Способ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой области спектра

 

Изобретение относится к области химической, молекулярной физики и оптики, а более конкретно к способам измерения спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Цель - повышение определения средних по диапазону (λ I - λ I+10) интенсивностей излучения. Способ заключается в облучении кюветы с актинометром N 2O через кювету со сменными фильтрами и определении средних по диапазону λ I - λ I+1 значений интенсивности излучения по выходу невымораживающихся продуктов фотолиза. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (5))5 С 01 .1 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к двторСКомУ СвидютильСтв

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2)) 436001 2/31-25 (22) 17.11 .87 (46) 30. 07. 90. Бюл. И 28 (7.1 ) Ленинградский .государственный университет (72) А,.М. Правилов, И.И. Сидоров, О.Д. Шестаков, И.О.Шульпяков и А.В. Федоров (53) 535.242(088.8) (56) $.I.Â. Corrigan, А. von. Engel

Proc. Roy Soc ° V. А245, р.335, .

1958.

Правипов А.N. и Рябов С.Е. Квантовая электроника, т.9; 1982, В 1О, с. 2056. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к химической отрасли, молекулярной физике и оптике, а более конкретно к способам измерения спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной .ультрафиолетовой области спектра (ВУФ).

Целью изобретения является повышение точности определения средних по диапазону (11; — 4;+ ) интенсивностей излучения.

На Фиг. 1 изображена конструкция кюветы, на Фиг, 2 — система напуска, откачки и измерения давления.

Устройство содержит источник 1 света и кювету для определения спектрального распределения интенсивности

ИСТОЧНИКА СВЕТА В ВАКУУМНОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА (57) Изобретение относится к химической отрасли, молекулярной Физике и оптике, а более конкретно к способам измерения спектрального распределения интенсивности излучения источников света в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Цель — повышение определения средних по диапазону (; — ;, ) интенсивностей излучения. Способ заключается в облучении кюветы с актинометром N 0 через кюветы со сменными Фильтрами и определении средних по диапазону значений интенсивности излучения по выходу невымораживающихся продуктов фотолиза. 2 ил. излучения источника света в ВУФ области спектра с корпусом 2, состоящую из кюветы для газовых Фильтров

3 и кюветы для актинометра 4, помещенных в вакуумную камеру 5, Между входным окном кюветы для газовых фильтров 3 и источником 1 света может располагаться кассета с Фильтрами 6, имеющими границы пропускания от 3 = 210 нм до границы пропуска-* ния входных окон кювет. Замена Фильтров может производиться с помощью вилсоновского уплотнения без нарушения вакуума в камере 5. Кюветы через патрубки 7 н 8 подсоединены к системе напуска, откачки и измерения давления невымораживающихся продуктов Фотолиза.!

582027

Кювета (фиг, 1) состоит из корпуса 2, в который вакуумно плотно введены патрубки 7 и 8 и вставлены уплотнения 9-1 2, Между каждой парой уплотнений размещены окна 13 и 14, Между уплотнениями 10 и 11 установлен цилиндр 15, боковая поверхность .которого напротив патрубка 8 имеет канавку с отверстием и скос со стороны про- 10 зрачнorо окна, отделяющего кювету с фильтрами от источника света. К уплотнению 9 прижимается цилиндр 1 6, !, Фиксируемый через кольцевую пружину

l7, кольцо с выточкой 18, в которую вставлена пружина 17 с помощью болтов 1 9. Система напуска, откачки и измерения давления невымораживающихся продуктов Фотолиза (Фиг.2) состоит из пальца 20, в котором после Фотолиза 20

: производят замораживание до 77 К, облученного актинометра, манометров

21 и 22 для измерения выхода невымораживающихся продуктов, перекрывающих диапазон 10 — 100 торр, ловушки 25

23, в которой производят замораживание невыморозившихся в пальце 20 продуктов, вентиля 24, через который производят напуск облученной смеси в манометры. Напуск N 0 в кюветы актинометра производят через вентили

25 и 26, а и кювету для газовых фильт, ров через вентили 27-29. Манометр 30 служит для измерений давления напускаемых газов. Через вентили 31 и 32

35 производят Форвакуумную и высоковакуумную откачку, Устройство работает следующим образом, ВУФ излучение источника 1 света через фильтр 6, кювету для газовых

Фильтров 3 попадает в кювету актинометра 4. Наполнение этих кювет и их откачка осуществляются через п

7 и 8. Вакуумное уплотнение окон 13 и 14 в кювете для измерения

Х (31 - 9;<() осуществляют с помощью уплотнений 9-12, усилия на которые передактся при закручивании болтон

19 через кольцо с выточкой 18, пружину 17, цилиндры 16 и 15. Наличие пру" жины 17 позволяет производить равномерное обжатие обоих окон 13 и 14

6es опасности их разрушения.

Иэ-эа наличия скоса на торцовой поверхности цилиндра 1 5, обращенного в сторону окна 1 3, отделяющего кювету, 1 с Фильтрами 3 от источника 1 света, при сжатии пружины 17 уплотнение 10 затекает в цель, образованную этим скосом и боковой поверхностью корпуса

2 кюветы, и обеспечивает вакуумное уплотнение кюветы с фильтрами 3 от пространства, в котором расположен источник света. При отсутствии скоса уплотнение !О вытекает в щель между окном 13 и цилиндром, не прижимается боковой поверхности корпуса 2 кюветы и не обеспечивает вакуумного уплотнения. Наличие канавки и отверстия на цилиндре 15 обеспечивает напуск и откачку кюветы для газовых

Фильтров 3, расположенной между окнами 13 и 14.

Определение и расчет средних по диапазону il; — 9;+< значений интен—

--Т27С:7. >

ТР(i!q g j () — ФОтОн/с

N (Я;-9 ) я(9 -9 i ) где Pg (g; — Я + ) (молекула!Фотон) и 1!1 { ; — 3 ) {молекула/с)квантовый выход и выход продуктов Фоторазложения активнометра в диапазоне длин волн

9 -3;,, проводят посредством следуюшей процедуры. В начале производят предварительные измерения с целью выбора экспозиции.

Операция 1. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы для гаэсвых фильтров фильтр или напускают E кювету для газовых фильтров Фильтр с границей пропускания 3<, наиболее близкой к длинноволновой границе поглощения ИеО, 3 = 210 нм.

Операция 2. Наполняют кювету актинометром вг:.лоть до давления Р>

a0 обеспечивака его полное поглощенйе излучения в спектральной области

= 210 < нм.

Операция 3, Производят облучение актинометре. в течение t< с (для непрерывных источников света) или п вспьппками {для импульсных источников света) . Выбор t< или п,производят на основании известных оценок величины I> ((210 Ло), исходя из чувстР вительности манометров, но так, чтобы за t с или п4 импульсов разлагалось не более 10X NgO. Большее фоторазложение Npg нецелесообразно, поскольку при этом может измениться его поглощение.

Операция 4. Замораживают облученную смесь до 77 К, измеряют давление

1582027

I (210- Я, ) Хр(21 Π— 1) 3 — М (21 0 — ф) (4) 7.оo(с ЯЯ)

Ня(9с- 9< с с (5)

55 невымораживающихся при 77 К продуктов Фотолиза N<0 (N g и 0 ) (Рд) и а определяют их выход (Ng по Формуле

NA = PA ° 3,31 ° 10 - VK, (1) где 3 31 ° 10 — число молекул в 1 см приТ=293КиР= I торр, Ч1с, — объем, в котором производится измерение Рд

Операция 5. Если чувствительность манометра не позволяет измерить Рд, то повторяют облучение актинометра

i I при t< ., t с или пс ) пс, если Р »

))0,1 Р р то откачивают Нф, снова наполняют кювету актинометром и облучают актинометр с й, (t с или

I !

nI (и с, а затем производят операцик 1 .

Операция 6. Производят откачку невыморажив ающихс я продуктов фотолиза и размораживание актинометра.

Операция 7. Операции 2-6 повторяют до тех пор, пока не выберут оптимальное значение tlat,с-, или n, „-, Операция 8. Откачивают из кюветы газовый фильтр или убирают Фильтр между источником света и входным окном кюветы для газового Фильтра. Устанавливают между источником света и входным окном кюветы другой Фильтр или напускают в кювету для газового

Фильтра другой газовый Фильтр с границей пропускания g (,, Обеэгаживают не менее двух раэ актинометр, замораживая и откачивая его.

Операция 9. Производят облучение актинометра в течение пс2 < n .. Выбор t или п производят HB основании известных опенок величины Iс2 (210 — Яр) .

Операция 10. Производят операцию 4, если Pq)> 0,1 Р1с О, то откачивают, N@0, снова наполняют кювету актинометром и облучают его в течение

I I

t< (1 или п2 g n, а затем производят операции 4,6 и 7.

Операция Il . Повторяют операции

3-10 вплоть до границы пропускания окон кювет.

Процедуру точного измерения

I (, — 9 ) производят следующим образом: после проведения операций

1-11 производят операции 1 и 2.

Операция 1 2. Производят облучение актинометра в течение t < 0<-, с или и с „я импульсов.

Операция 13. Производят операцию

4 по Формуле

5 где Pg (210- сС1С) — квантовый выход йевымораживающихся. продуктов Фотолиза Ng0 в спектральной области 210- с1,нм, определяют экспозицию облучения акти нометра. Интенсивность излучения источника света в спектральной области

210 — g с нм I (210 — tIс) (фотон/с или фотон/вспьппка) определяют, деля

2 (2| О - 3i) íà t p ипи пгаат и среднее пропускание окон кювет и 210-tJ ), например

I (2 I 0 — с1 i ) „, (фотон/вспьппка) (3) и сопт (210

Величины + (210 — предварительно определяют в специальных экспери" ментах.

Операция 14. Производят операции

6 и 8, облучают актинометр в течение

1 пт с или п п вспьппками, производят операции, аналогичные операции 4 по Формуле

4Р где Мя (ЯС вЂ” Я,,с) полУчаетсЯ делением

Ng(; — Я;,1) на время облуче. ния или число вспьппек, определяют выход невымораживающихся продуктов фотолиза в области спектра °

45 Интенсивность излучения в спектральной области определяется по Формуле

Операция 15. Повторяют операции

12-14 вплоть до границы прозрачности окон кюветы.

1582027

Пример. Элеменгы устройства для определения спектрального распределения интенсивности излучения в ВУФ области спектра изображены на фиг.1 и 2. Световой поток от импульсной

5 капиллярной лампы, вакуумно уплотняемой с помощью резинового уплотнения во фланце откачиваемой камеры 5 через кассету с Фильтрами 6, передвигаемой с помощью вилсоновского уплотнения, )) кювету для газовых Фильтров 3 попадает в кювету с И»90. В кассете для ф)ильтров.6 имеются окна толщиной 1 мм з кварца КУ-1, полоса пропускания

9) р )1 44 нм, с апфира Al gOg 9 ð

: 145 нм, Флкорита CaF> Ядр 1.23 нм.

В качестве газовых Фильтров исполь"

Зуют С Н4» Япр У190 нм, Од, g»»р )

175»М, при оптической длине пути

Р" 1 = 200 торр см, Спектры пропускаиия всех окон определяют в специальных экспериментах. Определяют спектры 1ропускания газовых Фильтров. Выбор тих газов обусловлен тем, что про- 25

Цукты их Фоторазложения не поглощают излучение в спектральной области

210 — 1„ .. Длина кювет 1 к = 2 см, толб щина окон.13 и 14 и = 1 мм. Окна 13 и 14 изготовлены из МрГ)) „ пр

30, 110 нм или 117 .9(др а<105 нма

Устройство используют следующим образом.

Выбор оптимальной экспозиции.

Наполняют кювету для актинометра (фиг.l) закисью азота до давления,,обеспечивающего полное поглощение изЛучения в спектральной области . =

210-190 нм, Р = 700 торр, кювету для газового Фильтра 3 — этиленом, 40

Рс,) = 100 торр. Производят облучение N О n < вспышками, число и (получают на основании известных оценок велилины 1о (210-190 нм), исходя из чувствительности ман(метров, но на- 45 столько маль)м, чтобы разлагалйсь не более 10% N@O. При необходимости, если при п = 1 разлагается более 10%

Я()О, между источником 1 света и окном 13 (Фиг.1) помещают сетчатый

Фильтр с известной прозрачностью. Заь1ораживают актинометр в пальце 20, открывают вентиль 24 и через ловушку

23 замороженную до 77 К, напускают невьплораживающиеся продукты Фотолиза актинометра в манометры 21 и 22. Из;меряют давление невымораживающихся продуктов фотолиза, откачивают их через вентиль 25. Закрывают вентили 24 и 25 и размораживают актинометр в ! пальце 20. Определяют N (210-1 90 нм) по Формуле (l), где V — объем

I кюветы для актинометра и системы измерения Р до вентиля 25 (Фиг.2) .

Рассчитывают значение I+ (210 — 190 нм) по формулам (2) и (3), где g (210190) определяют ло данным (7) .

Величины Рд (9) были определены в экспериментах на установке и по методике, описанных в (5) . Эти эксперименты показали следующее.

При облучении NEO в ВУФ области спектра протекают следующие первичные и вторичные процессы Фотолиза (5):

Ы О + 1Л вЂ” N + О(e); (6) — »8+ О(О); (9) — ъ Ю» + О(8), (8)

8О+N(D, »P); (9)

N(D, 9) и,о N(NS) ) 8,О; (ID, О(S) + )(»О — О(P) + 8Ж; (11) — О(D) - 8,О; (1г) .0 (1)) + Б, Π— 2НО, (13) — — N + D i (1А) Oä, + 2ХΠ— --. 2110 . (15) В результате этих процессов образуются следующие стабильные продукты фотолиза: N)»» О NO, NO . При замораживании облученной смеси до

77 К, кроме замораживания исходного

NgO, происходит замораживание НО» и захват 110 в реакции. скорость реакции (15), медленной в газовой Фазе, также увеличивается при этом. Масс-спектрометрический анализ показал, что невымораживаются при 77 К продукты Фотолиза N O (главным образом N и Og, причем Ро составляет 10-15% от Ри

Величина Ро„ зависит от длины волны облучения актинометра и от способа его обработки после фотолиза. Эксперимент показал, что образующийся при облучении N@O кислород частично захватывается при замораживании. Если одна порция N@0 подвергается многократному облучению, то перед каждым измерением необходимо не менее 2 раз провести цикл замораживание — откачка — размораживание N O. В противном

15820?7 0 случае образовавшийся при предыдущем облучении И О кислород может несколько повысить величину Ро при последующих измерениях его выхода. Если

N<0 облу ается однократно или если после каждого облучения проводят описанную процедуру, то P><(g) постоянно с точностью не менее 207, Рь! (g) с точностью не менее 47. и, следовательно, квантовый выход невымораживающихся продуктов сРд (8) постоянен с точностью не менее 57. Согласно полученным данным в спектральной области

210-175 нм, CPA (it) = 1,53 0,09, 155-145 нм, <Р (Я) = 1,21+0,15, Я = !45-123 нм, Qp(g) = 1,31+0 11.

Производят выбор и „-, согласно операций 5 и 7.

Откачивают Г Н4 из кюветы для газо— вых фильтров 3 (Фиг.l) и наполняют ее кислородом. Ро = 1 00 торр. Производят облучение актинометра п о (n < вспышками, а далее производят операции аналогичные описанным в двух предыдущих пунктах.

Откачивают эти кюветы (фиг. 1) и наполняют кювету для актинометра 4 до

Р 1 = 150 торр. Размещают перед

1 окном 13 (Фиг. 1) окно из кварца КУ-1.

Облучают актинометр, выполняют операции 2 и3.

Производят операции, аналогичные описанным в предыдущем пункте с окнами из сапфира и Флюорита.

Измерение I (; — ;+ )..

Наполняют кювету для газовых фильтt ров (Фиг. l ) этиленом, P = 100 торр.

Облучают актинометр и, „-, вспышками.

Производят операцик 2.

Откачивают С Н4из кюветы для газовых Фильтров 3 (Фиг.!) и наполняют ее кислородом РО = 1 00 торр, Замораживают актинометр в пальце

20 (Фиг ° 2), обезгаживают его через вентиль 25, закрывают вентиль 25, раз.мораживают актинометр. Повторяют эту процедуру еще не менее одного раза.

Облучают актинометр п а„т вспышками. По Формулам (4) и (5) определяют I. (190-175 нм) .

Откачивают N O и О . Наполняют кювету для актинометра 4 (Фиг.l) закисью азота. Р О= 1 50 торр. Давление

N<0 уменьшают, поскольку коэффициент поглощения Nq0 в спектральной области т! (155 нм значительно выше, чем при

Ч T 155 жч. Размещают перед окном 3 (Ф п .1) окна из кварца КУ-l. Облучают актинометр п „д вспышками. Определ;пвч

NA (210 — 155 нм) согласно операции 2.

Размещают перед окном 13 (фиг. l ) окно из сапфира. Облучаю r акч инометр п „ вспышками. Определяют

Io (155-145 нм) по Формуле (2) и

Размещают перед окном 13 (Фиг.l) .кно из Флюорита. Облучают актинометг

10 п „„-, вспьшп<ами. Определяют N A(210Формула изобретения

Способ определения спектрального распределения интенсивности излучения источника света в вакуумной ультрафиолетовой. области спектра, заклю- .

50 -чающийся в облучении актинометркческого вещества немонохроматическим излучением в диапазонах длин волн .... ;+<, измерении выхода продуктов Фоторазлажения актинометрического вещества NA(.. ° ° Л tq< ) определении кв а нтов or о выхода продук123, нм) и 1 „(145-123 нм) ло Формуле (2) и Формулам (4) и (5) .

Закись азота не годится в качестве актинометра на спектральную область 3 = 175-155 нм, поскольку эдессе

20 Рд (3) не является постоянной величиной и меняется от 1,5 до 0,2 (5).

В данной спектральной области в качестве актинометра можно использовать

Ng< проведя манометрические изме25 рения выхода Π— единственного невымораживающегося продукта Фотолиза

И0 при использовании в качестве

Фильтров 0 è кварца КУ-1 . При фотоли.3е N0 (Pgg< = 2 торр) pg (11)

30 = 0,85+0,15 {8) .

Нечувствительность актинометра в.

УФ и видимой области спектра, независимость величины Я р,(9) от интенсивности измеряемого излучения, постоян. ство 94 (9) при 4= 210! 75 и 155125 нм позволяют с высокой точностью измерять Iq (g) импульсных источников света и определять их.яркостную температуру, измерять ro (Я) в спект

40 ре Солнца. Разборность кюветы для из мерения I (® позволяет контролировать пропускание окон и устранять ошибки, связанные с непостоянством пропускания. Эти Факторы позволяют

45 производить измерения То (9) с точностью порядка 102.

12 тличающийс я тем, что, с елью повыщения точности определения редних по диапазону, 4 < ... g иненсивностей излучения, в качестве ктинометрич еского вещества исполь зут газ NgO, после предварительного

ымораживания определяют суммарный квантовый выход невымораживающихся продуктов его Фоторазложения, а их выход измеряют по суммарному давлению, отношению

1! 1 582027 тов Фоторазложения 9р (9; ..., ) о по отнощению выхода продуктов Фото- ц разложения актинометрического веще- с ства к интенсивности поглощаемого им т излучения и определении средних по

5 а диапазону ; .... ; интенсивною стей излучения Тр(9<....,«) по, ) 582027

Фиг. У

Составитель А, Терехов

Редактор Т. Парфенова Техред, Л.Серд|окова Корректор О.Ципле.

Заказ 208) Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 к кю&л акптна петра к кенте рилипраР