DE2426662A1

DE2426662A1 - Elektrodenlose entladungsanordnung

Info

Publication number: DE2426662A1
Application number: DE19742426662
Authority: DE
Inventors: George K Yamasaki
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1974-06-01
Publication date: 1975-01-02
Also published as: JPS5021580A; FR2232835B1; FR2232835A1

Description

Düsseldorf, 31. Mai 1974

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Elektrodenlose Entladungsanordnung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrodenlose Entladungsanordnungen, die eine scharfe Spektrallinienstrahlung erzeugen, wie sie sich zur Analyse auf dem Gebiet der analytischen Chemie auswerten läßt. Diese Entladungsanordnungen werden typischerweise durch eine Hochfrequenz (HF) - oder Mikrowellen-Energiequelle erregt. Die spezielle gewünschte Linienstrahlung wird durch Verdampfung und Emission ausgewählter Elemente erzeugt, die in elementarer Form eingeführt werden können, häufig aber auch als leicht verdampfbare Halogensalze der Elemente geliefert werden. Während die Halogensalze sich bei geeigneten Arbeitstemperaturen bequem verdampfen lassen, machen die Halogenelemente es schwieriger, die Entladung einzuleiten. So sind beispielsweise in der Regel Zündspannungen von mehr als 1200 V, wie sie sich am Westinghouse-EDL-Erreger-Leistungsversorgungsmodell 185 ablesen lassen, erforderlich, um eine zuverlässige Zündung einer solchen Entladungsanordnung zu erreichen. Anschließend können die Entladungsanordnungen bei viel niedrigeren Arbeitsspannungen betrieben werden, jedoch bringt die Notwendigkeit, über eine hohe anfängliche Zündspannung zu verfügen, es zwangsläufig mit sich, daß eine kornplexe Energieversorgung verwendet werden muß, die relativ hohe Kosten bedingt. Die Verwendung/??!tium oder festen radioaktiven

409881/0901

Telefon (O211) 32O8 58

Telegramme Custopat

Elementen in einer elektrodenlosen Entladungsanordnung lehrt die US-PS 3 648 100. Das radioaktive Material wird verwendet, um eine Anfangselektronenquelle zur Verfügung zu stellen, durch die das Zünden oder Auslösen der Entladung erleichtert werden kann. Die Verwendung radioaktiver inerter Gase in einer elektrischen Hochspannungs-Entladungsanordnung hoher Leistung und mit geheizter Kathode lehrt die FR-PS 1 590 9 80.

Erfindungsgemäß ist eine elektrodenlose Entladungsanordnung, die durch eine HF-Energiequelle zur Erzeugung eines gewünschten Spektrallinienausgangs anregbar ist, - dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Glaskolben,von dem mindestens ein Teil für die Ausgangsstrahlung durchlässig ist und der eine Arbeitsatmosphäre aus Füllgas einschließt, eine bestimmte Menge eines ausgewählten Elements oder einer leicht verdampfbaren Verbindung des ausgewählten Elements, das zur Erzeugung des gewünschten Spektrallxnienausgangs erregt werden soll, sowie eine vorgegebene Menge eines ausgewählten radioaktiven Isotops eines inerten Gases aufweist.

Die vorgegebene Menge eines inerten gasförmigen radioaktiven Isotops verringert das Anfangspotential der Anordnung, wobei jedoch eine Beeinträchtigung der im wesentlichen linienförmigen Emissionskennlinien der Anordnung vermieden wird. Das spezielle inerte gasförmige radioaktive Isotop und die Menge einbezogenen Materials werden für die Verwendung in einer im wesentlichen linienförmig abstrahlenden Quelle festgelegt. Die Linienstrahlung entspricht dem ausgewählten Element, das im Elernentarzustand oder als Halogensalz des Elements mit einbezogen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung weiter ins einzelne gehend erläutert, wobei die einzige Figur der Zeichnung einen Querschnitt durch eine Entladungsanordnung nach der Erfindung wiedergibt.

409881/0901

Im einzelnen läßt Fig. 1 die elektrodenlose Entladungsanordnung nach der Erfindung erkennen, die einen hermetisch abgedichteten, strahlungsdurchlässigen Kolben 12 aufweist, der typischerweise aus Quarz oder einem anderen solchen hochtemperaturfesten glasartigen Material gebildet ist. Der Kolben 12 der Entladungsanordnung hat typischerweise eine im wesentlichen zylindrische Gestalt und ein Volumen zwischen 0,5 und 5 cm . Der Lampenkolben ist so ausgelegt, daß er zur Erregung in ein HF-, vorzugsweise ein Mikrowellenfeld gebracht werden kann. Die zur Aufrechterhaltung der Entladung dienende Füllung enthält ein Füllgas, das vorzugsweise ein inertes Gas wie Argon oder Neon mit einem Druck im Bereich von 0,1 - 20 Torr, vorzugsweise 0,5-5 Torr, ist. Das Element 14, das den gewünschten Linienstrahler bildet, wird in seiner elementaren Form oder in Form des leichter verdampfbaren Halogensalzes des Elements geliefert. Das Halogensalz wie etwa Antimonchlorid wird in einer Menge zwischen 0,1 und 10 mg für die oben angegebenen Entladungsanordnungsvolumina geliefert. Die spezielle Menge des Halogensalzes hängt vom Dampfdruck des im Einzelfall infrage kommenden Salzes ab. Die Verwendung der Halogensalze setzt die Leistungs- bzw. Energieanforderungen für die Entladungsanordnung stark herab, was sich ohne weiteres daraus herleiten läßt, daß Antimon einen Siedepunkt von 1383° C hat, während Antimonchlorid bei etwa 223° C siedet. Die Entladungsanordnungen nach der vorliegenden Erfindung arbeiten bei Temperaturen bis zu etwa 400 C. Die Verwendung von Halogensalzen hat insofern einen Nachteil, als Halogene eine hohe Elektronenaffinität aufweisen, so daß in den Anfangs- bzw. Zündphasen der Entladung ein größeres Zündpotential notwendig ist.

Es wurde gefunden, daß die Zugabe eines gasförmigen radioaktiven Isotops, vorzugsweise Krypton-85, zu der zur Aufrechterhaltung der Entladung dienenden Füllung das Anfangs- bzw. Zündverhalten solcher Entladungsanordnungen in starkem Maße verbessert. Das gasförmige radioaktive Isotop wird in einer Menge zugesetzt, die ausreicht, um einen Strahlungswert zwischen 10 - 10 Mikro-Curie zu erhalten. Das gasförmige radioaktive Isotop senkt das zur Auslösung oder Einleitung der Entladung erforderliche Zündpotential

409881/0 901

beträchtlich ab, gestattet einen kontinuierlichen Betrieb bei verhältnismäßig niedriger Energie und vermeidet eine Beeinträchtigung oder Linienverbreiterung des gewünschten Linienstrahlungsausgangs der Anordnung.

Relative Voltmeterspannung (Zünden) am Mikrowellen-Energieversorgungs-Westlnghouse-Modell Nr. 185

Element bzw. Salz	Füllgas nur Argon	Füllgas Argon-Kr-85
Sb Cl₂	1500 V	900 V
Sb Br₂	1500	800
Sb I₃	1400	750
Te Cl₄	15O0	800
Te I₂	15OO	800
As I₂	1300	700
Se I₂	1200	650
Pb I	1500	800
Cd I₂	1400	800
Sn Cl₂	1500	900
As (elementar)	1000	800
Se (elementar)	900	800

Vergleichbare verringerte Zündpotentiale für solche elektrodenlosen Entladungsanordnungen werden mit Argon-39 als gasförmige» radioaktivem Zusatz erzielt.

Der gewünschte spektrale Ausgang einer solchen elektrodenlosen Entladungsanordnung liegt im kurzwelligen UV und weist im wesentlichen Linienstrahlung auf. Für eine antimonhaltige Anordnung entspricht die interessierende Ausgangsstrahlung im wesentlichen einer 2173 Ä-Strahlung für Absorptions- oder Emissions-Spektroskopieanwendungen .

Die inerten radioaktiven gasförmigen Isotope erzeugen keine kurxwellige UV-Strahlung, die den Haupt-Linienstrahlungsausgang beeinträchtigen würde. Diese inerten Gase erzeugen auch keine stör

409881/0901

rende Kontinuitätsstrahlung im interessierenden kurzwelligen UV-Bereich .

Patentansprüche;

409881/0901

Claims

P atentansprüche

1.^Elektrodenlose Entladungsanordnung, die durch eine HF-Energiequelle zur Erzeugung eines gewünschten Spektrallinienausgangs anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsanordnung (10) einen Glaskolben (12) , von dem mindestens ein Teil für die Ausgangsstrahlung durchlässig ist und der eine Arbeitsatmosphäre aus Füllgas einschließt, eine bestimmte Menge eines ausgewählten Elements (14) oder eine leicht verdampfbare Verbindung des ausgewählten Elements, das zur Erzeugung des gewünschten Spektrallinienausgangs angeregt werden soll, sowie eine vorgegebene Menge eines ausgewählten radioaktiven Isotops eines inerten Gases aufweist.

2. Entladungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte gasförmige Isotop in einer Menge anwesend ist, die ausreicht, um für ein Strahlungsniveau zwischen 10 und

-2
10 Mikro-Curie zu sorgen«

3. Entladungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte gasförmige Isotop Krypton-85 ist.

4. Entladungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte gasförmige Isotop Argon-39 ist.

5. Entladungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte Element in Form eines Halogensalzes vorliegt.

6. Entladungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas ein inertes Gas mit einem Druck zwischen 0,1 - 20 Torr ist.

KN/jn 3

409881/0901