Спектральная газоразрядная лампа

 

Союз Советских

Соцнвпнстических

Республик

ОПИСАНИЕ 892З27

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к ввт. свнд-sy (22)Заявлено 14.04.80(23) 2911668/24-07 ($g)Я. Кд.

Н 01.т 61/12 с ттрнсоеанненнет» заявки И

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет (5З) УДК 621.327 (088. 8} до делам изобретений н открытий

Опубликовано 23. 12.81. Бюллетень,р 47

Дата опубликования описания .25. 12 81 (72) Авторы изобретения

А. Г. Симакин, В. Г. Филоненко, В. Д. цветков, А.fN Цебеев, М. А. Хузмиев и Л. П. Шишацкая т

3 -1 (71) Заявитель (54) СПЕКТРАЛЬНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

Изобретение относится к газоразрядным лампам, а именно к составу газового наполнения, и может быть использовано в качестве источника сплошного ультрафиолетового излучения, преимущественно в спектрофотометрии, а также в биологии, медицине и других областях науки и техники.

Известны спектральные газоразрядные лампы, содержащие наполненную дейтерием колбу с кварцевым окном для выхода ультрафиолетового излучения, накалявае-. мый катод, аной и диафрагму для формирования разряда между ними. К аноду

H катоду прикладывается постоянное напряжение, и возникает дуговой разряд в дейтерии, сопровождающийся сплошным излучением в ультрафиолетовой области Г11.

Недостатком подобных ламп является относительно небольшой срок службы, что связано с интенсивным поглощением дей20 теряя при разряде и снижением в результате этого силы света лампы. Обычно дейтериевые лампы дугового разряда проек2 тируются таким образом, что начальное движение дейтериевого наполнения (поряд ка 4 мм рт. ст.) соответствует макси» мальной интенсивности ультрафиолетового излучения. Известна спектральная лампа, у которой начальное давление дейтерия превышает на 40-50% уровень, соответ» ствующий максимальной интенсивности ультрафиолетового излучения. Увеличение начального давления, а следовательно, запаса дейтерия, удлиняет срок службы лампы Г2), Однако при увеличении начального давления чистого дейтерия увеличивается напряжение зажигания и падение напряжения на лампе; что неблагоприятно отра жается на работе оксидного катода и не позволяет значительно поднятЬ долговечность лампы.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является спектральная газоразрядная, лампа, содержащая колбу с окном иэ прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, установлен

892527 ные в колбе оксидный катод, анод и расположенную между ними диафрагму, причем колба наполнена дейтерием с добавкой неона. в соотношении 1:1 при суммарном давлении 8 мм рт. ст. Хотя неон участвует в разряде, добавка неона не влияет на спектральное распределение и яркость излучения дейтериевого континуума в ультоабиолетовой области, но увеличивает яркость излучения в красной области спектра примерно в 2 раза, что позволяет использовать источник счета во всем диапазоне длин волн: от 200 до 600 нм.

Этим добавление неона к дейтерию выгодно отличается от давления криптона и других инертных газов. Добавление неона значительно облегчает условия работы катода, повышается эффективность использования электронов, эмитируемых катодом и необходимых для поддержания разряда, поэтому срок службы лампы, по сравнению с чисто дейтериевым наполнением увеличивается, как показывают испытания, в среднем в 2,5 раза i83.

Однако парциальное давление дейтерия в известной лампе соответствует оптимальному (т.е. порядка 4 мм рт. ст.). При поглощении дейтерия в процессе срока службы интенсивность ультрафиолетового излучения падает, что не позволяет более существенно увеличить долговечность лампы. При увеличении давления данного газа-наполнителя, с целью повышения парциального давления дейтерия, возрастает катодное падение, что приводит к усиленному распылению катода и к повышению скорости истечения дейтерия, а также к ускорению напыления на выходное окно непрозрачных для ультрафиолетовых лучей продуктов„распыления арматуры, поэтому увеличить долговечность таким путем не удается, Цель изобретения — увеличение долговечности спектральных газоразрядных .ламп, в состав наполнения которых входят дейтерий и неон, без ухудшения эле.ктрических и световых параметров. !

Эта цель достигается тем, что в спекч ральной газоразрядной лампе, содержащей наполненную смесь дейтерия и неона колбу с выходным окном из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, установленные в колбе оксидный катод, анод и расположенную между ними диафрагму, в состав газового наполнения дополнительно введен аргон, при этом компоненты .взяты в следующем соогношении, об. %:

1о

15 зо

Аргон 2-10

Неон 20-40

Дейтерий Остальное

На фиг. 1 представлена принципиальная конструкция лампы; на фиг. 2 — кривые зависимости средней долговечности опытных партий ламп от состава газовогг наполнения,(3 - сила света; Р— время работы лампы).

Спектральная лампа состоит из кварцевой колбы 1 с выходным окном 2,,прозрачным в области ультрафиолетового излучения до 160 нм. В колбе 1 расположены оксидный накапливаемый катод 3, кольцевой анод 4 и формирующая разряд диафрагма 5, все эти детали установлены в экране 6. Колба 1 наполнена смесью дейтерия.и неона с добавкой аргона. При подаче постоянного напряжения между анодом и катодом возникает разряд, сопровождающийся излучением в широком спектральном-диапазоне, от 185 до 600 нм, выходящим наружу через окно 2.

Кривая 7 (фиг. 2) изображает зависимость среднеарифметической величины силы света в ультрафиолетовой области (в условных ед.) десяти опытных ламп, на-, зо

4О

55 полненных чистым дейтерием при давлении

4 мм рт. ст., от времени работы ламп.

Кривая 8 — такая же зависимость для десяти ламп, наполненных смесью дейтерия с неоном в соотношении l 1 при общем давлении 8 мм рт. ст. Кривая 9та же зависимость для десяти ламп, наполненных смесью аргона 5%; неона 25%, дейтерия - остальное, при давлении смеси

11 мм рт. ст. Прямая 10 показывает минимальный уровень силы света, ниже которого лампы считаются негодными.

В отличие от смеси Пеннинга, когда добавка аргона к неону снижает напряжение зажигания, в предложенной газовой смеси этот эффект отсутствует, так как, по меньшей мере, половину смеси составляет двухатомный газ дейтерий, гасящий метастабильные состояния неона. При содержании 2-10% и общему объему смеси аргон в разряде не" участвует и является, буферным газом, роль которого сводится к следующему. В лампах с чисто дейтериевым наполнением при давлении

4 мм рт. ст. температура оксидного катода, обеспечивающая максимальную долговечность, согласно экспериментальным данным должна быть в пределах 760-81(УС (с учетом перегрева при нагрузке). В

1случае дейтериево-неоновой смеси вслед892527 Ь рических параметров.

28 2

25 5

20 10

70

70 ствие того, что теплопроводность неона примерно в 3 раза ниже теплопроводности дейтерия, температура катода из-за снижения теплопроводности газовой смеси должна возрасти. Однако из-эа того, что, р общее давление смеси увеличено вдвое и теплопроводность газа-наполнителя при повышенном давлении соответственно увеличивается, температура катода в известной лампе остается в обычных пределах. 10

При добавлении к указанной смеси аргона, тецлопроводность которого в 7,5 раза меньше теплопроводности дейтерия, температура катода соответственно доле аргона в смеси возрастает, но при этом, так 1S показано ниже, становится возможным без ухудшения электрических и световых параметров еще увеличить давление смеси, так что температура катода снижается, оставаясь однако, согласно измере- 20 ниям, в более высоких пределах (820860 С, также с учетом перегрева при нагрузке). Так как давление предложенной смеси может быть увеличено до 11-l2 мм рт.ст., из-эа малой распыля- И емости оксидного катода при таком давле» нии увеличение его температуры в указанных пределах допустимо, но при этом рез. ко возрастает эмиссионная способность катода, что сопровождается существенным gy снижением катодного падения напряжения.

Поэтому иэ-эа дальнейшего облегчения условий работы катода, уменьшения его распыления под воздействием ионной бомбардировки и соответствующего уменьшения напыления на выходное окно (последнее вытекает из-эа повышенного рассеи вания распыляемых частиц, фокусируемых диафрагмой в струю, при повышенном давлении газовой среды) долговечность воз

Как видно иэ таблицы, наиболее оптимальной является смесь, включающая дейтерий 70%, неон 25%, аргон 5%, так как она обеспечивает наибольшее парциальное давление дейтерия без ухудшения элект. ° рических параметров, Снижение содержарастает. Одновременно, так как при уве личении давления смеси возрастает и парциальное давление дейтерия, по сравнению с известной лампой, за счет увеличения запаса дейтерия срок службы предлагаемой лампы также увеличивается, но, как показала проверка, без какого-либо ухудшения электрических и световых параметров лампы. Это можно объяснить повышенной эмиссией катода в лампе с предложенной смесью. Таким образом, добавка аргона позволяет получить ряд положительных эффектов, способствующих увеличению срока службы лампы без ухудшения ее параметров.

Все лампы испытывают в одинаковом электрическом режиме. Из графика на фнг. 2 видно, что если при чисто дейтериевом наполнении лампы выходили из строя в среднем, через 800 ч, а при наполнении предложенной смесью после 1200 ч еще остается достаточный запас по важнейшему критерию - силе света, а электрические параметры остаются в норме.

Таким образом, .опытная проверка цодтверждает значительное увеличение срока службы спектральных ламп при наполнении их предложенной смесью.

Для опытных образцов спектральных ламп при поддержании стабильным падения напряжения на лампе, равном 80 В,, при токе через лампу 0,3 А (это соответствует наиболее благоприятному режиму работы этих ламп): были испробованы разные варианты газовой,смеси

Результаты экспериментов приведены в таблице, где показано давление газанаполнителя при разных составах газовой смеси и при постоянстве указанных элект9,4 9,0 9,0 8,8 9,2

11,6 10,5 10,2 9,8 1 1, 1

10,5 . 9,8 9,7 9,3 10,1 ния аргона ниже 2% уже не дает заметных отличий по сравнению со смесью дейтерий-неон, а повышение содержания аргона выше 10% ведет к снижению общего давления смеси, в том числе и гпарциаль-ного давления дейтерия. Кроме того, в

8925 этом случае уменьшается свечение неона, т.е. нельзя использовать лампу и в качеств ве источника видимого излучения. То же наблюдается при уменьшении содержания неона ниже 20% (при содержании аргона

2%). При этом давление наполнения уменьшается до 6,2 — 6 5 мм рт. ст. При повышении содержания неона выше 40% (при содержании аргона 5%) давление наполнения снижаетси до 8,3 - 8,8 мм io рт. ст., следовательно в этом случае парциальное давление уменьшается до величин, присуших известной лампе, и возможность увеличения долговечности сводится к минимуму. 15

Предложенная спектральная газоразрядная лампа обладает повышенной, по сравнению с известными лампами, долговечностью. При этом обеспечивается воз-. можность использования ее в широком спектральном диапазоне, от 185 до 600 нм, что позволяет обойтись в аппаратуре одним источником излучения. Повышение срока службы достигается без какоголибо ухудшения электрических и световых параметров ламп. Внедрение предложенной лампы в серийное производство несложно и дает экономический эффект в народном хозяйстве.

27 8, ф ормула изобретения

Спектральная газоразрядная лампа, содержашая заполненную смесью дейтерия и неона колбу с. выходным окном из материала, прозрачного,для ультрафиолетового излучения, установленные в колбе накаливаемый катод, айод и расположенную между ними диафрагму для формирования разряда, о т л и ч а ю m a я с я> тем, что, с целью увеличения долговечности без:,ухудшения электрических ia све- товых параметров, в колбу лампы дополнительно введен аргон, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, об %.

Аргон 2-10

Неон 20-40

Дейтерий Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии, М 51-34226, кл 93 D 1 1976

2. Патент США № 4016445, кл. 313-185, 1977

3. Оптико-механическая промышленность, 1979, № 11, с. 58-59.

892527

Од

Фиг. Я

Составитель В. Горчакова

Редактор Н. Лазаренко Техред И. Гайду Корректор E. Рошко

Заказ 11268/76 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета <ЙСР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4