Способ получения спектров излучения инертных газов в вакуумной ультрафиолетовой области

1 (11) СПУЬ ЛИК 01 Т 3/1013 Я стковсверхзкласте Ф-спектра ковой стр в оаределНа вход путем создания е инертного га ного среднег коническое с лоразмера звуково газ. Те рх газа удР То оличина,инертно ная вепектр ебует ичение ся ния, и от пар ный газ, прой ник, камеру и сверхзвуковое вой скоростью камеру. На вх через теплообме чения и коничес ИЗ НО оч тые, ктры устанавливает получения мак нагреваюттом в струеуют зародыкластеры а в соп 1 Т. Пр ти газ до вход до температурь инертного газ ргона, асти ваку ), Целью ичение ин а присутс ванной фа малых" р ши конденсир относительно зм еров уча ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Особое конструкторско-технгическое бюро Физико техническоинститута низких температур АН(56) Авторское свидетельство ССФ 432350, кл, 0 01 Ю 3/10, 1967Авторское свидетельство СССРВ 226927, кл, О 01 И 21/68, 196(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕКТРОВЛУЧЕНИЯ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ В ВАКУУМУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ(57) Изобретение относится к исникам света, дающим линейчаполосатые и непрерывные спелучения инертных газов (акриптона и ксенона) в облумного ультрафиолета (ВУФизобретения является увелтенсивности излучения отдельных сопло подается инертныи пература Т и давление Р влетворяют соотношению=а, где а - посто исящая от участка газа, на котором енсивности излуч ров сопла, Инерт сопло, со сверкзвуковытекает в вакуумнуюде в коническое соплоя давление Р . Дляимальной интенсивнос1278611 5 производится с помощью медь-константаноной термопары 13. Регулировка давления газа на выходе в соплоосуществляется при помощи вентиля 14.Устройство работает следующимобразом.Инертный газ, пройдя через теплообменник 2, камеру 4 истечения иконическое сверхзвуковое сопло 5, со1 О сверхзвуковой скоростью вытекает ввакуумную камеру 1 образуя плотнуюнаправленную струю б, имеющую четкие границы с вакуумом, Сверхзвуковой поток газа откачинается конден 15 сационным .насосом 8, охлаждаемым жидким водородом.На входе в кзническое сопло с диаметром критического сечения Й =КР=0,34 мм и отношением площадей вы 20 ходного сечения к критическому, равным 36,7, устанавливается давлениегаза, например, Р, =0,98 10Па(1 техн. атм), рри этом на выходномсечении сопла давление газа 3-10 мм рт.ст., а рядом со струейв камере 1 давление имеет величину-1 О з мм рт,ст.Для получения максимальной интенсивности излученияна участках спектра отдельно длякаждого газа: Аг 104-120 нм; Кг 116140 нм или Хе 29-160 нм при давлении Р =0,98 Па газ до входа в сопло,согласно соотношению ( ), нагреваютдо температуры Т, -350 К (аргон),Т,"- 430 К (криптон) и Т, в 6 К,(ксенон). При указанных температурах вструе инертного газа присутствуютзародыши конденсированной фазы -кластеры относительно малых" размеров,Например, для конического сверхзвукового сопла с углом конуса 8,6диаметром критического сечения0,34 мм и отношением плошадей выходного сечения к критическому ";/Г ==36,7 величина а=4,27 10 Па/К гдляучастка спектра Аг 104-120 нм), а=(для участка спектра Хе 29-160 нм),сивности излучения, и от параметров сопла.На фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 - зависимости интенсивности 1 нормированной на плотность газа на входе всопло Р , от температуры га.за Т, 30о фпри давлении Р, =0,98 Па и средниеразмеры кластеров (число атомов вкластере Р), присутствующих в струепри Р =0,98 Па и разных температурах Т35Устройство содержит расположенные в вакуумной камере 1 теплообменник 2 с навитой на нем спиралью 3,камеру 4 истечения газа, коническоесверх,нуковое сопло 5 для формирования сверхзвуковой струи газа б,электронную пушку 7 и конденсационный насос 8. Для контроля давленияв камере 1 имеется ионизационный манометр 9. Теплообменник 2 представляет собой медный блок с внутреннейрезьбой, например прямоугольной.Внутри блока плотно встанлен медныйстакан 10, который с внутренней стенкой теплообменника 2 образует канал11 для прохождения исследуемого газа. Температура теплообменника изменяется в пределах 00-600 К. Охлаждение производится жидким азотом,поступающим по трубке 12 которая55находится в тепловом контакте с блоком теплообменника 2, Нагрев осу,ществляется спиралью 3, Измерениетемпературы газа до входа н сопла Изобретение относится к источ"икам света, дающим линейчатые, полосатые и непрерывные спектры излучения инертных газов (аргона, критона и ксенона) в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ).Целью изобретения является увеличение интенсивности излучения отдельных участков спектра вакуумного ультрафиолета путем создания н сверхзвуковой струе инертного газа кластеров определенного среднего размера, Для этого на вход в коническое сверхзвуковое сопло подают инертный газ, температура Т и давление Р, которого должны удовлетворять с.оотношению- 2,5+0 ДР Т =а, (1) где а - постоянная величина, зависящая от участка спектраинертного газа на которомтребуется увеличение интенПо истечении из сопла гаэ струи возбуждается электронным пучком с энергией 1 кзВ и плотностью тока " 0,2 А/смНа фиг. 2 в качестве примера для резонансных линий излучения сверхзвуковой струи аргона 1 104,8 и 106,7 нм (кривые 15 и 16), а такжемаксимума интенсивностипервого континуума" 1107,5 нм (кривая 17) представлены зависимости интенсивности 1, нормированной на плотность газа на входе в сопло 1 оот температурыогаза Т, при давлении Р =0,.98 Па,оа также средние размеры кластеров, присутствующих в струе при Ра =0,98 Па и разных температурах Т (кривая 18), Зти данные получены из 10 двумерных расчетов струйного течения газа с гомогенной конденсацией, выполненных по программе, Максимальная интенсивность излучения различных эмиссий участка спектра 15 104-120 нм (фиг. 2) достигается в районе температуры Т350 К. Причем для каждой эмиссии спектра максимум интенсивности наблюдается при определенной температуре Т когда в 20 струе присутствуют кластеры определенного среднего размера, содержащие 25-40 атомов в кластере. Дпя всех исследованных эмиссий участка спектра 104-120 нм максимум интен сивности излучения изменяется с давлением Р, или температурой Т по за - 2,5+0,о кону Р, Т=сопз 1 . Давление Р и температура газа Т, при которых в струе присутствуют кластеры инертного газа одного и того же среднего размера, тоже связаны зависимостью-12, БР, Т=сопят, Приведенные данные сви детельствуют, таким образом, о том, что для каждой эмиссии ВУФ спектра струи аргона, расположенной в диапазоне 104-120 нм, существуют, кластеры определенного среднего размера, взаимодействие электронов с которыми приводит к наиболее эффектив ному ее высвечиванию. В частности, для линий 104,8, 106, нм и "первого континуума с максимумом Я 107,5 нм соответствующие средние размеры кластеров, при которых наблю- д дается максимальная интенсивность излучения, равны 25,33 и 40 ат/кл.Зависимость интенсивности .излучения разных эмиссий ВУФ-спектра Аг на участке 104-120 нм от среднего 5 р размера кластеров объясняется различными вероятностями образования квазиатомных и квазимолекулярных центров высвечивания в кластерах разных размеров. Зти вероятности зависят от высоты дальнодействующего барьера отталкивания на потенциальных кривых взаимодействия возбужденных атомов с соседними невозбужденными и свойств самих кластеров. Б случае тяжелых инертных элементов Аг, Кг и Хе прохождение через барьер носит активационный характер и сильно зависит от температуры кластеров, По этой причине в кластерах аргона среднего размера И ( 25 ат/кл и имеющих более низкую температуру преимущественно образуются квазиатомные1 л центры высвечивания Аг ( РР ), ответственные за излучение линий 1104,8 и 106,7 нм, С увеличением среднего размера, а следовательно, и температуры кластеров, увеличивается Ъероятность образования квазис +ч+ч молекулярных центров Аг,2(АЕ ВО ), что приводит к более быстрому росту интенсивности излучения молекулярных эмиссий и соответствующему спаду интенсивности линий. Положение максимума на зависимостях 1/1(Т, ) для линий определяется высотой барьера отталкивания на потенциальных кривых АГ ( Р + Р ) и ВО ( Р +8 ), Так как барьер на кривой АЕвыше, чем на кривой ВО, то максимум интенсивности для линий 106,7 нм наблюдается при более низкой температуре Т когда в случае присутствуют более "горячие кластеры. Последующая релаксация возбужденных квазимолекул по колебательным уровням, сопровождающаяся спадом интенсивности излучения "первого континуума", также определяется индивидуальными свойствами кластеров (пространственной структурой, частотным спектром колебаний и т,д,). В частности, в отличие от кластеров "большихразмеров или массивного криокристалла частотный спектр колебаний атомов в кластерах аргона, содержащий менее 55 ат/кл , носит дискретный характер и сдвинут в область меньших частот. В связи с этим обмен энергией между квазимолекулой и кластером сильно затруднен и тем самым затруднена релаксация квазимолекулы по колебательным уровням, С увеличением среднего размера кластеров обмен энергией между квазимолекулой и кластером облегчается, что приводит к опустошению верхних колебательных уровней электронных состояний А Е и А Е и наблюдаемому уменьшению интенсивности излучения первого континуума", Зависимость интенсивности эмиссий ВУФ-спектра от среднего размера кластеров наблюдается и для1278611 6возбуждения электронным пучком,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения интенсивности излучения отдельных участков спектра вакуумного фильтрафиолета, всверхзвуковой струе создают кластеры среднего размера путем подачи . навход в сопло инертного газа, температура Т, и давление Р которогоо10 удовлетворяют соотнощению-,5+ОР,Т, =а,участков спектра Кг 116-140 нм иХе 129-160 нм, являющихся аналогамиучастка спектра Аг 104-20 нм. Привозбуждении "малых"кластеров крип -тона и ксенона электронами в нихобразуются центры высвечивания типавозбужденных кваэиатомов и кваэимолекул в электронных состояниях,аналогичных состояниям квазиатомов Формула изобретенияСпособ получения спектров излучения инертных газов в вакуумной ультрафиолетовой области путем соз дания истекающей через коническое сверхзвуковое сопло в вакуум сверхзвуковой струи инертного газа и ее и квазимолекул аргона,где а - постоянная величина, зависящая от участка спектра инертного газа, ца котором требуется увеличение интенсивности излучения, и от парамет -ров сопла.аказ 6821/35 Тираж 778 Подписно ВНИИПИ Гос ета СССР по делам ытий 113035, Москв аб д. 4/5ударственного комит изобретений и откр а, Ж, Раушская н