Способ получения спектров излучения инертных газов в вакуумной ультрафиолетовой области

 

Изобретение относится к источникам света, дающим линейчатые, полосатые и непрерывные спектры излучения инертных газов (аргона, криптона и ксенона) в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ). Целью изобретения является увеличение интенсивности излучения отдельньгх участков ВУФ-спектра путем создания в сверхзвуковой струе инертного газа кластеров определенного среднего размера. На вход в коническое сверхзвуковое сопло подается инертный газ. Температура Т и давление Р., газа удовлетворяют соотношению Рд Т ° f постоянная величина , зависящая от участка спектра инертного газа, на котором требуется увеличение интенсивности излучения , и от параметров сопла. Инертный газ, пройдя через теплообменник , камеру истечения и коническое сверхзвуковое сопло, со сверхзвуковой скоростью вытекает в вакуумную камеру. На входе в коническое сопло устанавливается давление Р . Для получения максимальной интенсивнос- .ти газ до входа в сопло нагревают до температуры Т. При этом в струе инертного газа присутствуют зародыши конденсированной фазы - кластеры относительно малых размеров. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУЬ ЛИК

„,SU„„1278611 (50 4 0 01,1 3/1.0

1 i „13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3940475/22-25 (22) 07,08.85 (46) 23.12 ° 86. Бюл. В 47 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро Физико технического института. низких температур АН УССР (72) 3,Т.Верховцева, Е.А.Бондаренко и Ю,С.Доронин (53) 628.9(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 432350, кл. G 01 J 3/10, 1967.

Авторское свидетельство СССР

11 - 226927, кл, G 01 N 21/68, 1967. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ В ВАКУУМНОЙ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ (57) Изобретение относится к источникам света, дающим линейчатые, полосатые и непрерывные спектры излучения инертных газов (аргона, криптона и ксенона) в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ). Целью изобретения является увеличение интенсивности излучения отдельных участков ВУФ-спектра путем создания в сверхзвуковой струе инертного газа кластеров определенного среднего размера. На вход в коническое сверхзвуковое сопло подается инертный газ. Температура Т и давление P о газа удовлетворяют соотношению

Р Т =а, где а — постоянная веМг личина, зависящая от участка спектра инертного газа, на котором требуется увеличение интенсивности излучения, и от параметров сопла. Инертный газ, пройдя через теплообменник, камеру истечения и коническое сверхзвуковое сопло, со сверхзвуковой скоростью вытекает в вакуумную камеру. На входе в коническое сопло устанавливается давление P . Для получения максимальной интенсивности газ до входа в сопло нагревают до температуры Т . При этом в струе инертного газа присутствуют зародыши конденсированной фазы — кластеры относительно "малых" размеров. 2 ил.

1278611

5 производится с помощью медь-константановой термопары 13. Регулировка давления газа на выходе в сопло осуществляется при помощи вентиля 14.

Устройство работает следующим образом .

Инертный газ, пройдя через теплообменник 2, камеру 4 истечения и коническое сверхзвуковое сопло 5, со

10 сверхзвуковой скоростью вытекает в вакуумную камеру 1,, образуя плотную направленную струю 6, имеющую четкие границы с вакуумом. СверхзвукоВоН поток газа откачинается конденсационным .насосом 8, охлаждаемым жидким водородом.

На входе в кзническое сопло с диаметром критиче" êîãî сечения Й =

КР

=0,34 мм и отношением площадег вы20 ходного сечения к критическому, равным 36,7, устанавливается давление газа, например, Р, =0,98 10 Па (1 техн. атм). При этом на выходном сечении сопла давление газа 3 ° —

° 10 мм рт.ст., а рядом со струей в камере 1 давление имеет величину

10 -" мм рт. ст. Для получения максимальной интенсивности излучения на участках спектра отдельно для каждого газа: Аг 104-120 нм, Кг 116140 нм или Хе !29-160 нм при давлении P =0,98 Па газ до входа в сопло, согласно соотношению (), нагревают до температуры Т, †3 К (аргон), Т "- 430 К (криптон и Т 600 К,(ксенон). При указанных температурах в струе инертного газа присутствуют зародыши конденсированной фазы— кластеры относительно малых" размеров, Например, для конического сверхзвукового сопла с углом конуса 8,6 диаметром критического сечения

0,34 мм и отношением площадей выходного сечения к критическому ".-„/Г„ =

=36,7 величина а=4,27 10 Па/К гцля участка спектра Аг 104-120 нм), а=

=2,55 10 Па/К (для участка спектра . 2

Kr 11á-140 нм), и а=1,14 10 Па/К (для участка спектра Хе 129-160 нм). сивности излучения, и от параметров сопла.

На фиг. 1 схематически изображе- 25 но устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 — зависимости интенсивности I,,,нормированной на плотность газа на входе в сопло Р, от температуры га.за Т, 30 о при давлении Р, =0,98 Па и средние размеры кластеров (число атомов в кластере Р), присутствующих в струе при Р =0,98 Па и разных температурах Т,.

Устройство содержит расположенные в вакуумной камере 1 теплообменник 2 с навитой на нем спиралью 3, камеру 4 истечения газа, коническое сверх нуковое сопло 5 для формирования сверхзвуковой струи rasa б, электронную пушку 7 и конденсационный насос 8. Для контроля давления в камере 1 имеется ионизацианный манометр 9. Теплообменник ? представляет собой медный блок с внутренней резьбой, например прямоугольной.

Внутри блока плотно встанлен медный стакан 10, который с внутренней стенкой теплообменника 2 образует канал

11 для прохождения исследуемого газа. Температура теплообменника изменяется в пределах !00-600 К. Охлаждение производится жидким азотом, поступающим по трубке 12„ которая

55 находится в тепловом контакте с блоком теплообменника 2. Нагрев осу-.ществляется спиралью 3, Измерение температуры газа до входа в сопла

Изобретение относится к источ .икам света, дающим линейчатые, полосатые и непрерывные спектры излучения инертных газов (аргона, критона и ксенона) в области вакуумного ультрафиолета|(Вуф), Целью изобретения является увеличение интенсивности излучения отдельных участков спектра вакуумного ультрафиолета путем создания н сверхзвуковой струе инертного газа кластеров определенного среднего размера.

Для этого на вход в коническое сверхзвуковое сопло подают инертный газ, температура Т® и давление Р, которого должны удовлетворять с.оотношению —,s+o, g

Р Т =a, (1) где а — постоянная величина, зависящая от участка спектра инертного газа, на котором требуется увеличение интенПо истечении из сопла гаэ струи возбуждается электронным пучком с энергией 1 кзВ и плотностью тока

" 0,2 А/см

На фиг. 2 в качестве примера для резонансных линий излучения сверхзвуковой струи аргона h 104,8 и

106,7 нм (кривые 15 и 16), а также

12?861 1 максимума интенсивности первого континуума" 1107,5 нм (кривая 17) представлены зависимости интенсивности

I, нормированной на плотность газа на входе в сопло P >,от температуры о газа Т, при давлении Р =0,.98 Па, о а также средние размеры кластеров, присутствующих в струе при Р а

=0,98 Па и разных температурах Т (кривая 18), Зти данные получены из 1Q двумерных расчетов струйного течения газа с гомогенной конденсацией, выполненных по программе, Максимальная интенсивность излучения различных эмиссий участка спектра 15

104-120 нм (фиг. 2) достигается в районе температуры Т 350 К. Причем для каждой эмиссии спектра максимум интенсивности наблюдается при определенной температуре Т, когда в 20 струе присутствуют кластеры определенного среднего размера, содержащие 25-40 атомов в кластере. Дпя всех исследованных эмиссий участка спектра 104-120 нм максимум интен — 25 сивности излучения изменяется с давлением Р, или температурой Т по за— 2,5+0, о кону Р, Т =const . Давление P и температура газа Т, при которых в струе присутствуют кластеры инертного газа одного и того же среднего размера, тоже связаны зависимостью

-2,5

P Т =const. Приведенные данные сви детельствуют, таким образом, о том, что для каждой эмиссии ВУФ спектра струи аргона, расположенной в диапазоне 104-120 нм, существуют, кластеры определенного среднего размера, взаимодействие BJIQKTpoHQB с которыми приводит к наиболее эффектив- 40 ному ее высвечиванию. В частности, для линий! 104,8, 106,? нм и "первого континуума с максимумом Я

107,5 нм соответствующие средние размеры кластеров, при которых наблю- 45 дается максимальная интенсивность излучения, равны 25,33 и 40 ат/кл.

Зависимость интенсивности .излучения разных эмиссий ВУФ-спектра Ar на участке 104-120 нм от среднего SQ размера кластеров объясняется различными вероятностями образования квазиатомных и квазимолекулярных центров высвечивания в кластерах разных размеров. Зти вероятности зависят от высоты дальнодействующего барьера отталкивания на потенциальных кривых взаимодействия возбужденных атомов с соседними невозбужденными и свойств самих кластеров. Б случае тяжелых инертных элементов

Аг, Кг и Хе прохождение через барьер носит активационный характер H сильно зависит от температуры кластеров, По этой причине в кластерах аргона среднего размера И < 25 ат/кл и имеющих более низкую температуру преимущественно образуются квазиатомные

% 1 л центры высвечивания Аг (P,, Р„ ), ответственные за излучение линий

F104,8 и 106,7 нм. С увеличением среднего размера, а следовательно, и температуры кластеров, увеличивается Ъероятность образования квази-! +v +!! молекулярных центров A=,,(AZ„,A Ð

ВО ), что приводит к более быстрому росту интенсивности излучения молекулярных эмиссий и соответствующему спаду интенсивности линий. Положение максимума на зависимостях I/ (T, ) для линий определяется высотой барьера отталкивания на потенциальных кривых АЕ„(P + Р, ) и ВО (P + H ) .

Так как барьер на кривой АЕ „выше, чем на кривой ВО„, то максимум интенсивности для линий 106,7 нм наблюдается при более низкой температуре Т,, когда в случае присутствуют более "горячие кластеры. Последующая релаксация возбужденных квазимолекул по колебательным уровням, сопровождающаяся спадом интенсивности излучения "первого континуума", также определяется индивидуальными свойствами кластеров (пространственной структурой, частотным спектром колебаний и т.д.). В частности, в отличие от кластеров "больших размеров или массивного криокристалла частотный спектр колебаний атомов в кластерах аргона, содержащий менее

55 ат/кл, носит дискретный характер ! и сдвинут в область меньших частот.

В связи с этим обмен энергией между квазимолекулой и кластером сильно затруднен и тем самым затруднена релаксация квазимолекулы по колебательным уровням, С увеличением среднего размера кластеров обмен энергией между квазимолекулой и кластером облегчается, что приводит к опустошению верхних колебательных

+ уровней электронных состояний А Е„ э и А Е и наблюдаемому уменьшению интенсивности излучения !первого континуума". Зависимость интенсивности эмиссий ВУФ-спектра от среднего размера кластеров наблюдается и для 27861 J 6 в озбуждения электронным пучком, О т .1 и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения интенсивности иэпуч ени я отдельных уч ас тко в спек тра вакуумного фильтрафиолета, в сверхзвуковой струе создают кластеры среднего размера путем подачи . на вход в сопло инертного газа, температура Т, и давление Р которого о удовлетворяют соотнощению

-, о, r

P Т, =а, участков спектра Kr 116-140 нм и

Хе 129-160 нм, являющихся аналогами участка спектра Аг 104-! 20 нм. При возбуждении "малых"кластеров крип— тона и ксенона электронами в них образуются центры высвечивания типа возбужденных кваэиатомов и кваэимолекул в электронных состояниях, аналогичных состояниям квазиатомов формула и з о б р е т е н и я

Способ получения спектров излучения инертных газов в вакуумной ультрафиолетовой области путем соз- 15 дания истекающей через коническое сверхзвуковое сопло в вакуум сверхзвуковой струи инертного газа и ее и квазимолекул аргона. где а — постоянная величина, зависящая от участка спектра инертного газа, на котором требуется увеличение интенсивности излучения, и от парамет— ров сопла.

127861) м 3 гоо за

Теипераюура Т, h

Фиа2

Редактор О. Головач

Заказ 6821/35

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф

5 (М

Составитель В.Дорофеев

Техред Л. Сердюкова Корректор С.Некмар

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 б00, 1

ЯО " ф. чю Е ь с

300 ь