SU395927A1

SU395927A1 - SPECTRAL DISCHARGE LAMP

Info

Publication number: SU395927A1
Application number: SU1741270A
Authority: SU
Inventors: С. М. Мельникова А. Б. Фромберг И. М. Весельницкий
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1973-08-28

Description

1one

Изобретение относитс к области спектроскопии , в частности к источникам излучени , предназначенным дл .спектральных исследований .The invention relates to the field of spectroscopy, in particular to radiation sources, intended for spectral studies.

Дл генерации излучени , в спектре которого содержатс резонансные линии атомов одного или нескольких определенных элементов, известны лампы, катод которых выполнен с полостью, содержащей требуемый химический элемент. При подключении такой лампы к источнику питани между полостью катода и анЪдом зажигаетс тлеющий разр д в инертном газе. Под действием ударов ионов инертного газа о поверхность полости атомы химического элемента отрываютс от поверхности полости, попадают в газоразр дный промежуток , .возбуждаютс там при соударении с электронами и при возвращении в нормальное состо ние излучают линии, принадлежащие спектру этого элемента. Из числа возбуждаемых линий наибольшей интенсивностью обладают резонансные линии, которые и используютс в р де установок дл спектрального анализа, в частности в атомно-абсорбционных спектрофотометрах.To generate radiation, the spectrum of which contains the resonance lines of atoms of one or more specific elements, lamps are known whose cathode is made with a cavity containing the required chemical element. When such a lamp is connected to a power source, a glow discharge in an inert gas is ignited between the cathode cavity and the anode. Under the action of inert gas ions against the cavity surface, the atoms of the chemical element are detached from the cavity surface, enter the gas discharge gap, are excited there when they collide with electrons and when returning to normal state emit lines belonging to the spectrum of this element. Among the excited lines, resonance lines have the highest intensity, which are used in a number of installations for spectral analysis, in particular, in atomic absorption spectrophotometers.

Интенсивность излучени линии увеличиваетс с увеличением разр дного тока {увеличиваетс число ионов, соудар ющихс с поверхностью полости и соответственно увеличиваетс концентраци атомов элементов в полости ) и, с этой точки зрени , желательно, чтобы разр дный ток был как можно больше. Однако по мере увеличени разр дного тока излучаема резонансна лини ушир етс вследствие увеличени нагрева газа внутри полости, обусловленного увеличением мощности разр да (допттлеровское уширение). Вместе с тем лри увеличении концентрации атомов элемента становитс существенной диффузи этих атомов за пределы полости, в результате чего начинаетс самообращение резонансной линии (центральна часть линии поглощаетс «холодными атомами элемента за пределом полости у торца катода вне разр дного промел утка). По этим причинам ток лампы обычно ограничиваетс некоторой предельной величиной, при которой обеспечиваютс только приемлемые значени интенсивности и формы линии, но не обеспечиваютс The radiation intensity of the line increases with increasing discharge current (the number of ions colliding with the cavity surface increases and the concentration of atoms of the elements in the cavity increases accordingly) and, from this point of view, it is desirable that the discharge current be as large as possible. However, as the discharge current increases, the radiated resonant line broadens due to an increase in the heating of the gas inside the cavity, due to an increase in the discharge power (Doptler broadening). At the same time, an increase in the concentration of the element atoms becomes a significant diffusion of these atoms beyond the cavity, resulting in self-reversal of the resonance line (the central part of the line is absorbed by the cold element atoms beyond the cavity limit at the cathode end outside of the discharge duck). For these reasons, the lamp current is usually limited to some limit value at which only acceptable values of intensity and line shape are provided, but not provided.

одновременно высокие показатели обеих характеристик .simultaneously high rates of both characteristics.

Цель изобретени - обеспечение возможности работы лампы на повышенных токах дл The purpose of the invention is to enable the lamp to operate at high currents for

увеличени интенсивности спектральных линий , а дл уменьщени полуширины спектральных линий и получени линий регул рной формы без искажени в области максимума и снижени напр жени зажигани разр да.increasing the intensity of the spectral lines, and to reduce the half-width of the spectral lines and obtaining regular-shaped lines without distortion in the region of the maximum and reducing the ignition voltage of the discharge.

С этой целью полый металлический катод выполнен в виде массивного цилиндра с ребрами охлаждени на боковой поверхности, снабженного размещенными на обеих его торцовых поверхност х экранизирующими слюд ными экранами, жестко фиксируемыми относительно колбы пружинами Г-образного сечени -таким- образом, что отсутствуют зазоры между пружинами и колбой.For this purpose, a hollow metal cathode is made in the form of a massive cylinder with cooling fins on a side surface provided with screening mica screens placed on both its end surfaces, with L-shaped springs rigidly fixed relative to the bulb, so that there are no gaps between the springs and flask.

Повышение интенсивности резонансных линий и устранение их самообращени обеспечиваетс также применением дополнительного трубчатого экрана, размещенного между катодом и анодом в непосредственной близости к катоду и имеющего такой размер, чтобы излучение, возбуждаемое в полом катоде, полностью попадало на выходное Окно.Increasing the intensity of the resonant lines and eliminating their self-reversal is also provided by using an additional tubular screen placed between the cathode and the anode in close proximity to the cathode and having such a size that the radiation excited in the hollow cathode falls completely on the output Window.

Трубчатый экран электрически соединен с анодом через резистор, вследствие чего между экраном и катодом зажигаетс вспомогательный разр д и снижаетс напр жение зажигани лампы.The tubular screen is electrically connected to the anode through a resistor, as a result of which an auxiliary discharge is ignited between the screen and the cathode and the lamp ignition voltage decreases.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаема лампа; на фиг. 2 - схема ее включени .FIG. 1 schematically shows the proposed lamp; in fig. 2 - scheme of its inclusion.

Электродный узел . лампы смонтирован на ножке / и состоит из катода 2 с кладышем 3, трубчатого экрана 4, анода 5, дисковых слюд ных экранов 6 с центральными отверсти ми и кольцевых пружин 7. К ножке 1 катод прикреплен при помощи катодных стоек 8, вставленных в изол торы 9. Трубчатый экран 4 и анод 5 к выводам ножки присоединен посредством экранной стойки 10, вставленной в изол тор //, и анодной стойки 12, вставленной в изол тор 13. Смонтированна ножка завариваетс в цилиндрическую колбу 14 с плоским выходным окном 15. Изготовленна лампа откачиваетс на вакуумном посту, тренируетс , наполн етс инертным газом до требуемого давлени и отпаиваетс ..Electrode node. lamp mounted on the leg / and consists of a cathode 2 with a cladding 3, a tubular screen 4, an anode 5, disk mica screens 6 with central holes and ring springs 7. To the leg 1 the cathode is attached using cathode racks 8 inserted into insulators 9. The tubular screen 4 and the anode 5 are connected to the conclusions of the leg by means of the screen stand 10 inserted into the insulator // and the anode stand 12 inserted into the isolator 13. The mounted leg is brewed into a cylindrical flask 14 with a flat exit window 15. The lamp made pumped out on a vacuum post is trained, filled with inert gas to the required pressure and sealed off.

Дл поддержани в лампе низкого давлени остаточных газов использован газопоглотитель 16. После отпайки лампы между внешними выводами 17 и 18 анода 5 и экрана 4, соответственно, припаиваетс омический резистор 19. Лампа заканчиваетс цоколем 20, из которого выведены два присоединительных провода - катодный 21 и анодный 22, соответственно припа нные к выводам 17 и 23 (внещний катодный вывод).A gas absorber 16 is used to maintain a low residual gas pressure lamp. After tapping the lamp between the external leads 17 and 18 of the anode 5 and the screen 4, respectively, an ohmic resistor 19 is soldered. 22, respectively, attached to pins 17 and 23 (external cathode output).

Дл питани лампы (фиг. 2) обычно ислользуетс источник тока 24, обеспечивающий на выходе посто нное напр жение 400- 600 в и ток до 50 ма. К положительному полюсу 25 источника тока подключаетс через ограничительный балластный резистор 26 и миллиамперметр 27 анодный присоединительный провод 22 лампы, к отрицательному полюсу - катодный присоединительный проврд / .; - При включении источника тока 24 анод 5 и экран 4, соединенные между собой резистором 19, одновременно оказываютс под одинакавым положительным потенциалом относительно катода 2. В первый момент зажнгаетс разр д между катором и экраном. Ток разр да ограничиваетс омическим резистором 19, сопротивление которого выбрано такнм, 5 чтобы ток соста вл л несколько миллиампер. Этот вспомогательный разр д создает необходимые услови дл зажигани основного разр да между катодом и анодом. Путь основного разр дного тока проходит из полостиThe lamp (Fig. 2) is usually powered by a current source 24, which provides a constant voltage of 400-600 V and a current up to 50 mA at the output. The anode connecting wire 22 of the lamp is connected to the positive pole 25 of the current source through a limiting ballast resistor 26 and a milliammeter 27, the cathodic connecting wire to the negative pole; - When the current source 24 is turned on, the anode 5 and the screen 4, interconnected by a resistor 19, are simultaneously under the same positive potential relative to the cathode 2. At the first moment, the discharge between the coil and the screen is turned on. The discharge current is limited by an ohmic resistor 19, the resistance of which is chosen to be 5, so that the current is a few milliamperes. This auxiliary discharge creates the necessary conditions for the ignition of the main discharge between the cathode and the anode. The path of the main discharge current passes from the cavity

10 катода 2 через отверсти в верхнем слюд ном экране & и в цилиндрическом теле экрана 4 к кра м отверсти дискового анода 5. При горении разр да в полом катоде возникает излучение , в том числе и резонансное излучение,10 cathode 2 through the holes in the upper mica screen & and in the cylindrical body of the screen 4 to the edge of the opening of the disk anode 5. When the discharge is burned, radiation, including resonant radiation, occurs in the hollow cathode,

15 которое через отверсти попадает на выходное окно и выходит за пределы лампы. Размеры отверстий выбраны таким образом, чтобы кра их находились за пределами воображаемого усеченного конуса, малым основанием15 which through the holes falls on the exit window and extends beyond the lamp. The dimensions of the holes are chosen so that their edges are outside the imaginary truncated cone, with a small base

0 которого вл етс плоскость отверсти полого катода, а большим основанием - плоскость выходного окна.Which is the plane of the hole of the hollow cathode, and the large base is the plane of the exit window.

Дл предотвращени возникновени разр дного тока на боковой поверхности катода вTo prevent the occurrence of a discharge current on the lateral surface of the cathode in

5 -предлагаемой лампе вместо керамического экрана, утепл ющего катод и вызывающего тем самым значительное повышение температуры катода и газа, применены слюд ные экраны 6 с кольцевыми пружинами 7 Г-образ0 ного сечени , исключающие возможные зазоры между слюд ными экранами и колбой, через которые может проходить ток с наружной поверхности катода на анод. Сам катод выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например меди, и имеет большую поверхность охлаждени , котора непрерывно омываетс газом, осуществл ю-щим пр мой перенос тепла от поверхности катода к стенке колбы. Из-за снижени температуры катода5 - the proposed lamp instead of a ceramic screen that warms the cathode and thus causes a significant increase in the temperature of the cathode and gas, used mica screens 6 with annular springs of 7 G-shaped section, excluding possible gaps between mica screens and a bulb through which passing current from the outer surface of the cathode to the anode. The cathode itself is made of a material with high thermal conductivity, such as copper, and has a large cooling surface, which is continuously washed by gas, carrying out direct heat transfer from the cathode surface to the wall of the flask. Due to lower cathode temperature

0 снижаетс и температура газа, и излучаема лини получаетс более узкой.0, both the gas temperature decreases and the radiated line becomes narrower.

Снижение температуры катода позвол ет в несколько раз увеличить рабочий ток лампы, а следовательно, и интенсивность резонанс5 ной линии. При увеличении тока в п раз интенсивность увеличиваетс более чем в п, а ширина линии при этом получаетс не больще чем у обычных известных ламп. Дополнительный трубчатый экран 4, расположенный между анодом и катодом в непосредственной близости от последнего, устран ет отрицательное воздействие облака «холодных атомов, которое образуетс у отверсти полости катода и концентраци которогоA decrease in the temperature of the cathode makes it possible to increase the operating current of the lamp several times and, consequently, the intensity of the resonance line. As the current increases by n times, the intensity increases by more than n, and the line width is no more than that of conventional known lamps. An additional tubular screen 4, located between the anode and the cathode in the immediate vicinity of the latter, eliminates the negative effect of a cloud of "cold atoms" that forms at the opening of the cavity of the cathode and whose concentration

5 возрастает с увеличением тока. В предлагаемой лампе это Облако «холодных атомов попадает в объем цилиндрического трубчатого экрана 4, через который проходит разр дный ток, носител ми которого производитс дополнительное возбуждение этих атомов, сопровождающеес излучением резонансных линий. При этом не только компенсируетс поглощение резонансного излучени , вызывающее самообращение линий, но и происходит увеличение интенсивности резонансных линий.5 increases with increasing current. In the proposed lamp, this Cloud of cold atoms falls into the volume of the cylindrical tubular screen 4, through which the discharge current passes, the carriers of which produce additional excitation of these atoms, accompanied by the emission of resonant lines. In this case, not only is the absorption of resonance radiation compensated, causing self-reversal of the lines, but also an increase in the intensity of the resonance lines occurs.

Использование предлагаемой лампы в атомно-абсорбционных спектрофотометрах, дл которых она в основном предназначена, обеспечивает повышение пределов обнаружени анализов , так как лаМпа позвол ет производить измерени на больших разр дных токах (т. е. при увеличенной интенсивности резонансных линий). Помимо этого обеспечиваетс повышение чувствительности анализов, так как излучаемые .резонансные линии имеют малую полуширину и несамообращенный профиль .The use of the proposed lamp in atomic absorption spectrophotometers, for which it is mainly intended, provides an increase in the detection limits of the analyzes, since the laser allows measurements to be made at high discharge currents (i.e., with increased intensity of resonant lines). In addition, an increase in the sensitivity of the analyzes is provided, since the emitted resonance lines have a small half-width and a non-convertible profile.

Предмет изобретени Subject invention

1. Спектральна газоразр дна лампа, предназначенна дл излучени линейчатого спектра определенных химических элементов, содержаща металлический катод с полостью дл установки химических элементов, формирующих генерируемое излучение, и анод, заключенные в запа нную стекл нную оболочку, наполненную инертным газом, отличающа с 1. A spectral gas discharge lamp designed to emit a line spectrum of certain chemical elements, containing a metal cathode with a cavity for mounting chemical elements forming the generated radiation, and an anode enclosed in a sealed glass envelope filled with an inert gas, characterized by

тем, что, с целью обеспечени возможности работы лампы на повыщенных токах дл увеличени интенсивности спектральных линий, а также дл уменьшени полуширины спектральных линий и получени линий регул рной формы без искажени в области максимума, катод выполнен в виде массивного цилиндра с ребрами охлаждени на боковой поверхности , экранированной размещаемыми на торцовых поверхност х катода диэлектрическими дисками, например слюд ными, по периметру которых расположены пружины, выбирающие зазоры между дисками и колбой.By the fact that, in order to enable the lamp to operate at increased currents to increase the intensity of spectral lines, as well as to reduce the half-width of spectral lines and to obtain regular-shaped lines without distortion in the maximum region, the cathode is made in the form of a massive cylinder with cooling fins on the lateral surface , shielded dielectric disks, for example mica, placed on the end surfaces of the cathode, along the perimeter of which springs are located that select the gaps between the disks and the bulb.

2.Лампа цо п. 1, отличающа с тем, что катод снабжен дополнительным трубчатым2. A lamp according to claim 1, characterized in that the cathode is provided with an additional tubular

экраном, установленным в непосредственной близости от полости катода.screen installed in the immediate vicinity of the cathode cavity.

3.Лампа по пп. 1 и 2, отличающа с тем, что, с целью снижени напр жени зажигани 3. Lamp on PP. 1 and 2, characterized in that, in order to reduce the ignition voltage

разр да, дополнительный трубчатый экран соединен электрически с анодом через омический резистор.discharge, an additional tubular screen is electrically connected to the anode through an ohmic resistor.

22

Фиг 2.Fig 2.