DE1213045B - In dem aeussersten Ultraviolett ein kontinuierliches Spektrum aussendende Lichtquelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4SJ07XW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen;
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIj

H05b

Deutsche Kl.: 21 f - 84/02

C 26793 VIII c/21f
19. April 1962
24. März 1966

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere für spektroskopische Zwecke, zur Emission einer kontinuierlichen Strahlung im sichtbaren und ultravioletten Gebiet, mit einer im Hochvakuum liegenden, durch Kondensatorentladung gespeisten ersten Funkenstrecke und einer zweiten Zündfunkenstrecke zwischen einer der Elektroden der ersten Funkenstrecke und einer Zündhilfselektrode.

Für spektralanalytische Untersuchungen im sichtbaren und unsichtbaren kurzwelligen Spektralgebiet sind Lichtquellen bekannt, die Licht durch Funkenentladungen zwischen im Hochvakuum Hegenden Elektroden aussenden. Die Funkenentladungen entstehen in einer durch Kondensatorentladungen gespeisten Funkenstrecke, die durch eine Hilfsfunkenstrecke gezündet wird. Mittels dieser bekannten Lichtquellen, die als Entladungslampen bezeichnet werden, kann man kurzzeitige Lichtimpulse erzeugen, die ein diskontinuierliches Spektrum im sichtbaren und ultravioletten Gebiet aussenden. Das diskontinuierliche Spektrum ist ein Linienspektrum mit den charakteristischen Linien des die Elektroden bildenden Werkstoffs.

Es ist ferner eine Entladungslampe bekannt, mit der Lichtimpulse sehr hoher Leistung erzeugt werden können. Zu diesem Zweck hat der elektrische Entladungskreis eine extrem kleine Induktivität, deren Größe unter 0,1 Mikrohenry liegt. Parallel zu den Elektroden der Funkenstrecke liegt ein induktionsarmer Ladekondensator. Die Kapazität des Kondensators ist so bemessen, daß die in ihm aufgespeicherte elektrische Energie während der Entladung einen Zustand höchster Ionisation im Funken aufrechterhalten kann. Da die erreichbare Leuchtdichte des Entladungsfunkens bei Füllung der Entladungslampe mit einem Edelgas mit zunehmendem Gasdruck ansteigt, findet die Entladung in einer Edelgasatmosphäre unter Überdruck statt.

Mit der bekannten Überdruckentladungslampe kann ein kontinuierliches Spektrum mit Wellenlängen im Infrarotgebiet bis zu kurzen Wellenlängen im ultravioletten Gebiet von etwa 200 πΐμ = 2000 A ausgesendet werden. Alle kurzwelligeren Spektralanteile werden durch Eigenabsorption des Edelgases unter Erhöhung der Leuchtdichte des Entladungsfunkens in Licht längerer Wellenlängen umgewandelt.

Für eingehende Untersuchungen des Aufbaus der Materie wird die Wechselwirkung zwischen der Materie und einer elektromagnetischen Strahlung erforscht. Für diese Zwecke ist eine Lichtquelle erwünscht, die ein energiereiches kontinuierliches Spektrum aussendet, das von den längsten Wellen-In dem äußersten Ultraviolett ein
kontinuierliches Spektrum aussendende
Lichtquelle

Anmelder:

Centre National de la Recherche Scientifique,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Jacques Romand, Bourg-La-Reine, Seine;

Boris Vodar, Paris;

Meile Germaine Balloff et,

Charenton, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 27. April 1961 (860 084)

längen des sichtbaren Lichtes bis zum fernen Ultraviolett reicht. Die Lichtquelle soll auch noch das äußerste Ultraviolett aussenden, das auf der Grenze zwischen dem Ultraviolett und den weichen Röntgenstrahlen liegt. Die Wellenlängen dieser sogenannten Grenzstrahlen liegen etwa zwischen 100 und 40 A. Eine Lichtquelle für die vorstehend geschilderten Zwecke ist bisher nicht bekannt.

Die Erfindung bezweckt die Herstellung einer neuen Lichtquelle, die einfach aufgebaut und bequem benutzbar ist. Diese Lichtquelle soll ein kontinuierliches Spektrum über die bisher erreichbaren kürzesten Wellenlängen hinaus bis zu den weichen Röntgenstrahlen aussenden.

Die Lösung der Erfindungsaufgabe bildet eine Lichtquelle mit einem Stromkreis für eine im Hochvakuum liegende Funkenstrecke, dessen Induktivität weniger als 0,1 Mikrohenry beträgt, wobei der die Funkenstrecke speisende Kondensator so groß bemessen ist, daß das Verhältnis der Induktivität zur Kapazität kleiner als 0,2 Henry/Farad ist und durch die Entladung an der aus einem Element hoher Atomzahl bestehenden Anode ein an Elektronen reiches und dichtes Plasma entsteht, das ein kontinuierliches Spektrum mit Wellenlängen des sicht-

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baren Lichtes bis zu Wellenlängen unter 100 A aus- Abschnitt 7 mittels einer Schelle 12 festgezogen, wo-

sendet. .... für das obere Ende des Zylinders 7 längs mehrerer

Da das Verhältnis "zwischen der Induktivität und Mantellinien geschlitzt ist, um ihm die gewünschte

der Kapazität des Entladungsstromkreises der erfin- Elastizität für den Festzug durch die Schelle 12 zu

dungsgemäßen Lichtquelle einen möglichst kleinen 5 geben.

Wert hat, wird der Entladestrom optimal vergrößert, Das Rohr S tritt in die Funkenkammer 13 ein,

während gleichzeitig, die Zeit für die Entladung welche ein vakuumdichter Behälter beliebiger Form

optimal verringert -wird. Durch die hiermit verbun- ist, welcher an schematisch bei 14 dargestellte Pump-

dene große Augenblicksenergie im Entladungsfunken einrichtungen angeschlossen ist, welche den Druck

kann mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle eine io mindestens auf 10~⁴ mm Hg zu senken gestatten. Die

energiereiche kontinuierliche Strahlung in einem Abdichtung der obigen Anordnung wird durch ent-

bisher nicht bekannten breiten Wellenband ausge- sprechende Dichtungen hergestellt, nämlich einen

sendet werden. · Bund 15 an dem Teil 1-3-4, einer Ringdichtung 16

In Weiterausbildung der Erfindung ist vorgesehen, an dem Teil 8 und einer Rindichtung 17 an dem

daß die Energiekonzentfatiön im Entladungsfunken 15 Teil 6. Der mechanische Zusammenhalt der Anord-

dadurch weiter gesteigert wird, daß der Entladestrom nung wird durch einen Ring 18 erzielt, welcher den

eine Magnetostriktion an dem Funken erzeugt. Hier- Teil 6 mittels nicht dargestellter, durch diesen Teil

durch wird der Querschnitt des Funkens verringert. tretender Schrauben gegen den Teil 13 preßt.

Erfindungsgemäß wird die Magnetostriktion zwecks ; Bekanntlich kann bei einem Elektrodenpaar der

Querschnittsverringerung des Funkens in einem ge- 20 bei 1 und 2 dargestellten Art ein Funke im Vakuum

schlossenen Aufbau der Entladungsstrecke erzielt, nicht unmittelbar gezündet werden, wenn nicht sehr

die zwei gleichachsige Elektroden aufweist. hohe Potentiale benutzt werden. Die Zündung erfolgt

Schließlich haben Versuche gezeigt, daß das von daher mittels einer Hilfselektrode 33, welche geder erfindungsgemäßen Lichtquelle ausgesendete stattet, zusammen mit der Elektrode 2, von welcher kontinuierliche Spektrum eine besonders große 25 sie durch das Isolierrohr 19 getrennt ist, einen Zündintensität hat, wenn das Metall der das Licht aus- funken zu erzeugen. Die Elektrode 33 ist mit einem sendenden Elektrode, d. h. der Anode, elektronen- Metallstab oder -bolzen 20 verbunden, welcher aus reiche Atome aufweist. der Funkenkammer 13 herausführt, von welcher er

Die Anode besteht deshalb nach einem weiteren durch einen von ihm durchdrungenen Isolierteil 21

Kennzeichen der Erfindung aus Uran. 30 isoliert ist, wobei Ringdichtungen 22 und 23 den

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Licht- dichten Durchtritt des Stabes 20 und des Teils 21 ge-

quelle gegenüber den bekannten Entladungslampen währleisten.

ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung In der Wand des Rohrs 5 ist eine seitliche Öffnung

zweier Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen 24 vorgesehen, um die Beobachtung der am Ende

schematisch dargestellt sind. 35 der Elektrode oder Anode 1 ausgesandten Strahlun-

Fig. 1 zeigt einen axialen Längsschnitt durch gen zu ermöglichen. Die für das Spektralgebiet des eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen äußersten Ultravioletts geeigneten Beobachtungs-Lichtquelle; mittel bestehen z. B. aus einem sehr schematisch

Fig. 2 zeigt in einer Teilansicht eine zweite Aus- durch einen Spalt 25, ein Beugungsgitter 26 und eine führungsform einer Lichtquelle der in Fig. 1 dar- 40 photographische Platte27, welche in einer vakuumgestellten Art. dichten, an die Funkenkammer 13 angeschlossenen

In F i g. 1 entsteht der Funke zwischen dem Ende Kammer 28 liegt, dargestellten Vakuumspektroder Elektrode 1 (Anode) und der Elektrode 2 (Ka- graphen.

thode). Die Elektrode 1 ist auf beliebige geeignete Die elektrische· Speisung der Anordnung erfolgt

Weise an einem Ende eines einen Elektrodenhalter 45 folgendermaßen: Die Belegung 10 ist mit dem posi-

bildenden Stabes 3 befestigt, dessen anderes Ende tiven Pol eines ersten Generators 29 für eine hohe

einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 4 trägt. Gleichspannung V₁ verbunden, dessen negativer Pol

Die Elektrode 2 ist an das Ende eines Rohrs 5 ange- mit dem Körper 7 verbunden ist, z. B. über die

lötet oder angeschraubt, welches seinerseits an einen Schelle 12. Ferner lädt ein zweiter eine hohe Gleich-

Teil6 angelötet ist, dessen "oberer Teil 7 die Form 50 spannung F₂ erzeugender Generator 30 einen zweiten

eines Zylinders hat. Die elektrische Isolierung des Kondensator 31 auf diese Spannung F₂. Der nega-

Elektrodenhalters 3 erfolgt mittels eines Isolierteils 8. tive Pol dieses Kondensators 31 ist mit dem Körper 7

Die Anordnung 1-3-4 einerseits und die Anordnung verbunden, während sein positiver Pol über einen

2-5-6-7 andererseits bilden die beiden Leiter oder Schalter 32 mit dem Stab 20 verbunden ist, welcher,

gleichachsigen Teile zur Speisung des Funkens. 55 wie oben erwähnt, mit der Zündhilfselektrode 33

Zwischen den konzentrischen Teilen 4 und 7 ist verbunden ist.

der Kondensator angeordnet, welcher als Energie- Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

speicher für den Funken dient und eine möglichst Der Generator 29 lädt den Kondensator 9-10-11 auf

kleine Induktivität haben soll.Jh Fig. 1 istbeispiels- die Spannung V₁, während der Generator 30 bei

halber sehr schematisch ein diese Bedingung erfül- 60 offenem Schalter 32 den Kondensator 31 auf die

lender handelsüblicher Kondensator dargestellt. Spannung F₂ auflädt. Bei Schließung des Schalters

Dieser Kondensator besitzt eine zylindrische 32 wird der Hilfsfunke zwischen den Elektroden 2 äußere Belegung 9, eine zylindrische innere Belegung und 33 gezündet. Der hierdurch entstehende Fluß an 10 und ein zwischen diesen beiden Belegungen an- geladenen Teilchen (Elektronen, Ionen) bewirkt die geordnetes Dielektrikum 11. Die mit einer Gewinde- 65 Zündung des Hauptfunkens zwischen dem Ende der bohrung versehene Belegung 10 ist auf einen Teil Anode 1 und der Kathode 2. Ein sehr grelles Licht des Gewindeabschnitts 4 des Elektrodenhalters 3 auf- erscheint an dem Ende der Anode 1, und die Untergeschraubt. Die Belegung 9 ist in dem zylindrischen suchung der auf den Platten 17 erhaltenen Bilder

zeigt, daß sich an dem Ende der Anode 1 eine Strahlenquelle mit kontinuierlichem Spektrum bildet. Die von dem Erfinder gemachten Versuche zeigen, daß, wie bereits oben erwähnt, das ausgesandte kontinuierliche Spektrum um so kräftiger ist, je reicher das die Elektrode 1 bildende Metall an Elektronen ist. Diese Elektrode wird daher aus einem elektronenreichen Metall hergestellt, wie beispielsweise Eisen, Platin oder Uran, wobei diese Aufzählung keine Beschränkung darstellt.

Der Erfinder hat z. B. mit den nachstehenden Werten gute Ergebnisse erhalten:

V₁ 20 000V

V₂ 20 000 V·

Kapazität

des Kondensators 9-10-11
(Kondensator »Bosch«,

TypKO3GH357) 0,5 uF

Kondensator 31 0,25 μΡ ao

Abstand zwischen den
Enden der Elektroden 1

und 2 10 bis 20 mm

Induktivität 0,050 Mikrohenry,

d. h. ein Verhältnis Induktivität zu Kapazität von 0,1 Henry/Farad

Die Anode war aus Uran, die Kathode und die Hilfselektrode aus Stahl und der Teil 19 aus Aluminiumoxyd.

Die Induktivität des Stromkreises des Zündfunkens ist verhältnismäßig groß, so daß der Strom in diesem Stromkreis nicht sehr hoch ist. Für den Stromkreis des Hauptfunkens und mit den oben beispielshalber angegebenen Daten haben jedoch die Messungen und Rechnungen des Erfinders einen ' Höchststrom in der Größenordnung von 60 000 A und eine mittlere Leistung während der ersten Stromhalbwelle von etwa 100 000 kW ergeben.

Das unter diesen Bedingungen von einer Uranelektrode von 2 mm Durchmesser ausgesandte kontinuierliche Spektrum deckt den ganzen Spektralbereich des äußersten Ultravioletts, d. h. von 2000 bis zu 100 A, mit großer Intensität, wobei die Grenze von 100 A keine Beschränkung darstellt, sondern nur der gegenwärtigen technischen Grenze der von dem Erfinder benutzten Vorrichtung zur Beobachtung des Spektrums entspricht. Wie man sieht, erzeugt die oben angegebene Form der Vorrichtung tatsächlich einen Stromkreis mit einem geringen Verhältnis Induktivität zu Kapazität und begünstigt die Magnetostriktion der Entladung durch das von ihr erzeugte Magnetfeld.

Bei der Lichtquelle nach der Erfindung können vorteilhaft auch weitere Maßnahmen zur Erzielung einer Verbesserung der Wirksamkeit angewendet werden, insbesondere die Verringerung der linearen Abmessungen der Teile, die Wahl eines besonders gut leitenden Metalles, wie Silber oder Kupfer, für die leitenden Teile, oder einer Metallauflage auf einer aus anderem Material bestehenden Unterlage, die Wahl von solchen Durchmessern für die Leiter 3-4 und 5-6-7, daß die Induktivität möglichst klein wird, und gegebenenfalls die Füllung des Hohlraums zwischen dem Zylinder 7 und dem Stab 4 mit einem Isolieröl großer dielektrischer Festigkeit, um einen Überschlag in der Luft zu verhindern.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsabwandlung der in F i g. 1 dargestellten Lichtquelle für das äußerste Ultraviolett.

Bei dieser Ausführungsabwandlung wird das ausgesandte Licht in der Achse der Elektrode 1 beobachtet, und nicht mehr senkrecht zu dieser. Hierfür ist die Beobachtungsvorrichtung 25-26-27 in der Achse der Elektrode 1 angeordnet, und die volle Zündelektrode 33 ist durch eine rohrförmige Elektrode 33 α ersetzt, welche durch einen den Durchgang der Lichtstrahlen ermöglichenden Hohlzylinder gebildet wird. Der Isolierteil 19 ist durch einen Teil ersetzt. Schließlich ist die Anordnung 20-21-22-23 zur Speisung der Zündelektrode 33 seitlich zu dieser Elektrode angeordnet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtquelle, insbesondere für spektroskopische Zwecke, zur Emission einer kontinuierlichen Strahlung im sichtbaren und ultravioletten Gebiet, mit einer im Hochvakuum liegenden, durch Kondensatorentladung gespeisten ersten Funkenstrecke und einer zweiten Zündfunkenstrecke zwischen einer der Elektroden der ersten Funkenstrecke und einer Zündhilfselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Stromkreis für die genannte erste Funkenstrecke, dessen Induktivität weniger als 0,1 Mikrohenry beträgt, der die Funkenentladung speisende Kondensator (31) so groß bemessen ist, daß das Verhältnis der Induktivität zur Kapazität kleiner als 0,2 Henry/Farad ist und durch die Entladung an der aus einem Element hoher Atomzahl bestehenden Anode ein an Elektronen reiches und dichtes Plasma entsteht, das ein kontinuierliches Spektrum mit Wellenlängen des sichtbaren Lichtes bis zu Wellenlängen unter 100 A aussendet.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecke zwei gleichachsige Elektroden (1, 2) aufweist.

3. Lichtquelle nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Uran besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 836 410, 963 086;
Zeitschrift »Optik«, 1948, S. 128 bis 136.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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