DE2725692A1 - Atom-spektrallampe hoher intensitaet mit auswechselbarer kathode - Google Patents

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PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER DR. rer. nat. R. KNEISSL

Or. Find« · Bohr - Stoeger . Or. Kn.nil ■ Müllaritr. 31 - 8000 München

d MÖNCHEN 5, Müllerstraße 31 Farnruf: (069) "26 60 60 Telegramme: Claimt MOndian Telax: 5 239 03 cloim d

7. Juni 1977

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Mopp.No. A739 - D/vS/K

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ni SCIEN^T^1-1IC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANIZATION

Camnbell, Australian AUSTRALIEN

Canital Territory

"Atom-Soektrallarrme hoher Intensität mit auswechselbarer Kathode"

PRIORITÄT: 7. Juni 1976 - Australien - No. PC 6195/76

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PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER DR. TW. nat. R. KNEISSL

PA Or. Findt· · Bohr - Stoeger - Dr. Kneiul - Müller»tr. 31 ■ 8000 München S

d MÖNCHEN B,

6. Juni 1977

Fernruf: (089)'266060 Telegramme: Ctoimi München Telex: 5 239 03 claim d

Mapp.No. A739 - B/VS/K

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Atom-Soektrallampe hoher Intensität.

Der Haunttyp der zur Zeit piebrf'uchlichen Atom-Spektrallamnen ist die Hohlkathoden-Entladunp· slamne, in welcher die Knthcie hohlzylindrisch ausgebildet und aus einem Material hergestellt ist, das vollstfindip· oder zum Teil aus den Elementen besteht, deren Atomsnektren erhalten werden sollen. Dieser Lamnentyn hat den entscheidenden Nachteil, daß die elektrische Entladung zvrischen Anode und Kathode dazu dient, sowohl den atomaren Damnf durch Kathodenzerstäubung zu erzeugen, als auch zumindest einen Teil der im Dnmnf befindlichen Atome zur Aussendunp· der Atomsnektren anzurepen. Diese beiden funktionen der Entladung kennen nicht getrennt voneinander gesteuert werden, so daß eine Veränderung eines Entladunrsnararneters, beisnielsweise des Stromes oder des Druckes, beide funktionen beeinflußt. Die Erzeufunf des atomaren Damnfes muß hierbei auch auf relativ kleine Mengen beschränkt v/erden, wenn nicht die Snektrallinienbreite durch Selbstabsorotion oder Resonanzverbreiterunp; verp:r^ßert werden soll. Demgemäß sind sowohl der nutzbare Entladunfsstrom als auch das Ausmaß der Anregung des atomaren Dampfes in ähnlicher Weise be-

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grenzt. Dies wiederum hat zur FoI^e, daß die Intensitäten der von derartigen Entladunrslamoen emittierten Snektren beschränkt sind, falls scharfe Snektrallinien benötigt werden.

Aus den australischen Patenten Mo. 260 726 und 2^P>9 307 der Anmelderin sind Atom-Snektrallamnen hoher Intensität bekannt, bei denen der atomare Daiinf einps Elementes durch eine erste, zu einer Kathodenzerstäubung führende elektrische Entladung erzeugt und dieser Damn^ dann mit Hilfe einer zweiten unabhSnrrifen Entladung an^ere^t wird, um dadurch die Ausbeute der von der Lamne emittierten Strahlung im Vergleich zu rewfihnlichen Kathodenzerst^ubun^slamoen zu erhöhen, ohne dafi damit eine deutliche Linienverbreiterunp; einher rin^e. Eine weitere Abi5nderun^ dieses Lamnentvns ist im australischen Patent No. 295 9°5 der Anmelderin beschrieben, bei welcher der atomare Damnf nicht durch Kathodenzerstäubung sondern durch thermische Erhitzung erzeugt wird. Diese bekannten Lamnen sind mittlerweile in der Atom-Absorntionsx snektroskooie weit verbreitet. Sie haben aber - ebenso wie die gewöhnlichen Hohlkathoden-Lamnen - den Nachteil, daß pro zu untersuchendes Element eine Lamne benötip-t wird.

Die meisten bekannten Lamnen, rleich^ültif· ob mit licher oder hoher Intensität, cehen im allgemeinen von einer Orundkoni'i";uration aus, nä'mlich einem lanpp-er.treckten, rohrf^rmlFren Lampenkolben, mit einem ebenen optischen fenster an einem Ende und einer am oder in der Nithe des anderen Rfihrenendes angeordneten, dem Fenster rerienüberliependen Hohlkathode. Bei Lampen mit hoher Intensität ist der zweite, zur Anrerunp-sentladunn- dienende Elektrodensatz gewöhnlich dicht bei der Hohlkathodenöffnunc und quer zur LamnenlPnP"S-achse diametral gegenüberliegend angeordnet. Es sind zwar

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auch andere Anordnuir-en möglich; wichtiges Kriterium ist aber immer, daß das fenster noVlichst v/eit vier von der Hohlkathode angeordnet ist, um Ablagerungen des Kathodenmaterials auf dem Fenster als Folre der Kathodenzerstäubung möglichst p-erinr" zu hnlten. Trotzdem werden nach längerer Detriebszeit die ontischen fenster der meisten Lamnen, insbesondere derjenigen, die Snektrer. hochf ] flchtiger Elemente erzeugen, mit einem Film aus den zerstäubten Elementen überzogen, so daß deren Nutzbarkeit vermindert wird. Bei den sehr h^ufirr verwendeten Lamnen vom Tyn mit abreschmolzener R"hre (sealed off tyne) tritt als weiteres Problem das unvermeidliche Entweichen bzw. Entgasen des Füllfases auf, wodurch die Nutzbarkeit bzw. Lebensdauer derartiger Lamnen begrenzt wird.

Ein weiteres Problem, das bei den bekannten Lamnen hoher Intensität, beisnielsweise bei den in den australischen Patenten Mo. 260 7?^q und 2^P9 307 beschriebenen, ist darin zu sehen, daß zwischen der ersten, den atomaren Darrrof erzeugenden und der zweiten, die Anregung bewirkenden Entladung eine beachtliche Wechselwirkung auftritt. So ist z.B. p-efunden worden, daß bei Oberschreiten des aufgrund der zweiten Entladung erzeugten Stromes von 80 bis 100 mA die von der Larnne auspesandte Strahlung abfallt. Dies rührt daher, daß die Soannunp zwischen den ersten Entladungselektroden abfallt.

Zwar sind die bekannten Lamnen hoher Intensität mit einigem Erfolp: auch bei der Atom-Flouressenzsnektroskonie eingesetzt worden, sie sind aber keineswegs ideal für diesen Zweck. Aufgrund der oben genannten Anordnung bzw. Konstruktion derartiger Lamoen haben sie den wesentlichen Nachteil einer p-eringen numerischen Anertur. Dieser Nachteil und der weitere, daß sie nicht bei ihrer maximalen Lichtausganpslei-

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stunr betrieben werden können, verringern die nutzbare Strahlungsintensität soweit, daß derartige Lampen in der Atom-Fluoressenzsnektroskooie nicht zufriedenstellend verwendet werden können.

Der Erfindung liert im wesentlichen die Aufgabe zurrunde, eine verbesserte Atom-Snektrallamne hoher Intensität zu schaffen, die zumindest einen, vorzugsweise ,ledoch sämtliche folgende Vorteile aufweist:

1. f-erinpe oder minimale Wechselwirkung zwischen der ersten und zweiten Entladung;

2. austauschbare Kathoden;

3. die "!öflichkeit mit einem für maximale Lichtausbeute ootimalen Füll^asdruck arbeiten zu kö.nen, ohne dadurch die Lamnenlebensdauer zu p;ef£.irden; und

4. großer numerischer Anertur.

Die Firma Barnes Enrineerinn· Comnany of Stamford, Conn., U.S.A. hat eine Atom-Snektrallamne mit abnehmbarer Hohlkathode hergestellt, welche bis au^r das Pasdurchflu^svstem im wesentlichen von konventioneller Bauv/eise ist, nämlich mit einem langgestreckten rohrförmigen Körner an dessen einem Ende ein ^penster und an dessen anderem Ende die Hohlkathode angeordnet 1st.

In der von Barnes hergestellten Lamne fließt das Has von der Kathode auf das Fenster zu, so daß eine Ablarreran.i? des zerstäubten Kathodenmaterials auf dem Fenster unvermeidlich ist.

Die Verwendung von Oasdurchflußsvstemen ist auch in der au-

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stralischen Patentschrift Mo. h\H 9°7 und der australischen Patentanmeldung No. 59106/73 beschrieben, die sich auf eine Vorrichtunr beziehen (nunmehr als ''Zerstflubun^skammer'' £''sr> utter in"· chamber'!?) bekannt, in v.'elcher atomarer Damof durch eine Zerstftubun^sent ladunp· einer auswechselbaren Kathode erzeugt wird, wobei die Kathode ein festes Untersuchunrsexernnlar in einer Kammer au^rweist, durch die ein konstanter ^p'as^rlu"> hinclurchstr'5mt. Diese Anordnup; erlaubt es, Kontaminationen, die durch ein 'Öffnen der Kammer bei Kathodenaustausch eintreten k'lnnen, aus der Kammer zu entfernen und darüberhinaus "Rntrasun^s"-Probleme ("clean-uo". nroblems) zu vermeiden. Insbesondere hat die in der australischen Patentanmeldung t'o. 5910^/73 beschriebene Anlage eine Kathode mit einer vergleichsweise großen ^lflche. Dies hat zur ^olce, da.°> ein Puderst komplizierter "Arrester" ("arrester") zur Steuerung der F.ntladunp;schrakteristi k und des im wesentlichen von und quer zur Oberfläche der Kathode fortstr^menden ftasflusses ben^tip;t wird. Darüberhinaus sind der Gasdruck und die Flußrate ebenfalls kritische Punkte in dieser Anlage, die sorgfältig gesteuert werden müssen.

Es sei betont, da*⁵· in der Zerstttubun^skammer das Untersuchunrsob,1ekt die Kathode ist, und bei dieser Anlage angestrebt wird, einen atomaren Damnf des Untersuchun^sobjektes zu erzeugen, der renräsentativ für die Zusammensetzung des Untersuchunfsobjektes 1st.

Eine Zersti'ubunfTskammer ist nicht so aufgebaut bzw. für den Zweck rredacht, da^ in ihr emittierte Strahlung erzeugt wird. Auf der anderen Seite ist eine Snektrallamne hoher Intensität im wesentlichen eine SDektrallinienquelle, deren Kathode oft so rein als irgend möglich sein soll, beisnielsweise bei Verwendunp; dieser Quelle für die Atom-Flouressenz-

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technik. Dies wiederum führt dazu, Kathoden mit relativ kleiner Flache zu nehmen.

Die Erfindung hezieht sich auf eine Snektrallamne hoher Intensität und führt zu einer vollst findig neuen Anordnung bzw. Konstruktion, bei welcher sowohl das Durchf]u^ft- als auch das Kathodenaustauschnrinzin verv;endet wird. Aufgrund der besonderen Aus^estaltunr der Lanrne werden die Vorteile aufgrund dieser Merkmale ontimiert. Die Erfindung sieht nun eine Aton-Snektrallamne hoher Intensität vor, die sich durch folgende Merkmale auszeichnet:

Einen ersten Elektrodensatz mit einer ersten Kathode, die aus einem ausgewählten Element zur Herbe¹führung einer ersten elektrischen Entladunr, die durch Zerstäubung der ersten Kathode zu atomarem Damnf aus dem Element führt, besteht, oder dieses Element als wesentlichen Pestandteil aufweist; einen zweiten Elektrodensatz zur Herbeiführunr einer zweiten elektrischen Entladung, die durch den atomaren Damnf des ersten Elementes hindurchführt, um deren Atome zur Emission der für das Element charakteristischen Strahlung anzuregen; ein die Lamnenstrahlunp; durchlassenden Fenster, das vor der wirksamen Oberfläche der ersten Kathode angeordnet ist; und eine Einrichtung zur ^ührunc eines Stromes inerten Hases durch die Lamne dicht und quer über die wirksame Oberfläche der ersten Kathode, und zwar so zwischen der ersten Kathode und dem fenster hindurch, da°> die bei der ersten Entladung gewonnenen Atome aus der Nachbarschaft der wirksamen Oberfläche der ersten Kathode mitgenommen werden.

Vorzugsweise ist das optische Fenster im wesentlichen parallel zur wirksamen Oberfläche der ersten Kathode angeordnet,

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und der Gasstrom fliegt ebenfalls im wesentlichen parallel zu dieser wirksamen Oberfläche.

Die Larnne weist weiterhin vorzursweise eine abnehmbare Kathodenhalterunp; für ein rasches Entfernen und Wiedereinsetzen der ersten Kathode auf.

F.tn wesentliches ^Merkmal der erfindun-sremflPen Lamne ist demnach die Verwendun" einer, ^ar^lusses, welcher den von der Zerst/ubunf der ersten Kathode herrührenden atomaren Damnf aus dem zwischen der Kathode und dem fenster liegenden Rereich mitnimmt, und zwar in im wesentlichen narallel zum "enster verlaufender Richtung Dieses Merkmal erm^p;licht es, das Fenster relativ nahe der wirksamen Oberfläche der ersten Kathode anzubringen und dadurch einen relativ kroßen öffnungswinkel auf der Kathodenoberflftche zu erhalten. Dies führt zu einer hohen numerischen Apertur bei einem Fenster mit relativ kleinem Durchmesser, und rleichzeitip; zur Minimalisierunp; von Ablaperun^en des zerstäubten Materials auf dem Fenster.

einer bevorzugten Ausführun^sforn weist die Lamoe einen langgestreckten im wesentlichen rohr^rmiren Körner, in dessen Wandung eine erste Kathode angeordnet ist; eine zweite Kathode und eine gemeinsame Anode, welche ■ innerhalb des Körners so anreordnet sind, da"> die zweite Entladung auer und durch den vor der ersten Kathode liegenden Bereich führt; und eine Oaszuführanordnunp· und eine ^asabführanordnunrr, die so anpeordnet sind, daft sie den Oasstrom durch den vor der ersten Kathode liependen Bereich hindurchführen, und zwar im wesentlichen in axialer Richtung bezüglich des Körners und gleichzeitig in Richtung der zweiten Entladung auf.

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Insbesondere hat die bevorzugte Lamne folgende ^Merkmale:

Einen im wesent 1 ichen rohrförmigen Körner mit einer zuführung und -abfflhrun"¹, für einen ⁿas^rlu^ durch den Körner in im wesentlichen axialer Richtung; einen in der Wandunodes Körners angeordneten Kathodenraum; eine erste, im Y.nthodenraum angeordnete Kathodenanordnung, die im wesentlichen eine erste Kathode und eine abnehmbare erste Kathodenhalterunp; aufweist, letztere, um ein schnelles Fntfernen und Wiedereinsetzen der ersten Kathode aus bzw. in den Kathodenraum zu ermöglichen; eine in der K^rnerwandunr vorresehene Fensteranordnung, die im wesentlichen eine Kammer, welche sich fiber eine diametral rrecenüber dem Kathodenraum liegende flffnunr in der K^rnerwandunr; zum Kirrer hin öffnet und ein ontisches Fenster an dem der fiffnunp entfernt liegenden Ende der Kammer aufweist; eine innerhalb des Körners und im Abstand vom Kathodenraum angeordnete zweite Elektrode; und eine i inerhalb des Körners angeordnete femeinsame Anode, die einen Anstand vom Kathodenraum aufweist und von diesem aus gesehen in entp-epenKesetzter Richtung wie die zweite Kathode angeordnet ist.

Der langgestreckte rohrfftrmip:e Körner der Lamne ist vorzugsweise wenigstens in einem Teil der zwischen dem Kathodenraum und der zweiten Kathode bzw. gemeinsamen Anode liegenden Abschnitt in seinem Durchmesser verringert. Dieses Merkmal erlaubt es, die Strahlungsdichte der zweiten Entladung und dem die Atomdamnfanrer^unr zu erhöhen.

Das ontische Fenster hat vorzugsweise einen wesentlich properen Durchmesser als die öffnung oder die erste Kathode, wodurch eine hohe numerische Apertur erzielt wird.

Weiterhin hat die erste Kathode der Lampe vorzursweise eine im wesentlichen ebene Stirnfläche, und der Kathodenraum sowie die Kathodenhalterung sind in der Weise angeordnet, daß die ebene Stirnfläche der ersten Kathode mit dem Bereich der

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Innenwandunrr des langgestreckten H^hrenk'5rners, der sich an den Kathodenraum anschließt, im wesentlichen fluchtet. Die Verwendung einer ebenen, wirksamen Stirnfläche der ersten Kathode erlaubt es höhere Betriebsspannungen für die erste Entladung (bis zu 55OV) als bei den Hohlkathoden (un^efilhr 200V) zu verwenden. Diese Maßnahme trSpt zur Minimalisierun°^p der Wechselwirkung zwischen den Entladungen bei.

Die zweite Kathode 1st vorzugsweise vorn Tvn mit elektrisch au^rheizbarer Drahtwendel und/oder mit einem thermionisch bzw. flilhelektrisch emittierenden Material Überzofen.

Als Hberzufsmaterial dient vorzugsweise Lanthanhexaborid (lanthanum hexaboride), das auch fe^enüber wiederholtem Aussetzen in Luft best.tndi"· ist. Um nötigenfalls den Austausch der zweiten Elektrode zu erleichtern, ist vorzugsweise die zweite Kathode auf einer Halterunp angeordnet, die vom Rihrenk^rner entfern- und wiedereinsetzbar ist.

Ausführunrsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefüpten Zeichnung dargestellt.

In der Zeichnung zeiren:

Fii⁷·. 1 eine schenatische Darstellung eines Ausführynpsbeisnleles der Erfindung; und

^pi". 2A und 2B Ausführunirsbeisoiele von Kathoden.

i besteht der Lamnenk'irner im v/esentlichen aus einer R>5hre l,die an ihrem einen Ende 2 dicht verschlossen und an ihrem anderen Ende 3 offen ist. Nahe den Enden 2 und 3 sind Stutzen ¹I und 6 für einen Gasaus- und eintritt vor·

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gesehen. Im Mittelteil der Röhre 1 ist ein weiterer Stutzen angeordnet, welcher den Kathodenraum 7 bildet.

Der freie (äußere) Endhereich des Kathodenraumes 7 ist offen und von einem f'etallrin"· P mit umlaufenden Auskehlungen an der Innen- und Außenseite zur Aufnahme von O-Rinren 9 bzw. 11 umgeben. In Wirkstellunr sorren der Metallrinrr ^ und die O-Rinre 9 und 11 für eine Abdichtung der Kathodenhalterunc. Letztere besteht aus einem hohlen Metallklotz 12, mit ebener Vorderseite 13 sowie einem Einlaß- und Auslaßrohr I¹JA, 1^B zur ^ührunr von Kühlwasser durch den Metallklotz 12.

Zentrisch auf der ebenen Vorderseite des Metallklotzes 12 ist ein vorstehender, hohler, mit einem Gewinde versehener Zanfen 16 anreordnet. Der Ause-anp· des Einlaßrohres I¹JA liert innerhalb des Zapfens 16, so daß das Kühlwasser zunächst in den Zapfen 16 fließt und so für eine maximale Kühlunr des Zapfens 16 sowie der daran angebrachten ersten Kathode 17 sore;t.

Die auswechselbaren ersten Kathoden 17 haben jeweils einen Sockel lB, der an seiner Basis so mit einem Oewinde versehen ist, daß er mit'dem Zanfen If verschraubt werden kann, Die erste Kathode 17 hat eine ebene Stirnfläche 19 und kann vollständig aus dem Element bestehen, dessen Snektrum erzeugt werden soll. Sie kann aber auch aus einer relativ dünnen Scheibe, Platte oder einem Pellet 17A aus dem fraglichen Element bestehen, das an den Orundktfrner 17B der ersten Kathode 17 befestigt ist, wobei der Orundköroer aus irgendeinem geeigneten Material bestehen kann.

Oemäß der Pig. 2A besteht die Kathode 17 aus einem Pellet

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17C aus dem Element, dessen Snektrum bestimmt werden soll, wobei der Durchmesser des Pellets 17C kleiner als der des Orundkflrners 17B ist. Das Pellet 17C sitzt hierbei mit Preftsltz in einer Ausnehmung 17D im Orundkfirner 17B.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Kathode ist in der ViF. 2B darrestellt, ^em^R welcher die Kathode aus einem abgestuften Pellet 17C besteht, im Pellet 17C ist eine krei sf>5rmife Warze 17E anrecrdnet, deren Durchmesser kleiner als der Aussendurchmesser des Pellets 17C ist und die mit PrePiSitz in einer Ausnehmung 17F im Orundkttrner 17B sitzt.

Diese Kathodenausp'estaltunn'en erm^p;] ichen es, den ^rundk^rner 17B aus relativ billigem Material herzustellen, wenn es sich um ein teures odef seltenes Pelletmateriäl handelt. Diese Art der Kathodenanordnung ermttrlicht es auch, schwer bearbeitbare Elemente durch die Metallkeramik-Technik zu Kathodenpellets 17A oder 17C zu formen.

¹⁷Ur den Gebrauch wird die erste Kathode 17 auf den Metallklotz 12 aufgeschraubt und eine rohrfirmi^e Hülle 21 aus Siliziumdioxid oder einem anderen für Isolierzwecke reeifrnetem "!aterial über die erste Kathode 17 rezor-en, bevor diese so weit in den Kathodenraum 17 einfe^ührt wird, bis die ebene Vorderseite 13 des fetallklotzes 12 reren den O-Rinr 11 anlieft. Nachdem die Lamne abredichtet und der Lamnendruck abpresenkt ist, hflIt der .ludere Luftdruck den Metallklotz 12 fest an seinem Ort, wobei die ebene Stirnfläche 19 der ersten Kathode 17 mit der Innenwandunc der Rflhre 1 fluchtet, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 1 dargestellt ist.

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He^enüber dem Kathodenraum 7 1st eine sich nach außen erstreckende Kammer 22, die sich über eine ^ffnun^ 23 in die R'^hre hinein öffnet, angeordnet. Die Kammer ?.?. ver-PX^ßert sich konusfSrmir von der flffnunp 23 ausgehend nach außen und endet in einem fenster 2^ aus optisch hochwertigem Ouarz. Der Durchmesser des ^wensters 2't ist unrefcthr viermal so rroß wie der Durchmesser der ersten Kathode 17·

Die remeinsame Anode 26 besteht aus einem Metalldraht und ist am versiegelten Ende 2 der R>5hre 1 mit Hilfe einer gewöhnlichen ^las-Metall-Versien-elun^ befestigt.

Die zweite Kathode besteht aus einem Pheniun-Drahtfaden 27, der mit Lanthanhexaborid überzogen ist. Der Drahtfaden 27 ruht auf zwei metallischen Zuführunp-sdrtfhten 2fl, welche durch eine Isoliernastille 29 in einer Metallnlatte 31 hindurchführen.

Die Metallplatte 31 ist zur Aufnahme eines O-Rinres 2 mit einer Auskehlunr versehen. Der O-Rinr 32 liefet dichtend an einem metallischen Dichtrinc; 33> v/elcher das offene Ende 3 der Rtfhre 1 umgibt, an. Diese Anordnung erm^^iicht ein schnelles Auswechseln der zweiten Kathode für den Fall, daß letztere nicht einwandfrei arbeitet.

Zwei Rohren bzw. zyllnderf^rmi^e F-'lhrun^shülsen 3^ und 36 kurzer Lfln^e und enrer Innenbohrunn- aus Siliziumdioxid sind innerhalb der Rfihre zu .^eder Seite des Kathodenraumes 7 angeordnet. Sie werden durch Einschnürungen 37, die In der Wand der Rflhre 1 vorgesehen sind, ortsfest p-ehalten.

Die Führunfrshülsen 3¹* und 36 dienen der Steuerunr der zweiten Entladung und der Aufrechterhaltun^ des Oasflusses duroh den Mittelteil der Röhre 1.

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PUr den Betrieb der Lamne ist der Oasauslaftstutzen ^ an eine ceeirnete Vakuumpumpe und der Oaseinlaßstutzen 6 an eine steuerbare Zufuhrquelle für strömendes,!nertes Gas, beispielsweise Arpon, angeschlossen. Die Kathodenhalterung 12 mit aufgeschraubter erster Kathode 17 und die zweite Kathodenanordnung 27 bis 33 befinden sich in Wirkstellung. Die beiden Kathodenanordnun^en kennen anfangs mit Hilfe von Kalmmervorrichtun^en zur Vermeidung einer zuf^lliren Verschiebung in Wirkstellunf gehalten v/erden. Der Lamnendruck wird dann abgesenkt und die Gaszufuhr aufgenommen, um Luft aus der Lamne auszutreiben. Nach Stabilisierunr des gewünschten Lamnendrucknep:els wird die erste Entladung zwischen der ersten Kathode 17 und gemeinsamen Anode 26 p;ezürdet. Sedann wird der Draht faden 27 der zweiten Kathode mit elektrischer Energie versorgt und die zweite Entladung zwischen der zweiten Kathode 27 und gemeinsamen Anode 26 gezündet. Nach Verstreichen p-.enü^ender Zelt für ein Entp-asen und Austreiben der verschiedenen Elemente ist die Lampe betriebsfertig. Diese Anlaufzeit hftngt von einer Reihe Paktoren, insbesondere der Reinheit der ersten Kathode 17 ab und liegt im allgemeinen in der Orflftenordnung von 1,5 bis 2 Minuten.

Sämtliche oben beschriebenen Arbeitsschritte, beginnend mit dem Evakuieren der Lampe kennen durch bekannte, automatische Pereleinrichtungen besteuert werden. Ebenso kann durch die p-eeirnete Modifikation der Kathodenhalterung 12 ein automatischer Austausch der ersten Kathode 17 durchgeführt werden.

Nachfolgend werden die typischen Mafte und Betriebsbedingungen für die Lamoe angegeben:

Durchmesser der Rtfhre 1 12 mm

Durchmesser der Kathode 17 8 mm

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Durchmesser des ^pensters 2k 30 mm

Erste Entladun^ssmnnunr 5OO-6OOV Erster Entladunrsstrom 10 mA

Zweite Entladunssnannunr 30V

Zweiter Entladunrsstrom 500 mA

Die beschriebene Lamne remSß der Erflndunr bildet eine äußerst Intensive Ouelle für Atomsnektren mit hoher numerischer Apertur (die leicht einen Wert von f/1 erreichen kann), wobei letztere durch das fenster 2U erm"rlicht wird. Diese Eirenschaften machen die Lamne zu einem idealen Oer«t für den Einsatz im Rereich der Atom-Flouressenztechnik.

In diesem Bereich kann der Einsatz der Lamne zu Peobachtun"Pp;renzen führen, die mit denen verrleichbar sind, welche durch elektrodenlose Entladunrslamnen erzielt werden. Das heißt, daß die mit der erfindunfsrem^ßen Lamne erreichten Frenzen erheblich weiter Heren, als die mit gewöhnlichen Lamoen hoher Intensit.1t vom Tyn mit abp.eschmolzener Rfihre. Dies liert daran, daß die erfindunrsremflßen Lamnen aufgrund des Durchflußsystemes für das Füllgas kontinuierlich bei ootimalem Oasdruck für eine maximale Lichtausbeute (d.h. in der Or^enordnunp· von 1-2 Torr.) arbel ten. kennen. Bei den Lamnen vom Tyn mit ab r:eschrnol zener P^hre stellt der ^üllrasdruck einen Koninromlß im Hinblick auf Überlegungen bezüglich der Lamnenlebensdauer dar und ist weit entfernt vom Idealdruck. Eine Lamne vom Tyn mit abp;eschmolzener Rtthre, die mit einem Füllrasdruck von 1-2 Torr, arbeitet, würde eine Sußerst kurze Lebensdauer haben. Dies ist bedingt durch die Ent.prasunrs- bzw. Entweichnrobleme, welche durch ein System mit durchströmendem (las ump;ang;en werden.

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Die erfindunrjspemflfle Lamne kann auch als Hohlkathoden- lamne mit austauschbarer Hohlkathode verwendet werden. In diesem Fall wird die erste Kathode 17 durch eine Hohlkathode ersetzt, und die Lamoe wird ohne zweite Entladung betrieben.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Atom-Sⁿektrallamne hoher Intensität, rekennzeichnet durch einen ersten Elektrodensntz (17, 26) mit einer ersten Kathode (17), die aus einem ausrrpw'^!hlten Element (17A; 17C) zur Herbeiführung einer ersten elektrischen Entlad:τ^, die durch Zerstflubunr der ersten Kathode (17) zu atomarem Dampf aus dem Element (17A; 17C) führt, besteht, oder dieses Element als v/esentlichen Bestandteil aufweist; einen zweiten Elektrodensatz (27_S 26) zur Herbeifilhrun" einer zweiten elektrischen Entladung die durch den atomaren Damnf des ersten Elementes (17A; 17C) hindurchführt, um deren Atome zur Emission der für das Element (17A; 17C) charakteristischen Strahlung anzureren; ein die Lamnenstrahlun^ durchlassendes fenster (24), das vor der wirksamen Oberfläche (19) der ersten Kathode (17) angeordnet ist; und

   eine Einrichtung (6, 36, 3'', Ό zur ^ührun^ eines Stromes inerten ^ases durch die Lamne dicht und quer über die wirksame Oberflache (19) der ersten Kathode (17), und zwar so zwischen der ersten Kathode (17) und dem fenster (24) hin-

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   durch, da"> die bei der ersten Entladung gewonnenen Atome aus der Nachbarschaft der wirksamen Oberfläche (19) der ersten Kathode (17) mitgenommen werden.

   2. Lamne nach Ansnruch 1, dadurch rekennzeichnet, daft das ^penster (2'l) im werent liehen narallel zur wirksamen Oberfläche (19) der ersten Kathode (17) angeordnet ist und der fiasstrom ebenfalls im wesentlichen parallel zur wirksamen Oberfläche (10) fliegt.

   3. Lamne nach einem der Ansnrüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine abnehmbare Kathodenhalterunp (12, 21), für ein rasches Entfernen und Wiedereinsetzen der ersten Kathode (17).

   H. Lamne nach einem der Ansnrüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen 1 am'restreckten im v/esent 11 chen rohrförmigen Körner (1), in dessen Wandung eine erste Kathode (17) angeordnet ist; eine zweite Kathode (?7) und eine gemeinsame Anode (26), welche innerhalb des Körners (1) so angeordnet sind, da^ die zweite Entladung quer und durch den vor der ersten Kathode (17) liegenden Bereich führt; und

   eine ^aszuführanordnunp: (6, J>6) und eine Oasabf ühranordnunp; (3**, ¹O, die so angeordnet slncijda·⁵. sie den Oasstrom durch den vor der ersten Kathode (17) Hebenden Bereich hindurchführen, und zwar im wesentlichen in axialer Richtung bezüglich des Körpers (1) und gleichzeitig in Richtung der zweiten Entladung.

   5. Lamne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen rohrförmiren Körper (1) mit einer Oaszuführunr-(6, 36) und - abführunr (3'l, l{), für einen Hasfluß durch den Körner (1) in im wesentlichen axialer Richtung; einen in der Wandung des Körner (1) angeordneten Kathodenraum (7);
   eine erste, im Kathodenraum (7) angeordnete Kathodenanordnung

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   (17, 12, 21), die Im wesentlichen eine erste Kathode (17) und eine abnehmbare erste Kathodenhalterunp (12, 21) aufweist, letztere, um ein schnelles Entfernen und Wiedereinsetzen der ersten Kathode (17) aus bzw. in den Kathodenraum (7) zu ermöglichen;

   eine in der K^rnerwandunr vorgesehene ^ensteranordnunr (22, 23, 24), die Im wesentlichen eine Kammer (22), welche sich über eine diametral cer-en'Jber dem Kathodenraum (7) liegende tfffnunf (23) In der K^rnervandunr* zum Körper (1) hin öffnet und ein ontisches ^penster (2'J) an dem d°r ^ffnunr (23) entfernt liegenden Ende der Kammer (22) aufweist; eine innerhalb des Körners (1) und im Abstand vom Kathodenraum (7) angeordnete zweite Elektrode (27); und eine innerhalb des Körners (1) angeordnete gemeinsame Anode (26), die einen Abstand vom Kathodenraum (7) aufweist und von diesem aus resehen in entrerenresetzter Richtung wie die zweite Kathode (27) angeordnet ist.

   6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, der Kttrner (1) wenigstens in einem Teil der zwischen dem Kathodenraum (7) und der zweiten Kathode (27) bzw. remeinsamen Anode (26) liegenden Abschnitt einen verringerten Durchmesser (3¹J, 36) hat.

   7. Lamne nach Ansnruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daft das ontische Fenster (2¹J) einen wesentlich frieren Durchmesser als die öffnung (23) oder die erste Kathode (17) hat.

   R. Lamne nach einem der Ansnrttchp 5 bis 7, dadurch rekennzeichnet, daPi die erste Kathode (17) eine im wesentlichen ebene Stirnfläche (19) aufweist und der Kathodenraum (7) sowie die Kathodenhalterunp (12, 21) in der Weise ange ordnet sind, daß die ebene Stirnfläche (19) der ersten Ka-

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   thode (17) mit dem Bereich der Innenwandunr des Körners (1), der sich an den Kathodenraum (7) anschließt, im wesentlichen fluchtet.

   9. Lamne nach einem der Ansnrüche 1 bis ^p, dadurch rekennzeichnet, da°> die zweite Kathode (27) vom Tyn mit elektrisch aufheizbarer Drahtwendel und/oder mit einem thermionisch bzw. ftlühelektrlsch emittierenden Material überzogen 1st.

   10. Lanroe nach Ansnruch 9, dadurch gekennzeichnet, daft die zweite Kathode (27) mit Lanthanhexaborid überzogen ist.

   11. Lamne nach Ansnruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kathode (27) auf einer Halterung (28 - 33),
   die vom Körner (1) entfern- und wiedereinsetzbar ist, angeordnet ist.

   12. Lamne nach einem der Ansnrüche 1 od.f., dadurch Gekennzeichnet, daß die erste Kathode (17) aus einer Scheibe, einer Platte oder einem Pellet (17A; 17C) aus dem Element besteht, das an der Kathodenhalterunr (12, 17B) befestigt ist.

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