PL225046B1 - Sposób zwiększenia ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora oraz lampa deuterowa do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora oraz lampa deuterowa do realizacji tego sposobu, a zwłaszcza lampa dużej mocy z przystawką optyczną zwiększającą ilość energii promienistej wprowadzanej do wnętrza tego monochromatora stosownie do jego maksymalnego kąta aperturowego.

Lampy deuterowe dużej mocy wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie konieczne jest oddziaływanie na materię promienia nadfioletowego (λ,<200 nm). Znane lampy deuterowe dużej mocy mają umieszczoną wewnątrz metalowej obudowy bańkę szklaną wypełnioną deuterem i są wyposażone w płaszcz wodny zapewniający chłodzenie obszaru, w którym tworzy się plazma deuteru. Obudowa, ma na ogół kształt walca zamkniętego z jednej strony kolistym denkiem zaopatrzonym w gniazdo do przyłączenia źródła prądu sieciowego urządzenia zasilającego. Do tego gniazda, sięgającego do wnętrza obudowy bańki szklanej lampy przyłączony jest zespół przetwarzający doprowadzaną energię elektryczną w energię promieniowaną przez plazmę deuterową. Natomiast z drugiej strony metalowej walcowej obudowy osadzona jest obustronnie polerowana płytka wykonana ze szkła kwarcowego lub fluorku magnezu pełniąca funkcję okna wyjściowego promieniowania emitowanego przez plazmę. W przestrzeni zawartej pomiędzy zespołem jonizującym deuter a oknem wyjściowym, umieszczona jest przysłona z centralnie położonym otworem kołowym, którego średnica zazwyczaj wynosi 1 mm. Otwór umożliwia kształtowanie metodami optycznymi wiązki promieniowania wychodzącego przez okno wyjściowe. W przypadku znanej lampy, w której odległość między przesłoną a zewnętrzną powierzchnią okna wyjściowego wynosi 32 mm, skrajne promienie świetlne wychodzące przez okno wyjściowe lampy tworzą kąt ok. 80°. Natomiast handlowe monochromatory służące do oświetlania wciąż zmniejszających się elementów materii podczas różnorakich badań fizycznych stawiają nieco inne wymagania w tym względzie. Konstrukcja układu optycznego monochromatora składa się zazwyczaj ze szczeliny wejściowej, dwu asferycznych zwierciadeł wklęsłych, elementu dyspersyjnego w postaci siatki dyfrakcyjnej lub w postaci zespołu pryzmatów optycznych oraz ze szczeliny wyjściowej i ma zazwyczaj kąt aperturowy ok. 2 x 7°= 14°. Możliwe jest wytworzenie lamp deuterowych o kącie aperturowym rzędu kilkunastu stopni, jednak ich czas życia, wg informacji producenta, ulega skróceniu o 50%. Kąt maksymalnego nachylenia promienia świetlnego względem osi lampy prostopadłej do okna wyjściowego i przechodzącej przez środek otworu w przysłonie wynosi 7°. Odpowiada to wysokości ok. 4,2 mm punktu przebicia tego promienia z zewnętrzną powierzchnią okna wyjściowego.

Promienie o większym kącie nachylenia nie powinny być transmitowane przez monochromator o kącie aperturowym 2 x 7°. Ich obecność we wnętrzu monochromatora jest szkodliwa, ponieważ powiększa poziom tła.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu zwiększenia ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora oraz opracowanie konstrukcji odpowiedniej lampy deuterowej.

Sposób według wynalazku dotyczy zwiększenia ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora a wytwarzanej przez źródło światła nadfioletowego w postaci lampy deuterowej. W sposobie tym, wewnątrz lampy deuterowej tworzy się pozorny obraz przysłony. Obraz ten tworzy się w odległości większej niż odległość w jakiej przesłona umieszczona jest od okna wyjści owego lampy, korzystnie w odległości dwukrotnie większej.

Lampa deuterowa według wynalazku ma zaopatrzoną w okno wyjściowe obudowę wewnątrz której znajduje się przesłona, deuter oraz elektrody inicjujące powstawanie wewnątrz lampy plazmy deuteronowej promieniującej silnie w zakresie nadfioletu. Lampa ta przed oknem wyjściowym ma przystawkę korygującą promieniowanie w postaci pierścienia, w którym osadzona jest soczewka. Ogniskowa f soczewki spełnia zależność:

_ 1 1 f 5 ¹ s gdzie:

s - odległość przesłony od przedmiotowego punktu głównego H soczewki, s - to odległość obrazu przesłony od obrazowego punktu głównego H' soczewki.

Sposób według wynalazku i opracowana lampa deuterowa pozwalają na lepsze dopasowanie wiązki promieniowania generowanej przez tą lampę do szczeliny wejściowej monochromatora, a zwłaszcza do jego kąta aperturowego. Odpowiednie ukształtowanie wiązki promieniowania pozwala na wykorzystanie część promieniowania traconego dotychczas podczas transmisji optycznej do

PL 225 046 B1 monochromatora, dzięki przemieszczeniu tego promieniowania do obszaru, z którego transmisja jest możliwa.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który przedstawia schemat lampy deuterowej będącej źródłem promieniowania monochromatora.

W sposobie według wynalazku zwiększenie ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora prowadzi się tworząc wewnątrz lampy deuterowej pozorny obraz przysłony. Obraz ten tworzy się w odległości większej niż odległość w jakiej znajduje się przesłona od okna wyjściowego lampy, korzystnie jest jeżeli odległość ta jest dwukrotnie większa.

Lampa deuterowa z przystawką optyczną, w jaką jest wyposażona umożliwia zwiększenie ilości mocy promienistej wprowadzanej do monochromatora nawet o bardzo małym (kilkustopniowym) kącie aperturowym.

Przykładowa lampa posiada obudowę 1 w kształcie walca, wewnątrz której znajduje się bańka szklana a w niej centrycznie umieszczona przesłona 2, deuter oraz elektrody inicjujące powstawanie wewnątrz lampy plazmy deuterowej promieniującej silnie w zakresie nadfioletu. Z jednej strony obudowa jest zamknięta, natomiast z drugiej strony zaopatrzona jest w okno wyjściowe 3. Do zewnętrznej strony okna 3, przymocowana jest przystawka optyczna w postaci połączonego z obudową 1 pierścienia 5, w którym jest osadzona soczewka 4.

Zadaniem przystawki w przykładzie jest ok. 4-krotne zwiększenie strumienia światła o długości λ = 200 nm padającego na szczelinę wejściową monochromatora. W tym celu ogniskową f soczewki 4 dobiera się zgodnie z zależnością:

_rajr₂_ ⁽n - 1 ) ^[n (r₂ - r) + d ⁽n - 1 ) ^] z promieniami krzywizny powierzchni i z mierzoną na środku jej grubością gdzie:

n - współczynnik załamania materiału soczewki, r₁ - promień krzywizny pierwszej powierzchni soczewki, r₂ - promień krzywizny drugiej powierzchni soczewki, d - grubość soczewki mierzona na jej środku wzdłuż osi optycznej.

Odległość ogniskowa f soczewki obliczona dla długości fali λ = 200 nm wynosi 78,175 mm. Przyjmując, że odległość otworu w przesłonie 2 od punktu głównego H soczewki wynosi s = 40 mm, ze wzoru:

_ 1 1 f S s gdzie:

s =- odległość przysłony od przedmiotowego punktu głównego H soczewki 4, a s- odległość obrazu 6 przysłony od obrazowego punktu głównego H' soczewki 4.

otrzymuje się położenie jego obrazu w odległości s'=-81,912 mm od obrazowego punktu H'.

Znak ,,-,, jest zgodny z regułą znaków obowiązującą w optyce instrumentalnej. Punkty główne soczewki to miejsca przebicia płaszczyzn głównych przez oś optyczną soczewki. Płaszczyzny główne charakteryzują się tym, że powiększenie poprzeczne między nimi wynosi +1.

W wyniku załamania światła w soczewce 4 kąt a=14° maleje do wartości β=7°, jest więc równy maksymalnej wartości kąta transmitowanego przez monochromator. Z uwagi na to, że po załamaniu w soczewce, wsteczne przedłużenie promienia świetlnego przechodzi przez środek obrazu 6 przysłony 4, kąt nachylenia tego promienia względem osi A-A wynosi 7° a wysokość, na której przebija on okno wyjściowe h=8,5 mm.

W wyniku zastosowania soczewki o odległości ogniskowej ustalonej zgodnie z zależnością pierwszą uzyskano wzrost promienia kołowej plamki na oknie wyjściowym lampy, tj. ok. 4-krotny wzrost energii promienistej wchodzącej do szczeliny wejściowej monochromatora. Oczywiste jest, że urojony obraz przysłony może być utworzony w innej odległości, niż podana w przykładzie.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (2)

1. Sposób zwiększenia ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora wykorzystujący lampę deuterową z przesłoną jako źródło światła nadfioletowego, znamienny tym, że

PL 225 046 B1 zwiększenie ilości energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora prowadzi się tworząc wewnątrz lampy deuterowej pozorny obraz przysłony, przy czym obraz ten tworzy się w odległości większej niż odległość w jakiej od okna wyjściowego lampy umieszczona jest przesłona, korzystnie w odległości dwukrotnie większej.

2. Lampa deuterowa zwiększająca ilość energii promienistej wprowadzanej do wnętrza monochromatora, posiadająca zaopatrzoną w okno wyjściowe obudowę wewnątrz której znajduje się deuter oraz elektrody inicjujące powstawanie wewnątrz lampy plazmy neutronowej promieniującej silnie w zakresie nadfioletu, oraz przesłonę, znamienna tym, że lampa deuterowa przed oknem wyjściowym 3 ma przystawkę korygującą promieniowanie w postaci pierścienia 5, w którym osadzona jest soczewka 4, przy czym ogniskowa f soczewki spełnia zależność: