gebrauch der Lampe. Der mögliche elektrische Pfad zu der Platte I7o (und schließlich zu der Anode 133 und/oder 135) wird daher nicht hergestellt, so daß die elektrische Isolierung der Kathode und Anode aufrechterhalten wird«,

Die große Scheibe 18o (die beispielsweise Glimmer sein kann) bildet nicht nur eine mechanische Abstützung für die verschiedenen Elemente, sondern verhindert auch die Bildung jeglicher Kondensation von zerstäubtem Dampf in dem von der Fußanordnung 14', den linken Innenflächen der Röhre 12* und der Scheibe 18o selbst umschlossenen Volumen_o Die Scheibe 18o wirkt daher als

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Hilfsäbsehirmung gegen zerstäubtes Material für die Teile in diesem Volumen.« Um die Stifte 134 bzw„ 136 können im wesentlichen identische obere und untere Hülsen 2o4 und 2o6 vorgesehen sein, die eine zusätzliche mechanische Abstützung für die Stifte und die Scheibe 18o wie auch eine elektrische Isolierung für die Stifte bilden„ Vorzugsweise die linken Enden dieser Hülsen stoßen an die benachbarten Flächen der Stützvorsprünge 59* der Fußanordnung derart, daß hinterschnittene oder im wesentlichen einspringende Spalte 2o3, 2o5 (ähnlich den Spalten 55, 57 von FIg _Q 1) freibleiben» Auf diese Welse werden in Fig_o 2 die Stifte 134, 136 (von denen wenigstens einer als Anode wirkt) davor geschützt, durch den Überzugsvorgang des Metalldampfes mit der FuSanordnung 14* elektrisch verbundenzu werden; bei der Ausführungsform von Fig. 1 wurden der elektrisch negative {Kathoden«} Stift 15 (und der angeschlossene kurze Stift 32 und der andere nicht gezeigte kurze Stift) durch einen ähnlichen Spalt gegen eine elektrische Verbindung mit dem überzug auf der Fußanordnung isolierte Offensichtlich erzielt der Spalt das gleiche allgemeine Ergebnis auf beide Arten, nämlich die Isolierung der Kathode und der elektrisch negativen Stifte einerseits gegen die Anode und die elektrisch positiven Stifte andererseits (dadurch, daß ein leitender Pfad von der einen über die Fußanordnung zu der anderen vermieden wird)ο

Die Abschirmung 16o^e von FIg₀ 2 verhindert also das Glimmen, das sonst um die Außenflächen der Kathode 2o* auftritt; und der Kappenabschnitt 162 verringert erheblich die Menge zerstäubten Materials (aus dem Inneren durch das offene Vorderende der Kathode), das sonst auf den verschiedenen anderen Innenteilen

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der Lampe kondensieren würde_o Zusätzlich zu diesen Funktionen (die auch von der Abschirmung βο von Fig. 1 auf etwas unterschiedliche Weise ausgeübt werden) drosselt die Abschirmung von FIg₀ 2 die Größe der öffnung des Inneren der Hohlkathode 22' dadurch» daß der Durchbruch 164 wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Kathode_o Diese Drosselung verbessert die Lampenleistung auf mannigfaltige Weise_α

Zunächst ist die Helligkeit (d»h_e die StrahlungsfluSdichte pro Querschnittseinheit) größer als mit der gleichen Hohlkathode ohne eine solche drosselnde Abschirmung. Der geringere Querschnitt von Durchbruch 164 verbessert ebenfalls (sowohl theoretisch als auch praktisch) den Grad der Sammlung und Bündelbildung dieser Energie„ Da andererseits das vom Inneren der Hohlkathode und den Innenflächen der drosselnden Flansche oder Kappe 162 der Abschirmung begrenzte Volumen verhältnismäßig groß ist, bleibt die Gesamtlntensität des Glimmens ziemlich große Mit anderen Worten, die Wirkung der Abschirmung mit der gedrosselten öffnung ist die Vergrößerung der effektiven Konzentration der Strahlung ohne Verminderung ihrer Gesamtintensität, so daß eine "hellere" Quelle erzielt wird_o Ja, durch Verringerung der Geschwindigkeit, mit der das zerstäubte Material den inneren Glirambereich dsr Kathode verläßt, wird sogar die Gesamtintensität selbst etwas erhöht_a Darüber hinaus vermindert die Drosselung so die ZerstäubungsVerluste? daß eine gegebene Lampe mit der Abschirmung bei wesentlich höheren Strömen betrieben werden kann als die gleiche Lampe ohne die Abschirmung, und dadurch die Gesamtintensität (und daher die Helligkeit) der abgeschirmten Lampe weiter erhöht wirdo Eine andere vorteilhafte Wirkung der gedrosselten öffnung bei 164 1st, daß das

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"aktive* Material der Hohlkathodenlampe (d.tu die Innenechicht 24*) während des Gebrauchs in eine, sich einem mäBig exzentriachen Ellipsoid nähernde abgerundete Form gebracht wird (d.h. die nur wenig von einer Kugelflache abweicht). Da eine Kugelfläche die ideale Fische zur Erzeugung der größten Konzentration von zerstäubtem Material (und daher hellsten Glimmen«) 1st» verbessert die gedrosselte Öffnung der Abschirmung I6o tatsächlich die Eigenwirkung der Hohlkathode selbst, da diese Neigung zur Fornbildung besteht.

Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß eine Hohlkathodenlampe, die eine im wesentlichen mit der Abschirmung von Fig. 2 übereinstimmende Abschirmung mit gedrosselter Öffnung verwendet, bei Verwendung als Quelle in der Atoaabsorptionsspektroekopie einen weiteren unerwarteten Vorteil ergibt· Die Intensität der "Atomlinien"-Strahlung (d.h. der Strahlung, die der von dem Metall in seinen atomaren Zustand emittierten und absorbierten Wellenlänge entspricht) ist proportional größer als die "Ionenlinien"-Strahlung (bei der von dem Metall in seinem ionisierten Zustand emittierten oder absorbierten Wellenlänge) einer unter dim gleichen Bedingungen betriebenen nicht abgeschirmten im übrigen ähnlichen Lampe. Der Grund für diese Steigerung des Verhältnisses der gewünschten (Atomlinien-) Strahlung zu der unerwünschten (Ionenlinien-) Strahlung 1st nicht ganz verständlich. Trotxdea übertreffen solche abgeschirmten Kathodenlampen mit gedrosselter öffnung in ihrer Leistung herkömmliche Lampen in typischen Atomabsorptioasspektrometern, bei denen die Messung bei der "Atomlinien" Hellenlänge durchgeführt wird, und die "lönenlinien-'Strahlung ein nicht absorbierendes Störsignal ist.

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Es sind Abschirmungen erfolgreich konstruiert und geprüft worden, die in allgemeinen nit jeden der AusfUhrungsbeispiele von Fig. 1 und Fig« 2 übereinetinmen_o Eine im allgemeinen der bei 6o in Fig_o 1 gezeigten Abschirmung entsprechende Abschirmung hatte an ihrem Hauptkörperabschnitt einen Innendurchmesser, der etwas größer war als der Außendurchmesser der Hohlkathode, bei der sie zu verwenden war (nämlich 11,684 bzw. 11,176 mm). Die den offenen End* oder Kappenabschnitt 62 bestimmenden Mittelwände verlaufen ungefähr 4,763 mm Ober das offene Ende der Kathode selbst hinaus„ Die Ausnehmung bei 64 bildete einen zusätzlichen radialen Zwischenraum von ungefähr o,254 bis o,5o8 mm und wurde durch Fortsetzen des dünnen Wandabschnitts 62 Über eine Gesamtlänge von ungefähr 7,938 mm gebildet ( so daß die Ausnehmung eine Länge von ungefähr 3,175 mm bis zu der dem offenen Ende der Kathode gegenüberliegenden Seite hatte)·

Eine Magnesium (bei 24 )-Lampe,die eine solche Abschirmung enthielt, wurde mit einer nicht abgeschirmten,im übrigen im wesentlichen identischen Magnesiumlampe verglichen. Nach der gleichen mäßigen Benutzungsdauer zwecks Prüfung enthielt die nicht abgeschirmte Magnesiumlampe einen Oberzug auf der Innenwand der Röhre 12 vom Fuß 14 bis ungefähr 25,4 mm vor dem Fenster 16 (eine gesamte Längsstrecke von ungefähr 127 mm der Röhrenlänge 12 von 152, 4 mm)· Nach ähnlichem Gebrauch hatte die abgeschirmte Lampe der Erfindung nur einen sehr leichten Ring eines Magnesiumüberzugs auf der Glasröhre in dem allgemein bei 56 angedeuteten Bereich, wobei der Ring nur eine Breite von annähernd 31,75 mm hatte (und daher ungefähr 44,15 mm von dem Fuß und ungefähr 82,55 mm vom Fensterende der Röhre 12 in Abstand lag) ο

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Nach Betrieb der abgeschirmten Lampe über die zusätzliche wesentliche Dauer von 5oo Stunden (bei Io Milliampfcre, 15o V Gleichstrom) vergrößerte sich der zerstäubte Überzug auf dem Glas auf weniger als ein 5o,8 mm breites Band und war etwas

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dicker» Der Innenabschnitt der Abschirmung (d.h₀ die Innenfläche 63 der Kappe oder der Endwände 62) war verhältnismäßig dick mit Miignesium überzogen, aber es war weder ein Magnesium-Überzug noch ein "Bahmenglimmen" auf Irgendeinem Teil der Außenseite der Abschirmung vorhanden. Die radial schmale und verhältnismäßig tiefe (in Längsrichtung) Ausnehmung 64 erzeugte erfolgreich eine Lücke in dem Überzug auf der Innenseite der Abschirmung und der Kathode selbst, da keine Neigung zum "Kurzschließen" der Abschirmung zu der Kathode bestand. Eine solche elektrische Verbindung der Abschirmung und Kathode würde leicht erkennbar sein» da sie im wesentlichen die Abschirmung zu einer Verlängerung der Kathode machen würde, so daß der verhältnismäßig dicke Oberzug <iuf der Innenseite des Endwandabschnitts 62 dann "aktiv" warden würde. Eine solche unerwünschte Wirkung trat nicht auf«, Deshalb arbeitete die Abschirmung weiter allein als Abuchirmung,selbst nach ausgedehntem Gebrauch und verringerte weiter die auf den anderen Teilen der Lampe abgelagerte Magnesiummenge_β

Es wurden zwei Artendes zweiten Ausführungsbeispiels .(von Flg.2) hergestellt und geprüft. Jede besaß eine effektive Gesamtlänge von ungefähr 22,86 mm mit Wandstärken von ungefähr 1,27 mm. Die dem dargestellten Ausführungsheispiel am nächsten entsprechende Art enthielt eine Verlängerung der Kappe oder Endwand 162 von ungefähr o_e762 m» zur Bildung der Schulter 166, die eine sehr dünne {ungefähr o,254 mm) Halteplatte 17o aufnahm«

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Die andere Ausführung dieser Art von Abschirmung war in allgemeinen ähnlich, nur wies sie statt eines vertieften Schulterabschnitts und einer getrennten Halteplatte einen mit ihr aus einem Stuck bestehenden verhältnismäßig ausgedehnten flanschartigen Abschnitt an rechten Ende auf, der sowohl in den allgemeinen Abmessungen wie auch in der Funktion mit der Halteplatte 17o übereinstimmte. Der Außendurchmesser beider Ausführungsformen der Abschirmung I6o betrug 14,859 mm bei einem Innendurchmesser von 12,319 mm. Der drosselnde Durchbruch 164 hatte einen Durchmesser von 4,7498 am (4,763 mm), wobei der nicht gedrosselte Innendurchmesser der Hohlkathode ungefähr zweimal mo groß war (9,525 mm)· Die Glimmerscheibe 18o war ungefähr 38,1 mm von derm Sockel der Fußanordnung 14^f entfernt und umgab die Abschirmung ungefähr an ihrer Längsmitte· Das rechte, mit dem Durchbruch versehene Ende 162 der Abschirmung betrug daher etwas weniger als 12,7 mm auf der anderen Seite der Scheibe 18ο·

Abschirmungen sowohl nach Art von Fig„ 1 wie auch Fig« 2 erfüllen also den Zweck, die Nutzungsdauer der Lampe und/oder die brauchbare Intensität (und Helligkeit) der Lampe su vergrößern. Obgleich Abschirmungen beider Arten in verschiedenen Hohlkathodenlampen verwendet werden können, sind solche Abschirmungen besonders nützlich für Hohlkathodenlampen, bei denen die zerstäubten "aktivcn'Metalle die heftiger zerstäubenden und niedriger siedenden Metalle (wie beispielsweise Magnesium, Kadmium, Selenium und dergleichen) enthalten.

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung zeigt swei etwas unterschiedliche praktische AusfOhrungsbeispieleo Es ist offenbar, daß verschiedene Teile und Einzelheiten jedes der speziell«

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Ausführungsbeispiele verändert werden können« ohne von Otafang der Erfindung abzuweichen_o Insbesondere ist deutlich, daft die verschiedenen entsprechenden Teile des einen Ausführungsbeispiels in den anderen verwendet werden können ₀ Beispieleweise kann eine grofie Scheibe analog zu der bei 18o in Fig. 2 ge- «•igten ebenfalls in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendet werden (die sowohl eine zusätzliche Abstützung bietet und «ine zusätzliche Abechirsnngsfunktion in diesem erfüllt). Die genaue Lagerung des Stiftes und sein· elektrischen Leitungsanschlüsse sind natürlich nur als Beispiel angegeben und kön« nen nach Wunsch verändert werden. Ss ist deutlich» daft Änderungen in der Abmessung (und bis zu einen gewissen Grad ebenso in der For·) bei den beiden Arten von Abschirmungen vorgenosr» SMMi werden können« \m sie an besondere verschiedene Bohlkathoden anzupassen« Daher ist die Erfindung nicht auf irgendeine Einzelheit der vorstehenden Beschreibung begrenzt» sondern vielmehr allein durch die anhlagenden Ansprüche bestiosit·

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00 9810/1058 BAD ORIGfNAL

Claims (1)

1. - 2ο -

   Patentansprüche

   7) Verbesserte umschlossene Hohlkathodenlampe mit einer allgemein muldenförmigen Kathode, deren Innenfläche ein Material enthält, das zur Bildung einer Strahlungsemittierenden Elementarwolke zerstäubt» dadurch gekennzeichnet, dafi eine hohle Abschirmung aus hitzebestÄndigem, elektrisch isolierendem Material allgemein die Hohlkathode umgibt und mit ihrer allgemeinen Form Übereinstimmt, die einen Kappenabschnitt aufweist« der über das offene Ende der muldenförmigen Hohlkathode hinaus verlauft und dieses wenigstens teilweise umgibt, wobei der Kappenabschnitt eine solch· Form hat und in solcher Beziehung zum offenen Ende der Kathode steht, das er den größten Teil des zerstäubten Materials abfängt, das sonst aus dem offenen Ende entweichen würde» wodurch ein überziehen der verschiedenen anderen Innenteile der Lampe durch das zerstäubte Material erheblich verringert wird·

   2. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft der ihr offenes Ende bestimmende Teil der Hohlkathode und der Kappenabschnitt der Abschirmung dicht daneben so bemessen und ausgebildet sind, daß eine ständige Lücke in einem abgelagerten Metallüberzug zwischen diesen hervorgerufen wird,, wodurch die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Kathode und wenigstens entfernten Teilen der Abschirmung vermieden wird, selbst nachdem ein wesentlicher Oberzug des zerstäubten elektrisch leitenden Materials auf dem Kappenabschnitt durch die Verwendung der Lampe abgelagert ist«

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   3. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, das der Kappenabschnitt der Abschirmung einen allgemein zylindrischen Abschnitt aufweist, der wesentlich über das offene Ende der Kathode hinaus verläuft, wodurch ein Hauptbruchteil des aus dem offenen Ende der Kathode entweichenden zerstäubten Materials von der Innenseite des zylindrischen Kappenabschnitts abgefangen und darauf abgelagert wird,

   4. Verbesserte Hohlkathodeniampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenabschnitt der Abschirmung «ine solche Größe und Form gegenüber dem benachbarten Teil der Kathode hat, das er von dieser zur Freilassung eines kontinuierlichen Spaltes dazwischen in Abstand liegt, wodurch in dem zwischen der Kathode und dem Kappenabschnitt der Abschirmung gebildeten elektrisch leitenden überzug eine Lücke aufrechterhalten wird, selbst nachdem einewesentliche Ablagerung von zerstäubtem elektrisch leitendem Material auf dem Kappenabschnitt während des Gebrauchs der Lampe stattgefunden hat ο

   5, Verbesserte Hohlkathodeniampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung Befestigungsmittel sum direkten Eingriff an einem Teil der Hohlkathode, der von dem offenen Ende entfernt ist, aufweist, wodurch die Abschirmung direkt von der Kathode gestützt wird«

   6· Verbesserte Hohlkathodeniampe nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenabschnitt' der Abschirmung einen Endwandabschnitt aufweist, der radial nach innen über das offene Ende der Kathode hinaus aber in Nähe desselben verläuft,

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   wodurch ein Hauptbruchteil des aus dem offenen Ende der Kathode entweichenden zerstäubten Materials von de« radial verlaufenden Endwandabschnitt abgefangen und darauf abgelagert wird·

   7. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwandabschnitt um das offene Ende der Kathode zur Bestimmung eines im wesentlichen kreisförmigen Durchbruchs Bit verringerten Durchmesser symmetrisch angeordnet ist, wodurch die Helligkeit der PluBdichte der Hohlkathode erhöht wird.

   8. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung durch Befestigungsmittel gestützt wird, die Befestigungsmittel wenigstens zum Teil eine Hilfsabschirmung aufweisen, um die Ablagerung des zerstäubten Materials auf verschiedenen anderen Innenteilen der Lampe zu verhindern·

   9. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsabschirmung die Abschirmung direkt berührt und ihre Abstützung direkt unterstützt·

   lo. Verbesserte Hohlkathodenlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsabschirmung die Form einer ausgedehnten Scheibe hat, die so angeordnet ist, daß sie das / Lampeninnere in zwei im wesentlichen getrennte Umhüllungen teilt.

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