DE1190567B

DE1190567B - Vakuum-Funkenentladungslampe als spektrale Lichtquelle fuer das Vakuum-Ultraviolett

Info

Publication number: DE1190567B
Application number: DEM49633A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Boldt
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1961-07-11
Filing date: 1961-07-11
Publication date: 1965-04-08
Also published as: GB1011859A; US3218514A

Description

Vakuum-Funkenentladungslampe als spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Funkenentladungslampe als spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett.
Als spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett hat man bisher im allgemeinen vakuumspektroskopische Funkenkammern nach Siegbahn verwendet. Der Abstand der Elektroden in diesen Funkenkammern beträgt etwa 1 bis 2 mm, der Funkenstrecke ist eine Kapazität von etwa 0,03 bis 0,3 #tF parallel geschaltet, und die Funkenspannung liegt bei etwa 70 kV.
Es ist ferner bekannt, als Lichtquellen für das Vakuum-Ultraviolett sogenannte Gleitfunkenstrecken zu verwenden. Gleitfunkenstrecken benötigen jedoch ähnlich hohe Betriebsspannungen wie die eingangs erwähnten Vakuumfunkenkammern.
In der Praxis haben sich die hohen Betriebsspannungen der bekannten Anordnungen als außerordentlich störend erwiesen. Außerdem läßt die Intensität der bekannten Lichtquellen zu wünschen übrig. Die Gefährlichkeit der hohen Spannungen und die langen Belichtungszeiten haben die Anwendung der bekannten Lichtquellen in vielen Fällen ausgeschlossen.
Durch die Erfindung soll daher eine spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett angegeben werden, die nur mäßige Betriebsspannungen benötigt und trotzdem eine wesentlich höhere Intensität aufweist als die bekannten Lichtquellen dieser Art.
Eine Vakuum-Funkenentladungslampe als spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett mit zwei in einer Vakuumkammer angeordneten Funkenelektroden, die an einen die Funkenenergie liefernden Kondensator angeschlossen sind, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß schon bei Spannungen in der Größenordnung von 1 kV an den die Entladung speisenden Kondensatoren ein Hochvakuumdurchschlag einsetzt, sobald durch eine seitliche Auslenkung einer Hilfselektrode eine Hilfsentladung zwischen der Hilfselektrode und der zugehörigen Funkenelektrode entsteht, wozu die stiftförmige Hilfselektrode in an sich bekannter Weise innerhalb einer Bohrung der einen der beiden Funkenelektroden angeordnet ist und zwischen die Hilfselektrode und die sie aufnehmende Funkenelektrode ein Kondensator ausreichender Kapazität geschaltet ist. Die bewegliche Zündelektrode muß selbstverständlich so weit auslenkbar sein, daß sie die ihr benachbarte Funkenelektrode berühren kann.
Die Kapazität des an die Hilfselektrode angeschlossenen Kondensators ist so bemessen, daß sich bei Berührung der benachbarten Haupt- oder Funkenelektrode sofort ein kräftiges Entladungsplasma bildet, das die Hauptentladung zwischen den Funkenelektroden einleitet. Die an die Funkenelektroden induktivitätsarm angeschlossene Kapazität entlädt sich dann in einem schnell ansteigenden, kurzen Stromstoß, wobei sich zwischen den Hauptelektroden ein hochionisiertes Plasma bildet, das die gewünschte kurzwellige Strahlung mit hoher Intensität liefert.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In eine Vakuumkammer 1 aus Metall, die über geeignete Flansche an den Eintrittsspalt eines Spektrographen, Monochromators od. dgl. und gegebenenfalls an einen Pumpstand anschließbar ist, sind elektrisch isoliert und vakuumdicht zwei axial miteinander fluchtende Elektrodenanordnungen eingesetzt. Die Elektrodenanordnungen bestehen aus metallischen Haltern 2, 3, die hohl ausgebildet sind und von Kühlwasser durchströmt werden können. Die Elektrodenhalter tragen auf den einander zugewandten Seiten die eigentlichen Elektroden 4, 5, die vorzugsweise aus Kohle bestehen. Die Elektroden sind im wesentlichen kegelstumpfförmig, in der Achse durchbohrt und besitzen an den einander zugewandten Stirnseiten kraterförmige Vertiefungen. Zwischen den Elektrodenanordnungen und den hierfür vorgesehenen Ausnehmungen der Vakuumkammer 1 befinden sich Isolierzylinder 6, 7 aus Porzellan oder Keramik. Die Elektrodenanordnungen werden durch nicht näher bezeichnete Ringdichtungen aus Gummi od. dgl. abgedichtet.
In die Bohrung der einen Elektrode 4 reicht eine stiftförmige Zündelektrode 8, die am einen Ende einer langen Stahlnadel 9 befestigt ist. Die Stahlnadel 9 liegt innerhalb eines rohrförmigen Ansatzes 10, der axial mit den Elektrodenanordnungen fluchtet und die Verlängerung einer Bohrung des Elektrodenhalters 2 bildet. Das dem Elektrodenstift 8 abgewandte Ende der Stahlnadel 9 ist im Kopf 11 des Ansatzes 10 befestigt. Der Ansatz 10 besteht aus einem nicht magnetischen Werkstoff, so daß es möglich ist, die Stahlnadel 9 durch einen außerhalb des Ansatzrohres 10 angeordneten Elektrodenmagneten 12 auszulenken. Vorzugsweise wird der Magnet mit Wechselstrom erregt, und die Nadel 9 wird auf das erregende Wechselfeld abgestimmt. Man kann dann die Nadel 9 mit sehr kleinen Erregerleistungen auslenken.
An die Elektrodenhalter 2, 3 wird über eine Zuleitung geringer Induktivität ein Kondensator oder eine Kondensatorbatterie angeschlossen. Ein zweiter Kondensator wird zwischen die mit dem Zündstift 8 versehene Elektrodenanordnung 2, 4 und die Halterung 10, 11, die mit der die Elektrode 8 tragenden Stahlnadel 9 leitend verbunden ist, geschaltet.
Die mit den Hauptelektroden 4, 5 verbundene Kondensatoranordnung kann in der Praxis eine Kapazität von etwa 1000 N.F und eine Betriebsspannung von etwa 1 kV besitzen. Der an die Zündelektrode angeschlossene Kondensator besitzt eine Kapazität von etwa 2 RF und eine Betriebsspannung von etwa 1 bis 1,2 kV. Beide Kondensatoranordnungen sind über geeignete Ladungswiderstände vorzugsweise an ein und dasselbe Stromversorgungsnetzgerät angeschlossen. Die Zeitkonstante des Ladekreises wird entsprechend der durch eine geeignete Steuereinrichtung bestimmten Funkenfrequenz gewählt.
Im Betrieb wird der Magnet 12 durch einen Zeitschalter od. dgl. intermittierend im Rhythmus der Funkenfrequenz erregt, so daß die Stahlnadel 9 ins Schwingen gerät und der Kohlestift 8 an die Wand der Bohrung der Elektrode 4 anschlägt. Sobald eine Berührung dieser beiden Elektroden eintritt, entlädt sich der Zündkondensator, und in der Bohrung der Elektrode 4 und in deren Krater entsteht ein ausreichend ionisiertes und ausgedehntes Zündplasma, das sofort die Hauptentladung zwischen den Elektroden 4 und 5 einleitet. Zwischen den Hauptelektroden 4, 5 fließt aus der angeschlossenen Kondensatorbatterie ein relativ kurzer und sehr intensiver Stromstoß (Messungen ergaben Ströme in der Größenordnung von etwa 20 kA), wobei zwischen den Elektroden 4, 5 ein hochionisiertes Plasma entsteht, das eine sehr intensive Linienstrahlung liefert, die bis unter 100 A reicht. Die Strahlung enthält beispielsweise Linien von Civ, Ovi und Siv (aus den Porzellanisolatoren). Mit normalen Schumann-Platten wurden selbst bei Belichtungen von nur 2 Minuten genügend Linien erhalten, um in dem interessierenden Bereich Justierungen und Wellenlängeneichungen durchführen zu können.
Die von den Elektroden selbst emittierte kontinuierliche Strahlung wird durch die Isolierzylinder 6, 7 abgeschirmt. Da die Kohleelektroden im Gegensatz zu Metallelektroden nicht spratzen, ist der durch den Ringspalt zwischen den Isolierzylindern 6, 7 vom Eintrittsspalt des Spektrographen aus sichtbare Teil des Plasmas frei von glühenden Festkörperteilchen, so daß sich ein untergrundfreies, klares Linienspektrum ergibt.

Claims

Patentansprüche: 1. Vakuum-Funkenentladungslampe als spektrale Lichtquelle für das Vakuum-Ultraviolett mit zwei in einer Vakuumkammer angeordneten Funkenelektroden, die an einen die Funkenenergie liefernden Kondensator angeschlossen sind. dadurch gekennzeichnet, daß schon bei Spannungen in der Größenordnung von 1 kV an den die Entladung speisenden Kondensatoren ein Hochvakuumdurchschlag einsetzt, sobald durch eine seitliche Auslenkung einer Hilfselektrode eine Hilfsentladung zwischen der Hilfselektrode und der zugehörigen Funkenelektrode entsteht, wozu die stiftförmige Hilfselektrode (8) in an sich bekannter Weise innerhalb einer Bohrung der einen der beiden Funkenelektroden (4) angeordnet ist und zwischen die Hilfselektrode und die sie aufnehmende Funkenelektrode ein Kondensator ausreichender Kapazität geschaltet ist.
2. Vakuum-Funkenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stiftförmige Hilfselektrode (8) konzentrisch in der einen Funkenelektrode (4) angeordnet und an einer elastischen Stahlnadel (9) befestigt ist, die mittels eines Magneten (12) seitlich auslenkbar ist.
3. Vakuum-Funkenentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet mit einer Wechselspannung speisbar ist und daß die Stahlnadel (9) auf die Frequenz des von dem Elektromagneten erzeugten magnetischen Feldes abgestimmt ist.
4. Vakuum-Funkenentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnflächen der Funkenelektroden (4, 5) kraterförmige Vertiefungen aufweisen.
5. Vakuum-Funkenentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abschirmanordnung (6, 7), die die direkte Strahlung von den Funkenelektroden (4, 5) abschirmt.
6. Vakuum-Funkenentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenelektroden (4, 5) und die Hilfselektrode (8) aus Kohle bestehen.
7. Vakuum-Funkenentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die Funkenelektroden (4, 5), von wassergekühlten Elektrodenhaltern (2, 3) getragen werden, die von ringförmigen Isolierzylindern (6, 7) umgeben sind, welche etwas über die Vorderenden der Elektroden hinausreichen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 728 749; deutsche Auslegeschrift Nr. 1100 167; USA: Patentschrift Nr. 2 607 024; F. Kohlrausch, »Praktische Physik«, Teubner, Leipzig, 1953, Bd. 1, S. 452.