Главная 

Статьи 

Книги 

Юмор 

Разное 

О себе 

Обратная связь

Бондаренко Ю.Н.

ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

*

Изготовление газоразрядных источников света

для лабораторных целей и многое другое

Предисловие  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Содержание

Глава 22. Изготовление трубок Гейслера.

Трубки Гейслера содержат разрядный капилляр и, в своей классической конструкции, имеют вид «гантельки». Они могут быть нескольких других типов. Самый простой — два баллончика из стеклянной трубки диаметром около двадцати миллиметров и длиной около сорока, в которых находятся катод и анод (если трубка предназначена для переменного тока, то оба электрода одинаковые) и разрядного капилляра между ними.

Могут быть трубки с баллончиками, отогнутыми под прямым углом, трубки «неклассической конструкции» с разрядным капилляром внутри основного баллона и торцевым выходом излучения. В такой конструкции трубки катод окружает разрядный капилляр, а анод находится внутри припаянного через внутренний спай дополнительного баллончика. Такая конструкция позволяет сделать лампу более компактной и жёсткой, увеличить поверхностную яркость «тела накала» за счёт увеличения толщины светящейся плазмы при просмотре её с торца капилляра. В одной из таких конструкций (журнал ОМП) с помощью электрофореза удалось сконцентрировать в прикатодной области лампы ксенон из криптон-ксеноновой смеси и устранить самопоглощение в резонансной линии Хе.

Диаметр и длинна капилляра могут быть разными. С повышением длинны и уменьшением диаметра растёт рабочее напряжение. Если трубка заполнена инертным газом, то рост его давления слабо отражается на напряжении горения, но влияет на напряжение зажигания.

Электроды трубок тлеющего разряда лучше всего делать из не содержащих углерода сплавов железа, никеля. Они должны иметь достаточную площадь, чтобы при давлении газа порядка нескольких миллиметров токосъём составлял менее двух миллиампер с квадратного сантиметра (сноска на Рохлина). При повышенном давлении катодное распыление резко снижается и плотность тока можно увеличить пропорционально давлению. Резко снижают распыление пары ртути и примеси легко адсорбирующихся молекулярных газов. При больших рабочих токах следует применять полые многоячеистые катоды, например, из листа пермаллоя, свёрнутого в виде буквы «Z» или «сотовые» (рис. 35).

Рис.35

При рабочих токах больших чем сто миллиампер лучше применять дуговые катоды. Однако, они плохо работают в режиме частых включений.

Молекулярные газы, даже в виде следов, гасят свечение инертных, а также паров ртути и других металлов. Они также крайне неблагоприятно сказываются на рабочем напряжении (оно сильно растёт) и нагреве разрядного капилляра. Поэтому удалению молекулярных примесей (если трубка не предназначена специально для получения их спектра) следует уделить пристальное внимание. Наиболее радикальным средством их удаления является тщательная откачка (обязательно с прогревом), тренировка электродов разрядом со сменой газа (обязательно при рабочем давлении, чтобы не распылялись электроды) и применение геттера.

Очень выгоден предварительный прогрев всей трубки при температуре отжига стекла в печи с воздушной атмосферой (общий отжиг). Его делают так:

Изготовленную трубку следует откачать для удаления из неё паров воды с помощью роторного насоса, завернуть в чистую, без заметных следов органики, алюминиевую фольгу и, нагрев в печи до температуры отжига её стекла, медленно охладить. При этом выгорят следы органики на внутренней поверхности трубки и значительно поубавятся аппетиты центров адсорбции на поверхности стекла, что облегчит последующее удаление при откачке следов воды и СО₂.

Для трубок, содержащих не покрытые ничем детали из молибдена, такая обработка мало подходит, так как молибден окисляется и его летучая окись загрязняет трубку изнутри. Можно снизить температуру обработки до 400°, но тогда следует позаботится о предварительном отжиге стекла на горелке.

Трубки с молибденовыми (и отчасти вольфрамовыми) деталями можно отжигать в водородной печи или в обычной, запаяв их во внешнюю ампулу с водородом, но это неприемлемо, если в трубке есть детали из материалов, например, титана или тантала, которые взаимодействуют с ним. Автор подобный отжиг в водороде не применял никогда. А отжиг в воздушной среде он применяет часто.

Если при изготовлении произошло загрязнение внутренней поверхности трубки окислами молибдена или вольфрама, то их можно смыть раствором аммиака (работать в очках!), разрезав трубку по подходящему сечению или залив раствор через штенгель.

Окончательную промывку следует делать дистиллятом с малой (2-3%) добавкой спирта для лучшего стекания воды. Промытую трубку следует немедленно просушить, откачивая пары воды газобалластным насосом, чтобы не произошло окисление электродов.

В трубке обязательно следует установить геттер. Им может быть титановый анод, если он достаточно большой, чтобы не перегреваться в рабочих режимах. Для токов до двадцати миллиампер достаточно свернуть титановую полоску (стружку) шириной 3 мм в виде вопросительного знакаразмером 10-15 мм.

Геттирующий электрод можно выполнить и на отдельном вводе. Это позволит выжигать молекулярные примеси, не пропуская разряд через капилляр, который будет сильно нагреваться, пока газ не очистится. Перегрев капилляра может создать затруднения с нагревом геттера до температуры эффективного газопоглощения.

Очень полезно зажать в сгибе титановой полоски несколько квадратных миллиметров магниевой стружки. Магний, распылясь при слабом нагреве, поглотит основную часть примесей кислорода и паров воды, облегчая очистку поверхности титана.

Трубки со встроенным геттером можно откачивать почти любым вакуумным насосом. Вначале её прогревают горелкой для обезгаживания стекла (нагрев до появления свечения натрия). При этом следует беречь от перегрева впаи, которые менее термостойки и могут треснуть. Затем заполняют трубку рабочим газом до выбранного давления и зажигают в ней разряд. Этим разрядом стараются электроды (кроме геттирующих, которые тоже греют, но аккуратнее) нагреть докрасна. При обильном выделении “грязи” газ меняют, если необходимо, то и несколько раз. Иногда выгоднее греть электроды в вакууме токами высокой частоты. При нагреве трубки и электродов разрядом следует помнить вот о чём: при низких давлениях сильнее греются электроды, а при высоком — капилляр. Молекулярные примеси в газе резко увеличивают градиент напряжения в разряде и приводят к сильному разогреву стекла, но несколько снижают разогрев электродов. Этот эффект широко применяют вакуумщики при откачке и обезгаживании рекламных «неоновых» трубок.

В ртутных трубках следует вначале прогреть штенгель и, охладив его, использовать как ловушку для ртути, перегоняющейся из трубки при прогреве, с тем, чтобы после охлаждения вернуть ртуть обратно в трубку. (Для обычной трубки вполне достаточно ртути в количестве шарика размером в миллиметр).

После очистки трубку охлаждают до комнатной температуры и заполняют газом до выбранного давления. Если хотят получить линии заполняющего инертного газа, то он не должен содержать заметных примесей более тяжёлых инертных газов или ртути! Примеси аргона в неоне в количестве всего один процент достаточно, чтобы при малых плотностях тока светился только аргон! Так же действуют и пары ртути в количестве тысячных долей процента.

Заполненную трубку отпаивают от поста, затягивают ввод, если предусмотрено в конструкции, и затем тренируют. При затяжке ввода на трубках с ртутью, её часть, содержащаяся в штенгеле, может попасть в помещение. Поэтому сразу после отпайки трубки от поста, пока место отпая ещё не остыло, следует аккуратно перегнать ртуть в баллон, следя, чтобы она сконденсировалась подальше от места затяжки. Обогревая остатки штенгеля мягким пламенем, добиваются испарения ртути с его стенок и с находящегося в нём ввода (при затяжке ввода в штенгель).

Место отпая обычно имеет неблагоприятную (в смысле термоустойчивости) форму. Разогревать его после охлаждения опасно. Однако трещины, которые возникают при этой операции, иногда удается уничтожить, аккуратно прогревая место их появления мягким пламенем.