[其他]铀空心阴极放电灯及其制法

说明书

铀空心阴极放电灯属于低压气体放电灯，它利用阴极放电原理产生铀原子蒸气。本发明选用浓缩铀或天然铀做阴极。为消除放射性对人体的危害。铀电极的安装采用“冷装配”插接和高频熔焊工艺，可以轻而易举地将难熔的放射性同位素，变成蒸气状态。²³⁵Ｕ原子密度可达１×１０¹⁰～２．５×１０¹⁰个／厘米³，谱线宽度０．０３２ｃｍ^-1。铀灯用途较广，可一灯多用。常用于激光高分辨光谱，可测定铀同位之间的位移和超精细结构，也可用于监控激光分离²³⁵Ｕ准确波长。

用高浓缩²³⁵U同位素做阴极的铀空心阴极放电灯属于低压气体放电灯。它是利用空心阴极放电的原理，在空心阴极放电孔内产生²³⁵U的原子蒸气并发射铀的原子光谱线。所以高浓缩铀空心阴极灯实际上是一只封闭式铀原子蒸气发生炉。调节铀灯的放电电流，可以非常方便地获得²³⁵U原子蒸气，而灯内的原子密度可达到1×10¹⁰～2.5×10¹²个原子/厘米³。这种灯是激光分离同位素和研究铀的光谱特征不可缺少的部件。

研究铀的光谱特征。必须产生一定浓度的铀原子蒸气。但是铀元素属于难熔金属。沸点高达3818℃。铀元素不但沸点高而且具有强烈的放射性。在空气中极易氧化和爆炸。高温灼烧易腐蚀容器，因此欲将固态铀块变成铀的原子蒸气十分困难。目前产生铀蒸气的方法有两种，其一是用铀原子蒸气发生炉（Optics Communi cations Vol.26.2（1978）177）。可以得到铀原子束，获取高质量的光谱数据。另一种是铀空心阴极灯结合光电流光谱法（Opt.Soc.Am.69.738（1979）68.352（1978））。也可获得铀的光谱数据。但原子束技术复杂造价很高，易污染环境。利用铀的空心阴极效应则可轻而易举地获得足够的²³⁵U原子蒸气。可是文献〔2〕中由于采用的是天然铀。故²³⁵U谱线分辨不清。

从工艺方面来看，已往，用于原子吸收光谱的各类空心阴极灯的电极，都是非放射性元素，灯电极的焊接方法一般是予先点焊或用机械方法压紧，然后放入泡壳在火焰中封接完成。但是这种烧焊工艺不适合制造易氧化、易爆炸。吸入体内能引起血液中毒的放射性元素。

本发明的目的是为了研究²³⁵U光谱特性，实现²³⁶U的选择性激发而制造一种用高浓缩²³⁵U同位素作阴极的铀灯。

为实施本发明所选择的材料和采用的工艺实际上是非常出色的。浓缩²³⁵U空心阴极灯的成败关键有三点。其一是²³⁵U同位素的含量要高;其二阴极内孔的直径和孔深之比不得少于1∶3;其三彻底清除灯内吸附的杂气（使电极在放电高温也不放出杂气）。本发明铀灯的总体结构见图1。它包括铀阴极、钽阳极、钨引出线、玻壳和窗片。阴极剖面结构见图2。它是用高浓缩铀²³⁵U做成。为了使放电集中产生高温，放电孔的直径和孔深之比大于1∶3，（图2中旁边开有小孔的那种铀阴极，可以从与轴线相垂直的方位观测铀的荧光）。由于铀元素具有极强的α放射线，如果吸入人体内部将产生严重后果，所以按照常规工艺生产铀灯将危及人身安全。本发明在安装铀阴极时采用“冷装配”插接和高频加热熔焊工艺，即将铀阴极从空心阴极灯的窗口送入予先烧接有钨引出线的玻壳中插入钨座上，并在钨座与铀阴极的插孔之间垫一层金属垫片（如铜片），随后把铀阴极调整到屏蔽罩的中心，用高真空胶封贴窗片，即可进行抽真空并反复充气、排气处理，铀阴极与钨座之间的焊接则是在高真空条件下，用高频感应加热铀阴极，使事先垫入电极与钨座之间的金属垫片熔化，把铀阴极熔焊固定。

用于激光光电流光谱的铀空心阴极灯，不但要求有高的发光强度，特别要求放电时电流稳定。它不仅要求光谱线很锐而且要求²³⁵U的原子蒸气密度不得低于1×10¹¹个/厘米³。本发明浓缩²³⁵U空心阴极灯实测情况见下表。

铀空心阴极灯测试数据