Brevet FR2430089A1 — publié le 19800125

La présente invention concerne les lampes spectrales émettant un rayonnement aractéristique et en particulier les lampes LYMAN a dont l'émission comporte essentiellement la raie de résonance de I'hydrogène à 121,6 nm. Les lampes LYMAN a ont de nombreuses applications dans le domaine du laboratoire, notamment en spectroscopie. Elles sont notamment utilisables pour mesurer la teneur en vapeur d'eau ou en oxyde d'azote d'une atmosphère par les techniques d'absorption ou d'ionisation. Les lampes LYMAN a utilisées à l'heure actuelle sont généralement des lampes à décharge. Elles comportent une ampoule occupée par un gaz à faible pression (quelques mm de mercure) dans laquelle on provoque une décharge par application d'une tension élevee entre deux électrodes. I1 se produit une ionisation de molécules de gaz dans l'ampoule. Le plasma ainsi formé emet de la luire et en particulier les raies spectrales des gaz contenus dans l'enceinte. Ce type de lampe présente de nombreux inconvenients. En particulier, leur fonctionnement est instable, ltemission ne se limite pas à la raie utile et comporte de nombreuses bandes moléculaires qui sont souvent gênantes ; le flux lumineux emis est relativement faible et la durée de vie est courte. L'invention vise à fournir une lampe spectrale, notamment LYMAN a, qui n'utilise plus un phénomène de décharge, de sorte que les inconvénients ci-dessus mentionnés sont écartés, au moins dans une large mesure. Dans ce but, une lampe LYMAN a suivant un premier aspect de l'invention comprend une ampoule occupee par une atmosphère d'hydrogène sous une pression comprise entre 0,01 et 100 torrs, avantageusement entre 0,05 et 5 torrs, munie d'une fenêtre transparente au rayonnement de 121,6 nm. Cette ampoule est munie de moyens de dissociation des molécules d'hydrogène et d'excitation des atomes formés à un niveau d'ou ils retombent en émettant le rayonnement LYMAN a. Les moyens de dissociation sont avantageusement thermiques et cons titués par un filament ou une bande de metal refractaire (en général en tungs tène, bien que l'on puisse egalement utiliser le rhénium et le tantale) chauffé à une température d'au moins 1600 K par effet Joule. Le choix de la température de chauffage résultera d'un compromis, une température plus élevée permettant d'accroître sensiblement la dissociation mais, en contrepartie, diminuant la durée de vie du filament Oll de la bande.On peut également envisager d'autres procédes de dissociation, par exemple a l'faible d'un faisceau de photons apportant une énergie d'au moins 5 életrons-volts, seuil de dissociation de la molécule d'hydrogène. L'excitation des atomes s'effectuera en général par voie électronique. Une solution simple consiste à utiliser le filament ou la bande chauffé comme cathode (ce qui impose que son métal constitutif présente un faible travail de sortie des électrons) et à placer à proximité une électrode de polarisation munie de moyens qui l'amènent à un potentiel tel que les electrons émis par la cathode acquièrent une énergie supérieure à 10,3 electrons-volts. La cathode peut également être distincte du filament ou de la bande de dissociation par chauffage. L'excitation par choc électronique peut également être réalisée en utilisant un canon à électrons, éventuellement associé à des moyens de deflexion du faisceau électronique qui allongent son trajet dans l'ampoule. Une lampe spectrale suivant un autre aspect de l'invention, destinée à fournir un rayonnement caractéristique de produits de dissociation d'un gaz, comprend une ampoule contenant le gaz sous pression réduite et munie d'une fenêtre de sortie du rayonnement caractéristique. L'ampoule contient un filament ou une bande de métal réfractaire présentant un faible travail de sortie des électrons, muni de moyens de chauffage par effet Joule, et une électrode munie de moyens de polarisation permettant de la porter à un potentiel par rapport au filament ou à la bande suffisant pour exciter les produits de dissociation à un état d'où ils retombent en émettant le rayonnement caractéristique. Quel que soit le mode de réalisation adopté, la lampe réalisée a une stabilité de fonctionnement élevée, très supérieure à celle des lampes classiques dans lesquelles le plasma provoqué par la décharge est instable par essence même. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une lampe LYMAN a qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et montre la lampe en coupe, de façon très schématique, l'échelle n' étant pas respectée. La lampe 10 montrée en figure 1 comporte une ampoule 11 de forme générale cylindrique, en verre dur, par exemple en "PYREX". Cette lampe est munie d'une fenêtre 12 en matériau trans parent au rayonnement de 121,6 nm, généralement en fluorure de lithium ou en fluorure de magnésium. La lampe est normalement scellée et contient une atmosphère d'hydrogène sous pression réduite. De bons résultats ont été obtenus à l'aide d'une atmosphère d'hydrogène sous une pression de 0,4 Torr. A titre d'ordre de grandeur, on peut indiquer qu'une lampe fournissant 1013 à 1014 photons par seconde comporte un tube cylindrique de 2 à 3 cm de diamètre et de 5 à 10 cm de longueur. Au lieu d'hydrogène pur, on peut utiliser un mélange d'hydrogène et d'un gaz noble, par exemple d'argon ou d'hélium. La lampe 10 comporte des moyens de dissociation d'hydrogène constitues par une bande mince 13 de tungstène, chauffée par effet Joule à une température supérieure à 1600 K. Dans ce but, la bande est portée par deux conducteurs electriques relies à une source d'alimentation 14. Dans la pratique, la source d'alimentation sera ajustée de façon à porter la bande 13 à une temperature d'environ 2200 K, qui constitue un bon compromis entre rendement de dissociation et durée de vie. Une source de quelques volts suffira pour atteindre ce résultat en général. Dans le mode de réalisation illustré, les moyens d'excitation de l'hydrogène atomique par choc électronique comportent la bande 13, qui joue donc un double rôle, et une électrode de polarisation 14 placée face au ruban 13, à une distance d'1 ou 2 cm. L'électrode 15 doit être portee à un potentiel d'au moins 10,3 volts par rapport au ruban 13 En pratique, on utilisera une source de polarisation 16 fournissant une tension très supérieure, mais cependant suffisamment faible pour éviter de faire apparaître un régime d'arc entre cathode et électrode de polarisation. Le corps 11 de l'ampoule 10 est avantageusement revêtu intérieurement d'un produit tel que le polytetrâfluoréthylène, destiné à éviter la recombinaison des atomes d'hydrogène formés par dissociation thermique, par adsorption puis restitution. Le fonctionnement de la lampe apparaît immédiatement les atomes créés par la dissociation thermique des molécules et qui sont heurtés par les électrons ayant une énergie supérieur à 10,3 electrons-volts (une tension de l'ordre de 120 volts entre cathode 13 et électrode 15 donnant des résultats très satisfaisan sont portes au niveau 2P. Les atomes retombent ensuite spontané ment de ce niveau au niveau fondamental en émettant un photon LYMAN cx. REVENDICATIONS 1. Lampe spectrale LYMAN cx comprenant une ampoule occupee par une atmosphère d'hydrogène sous pression comprise entre 0,01 et 100 torrs, avantageusement entre 0,05 et 5 torrs, caractérisée en ce que l'ampoule est munie de moyens de dissociation des molécules d'hydrogène en atomes et d'excitation des atomes un niveau d'où ils retombent en émettant le rayonnement LYMAN cx. 2. Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qui les moyens de dissociation des molécules sont constitues par un fi: ou une bande de métal refractaire associé à des moyens de chauffage par effet Joule permettant de le porter à une temperature d'au moins 1600 K. 3. Lampe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'excitation comprennent le filament ou la bande cons-tituant cathode et une électrode munie de moyens permettant de la porter à un potentiel d'au moins 10,3 volts par rapport à la cathode. 4. Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'excitation sont constitués par deux électrodes portees à une difference de potentiel d'au moins 10,3 volts et délimitent un espace dans lequel parviennent les atomes d'hydrogène. 5. Lampe spectrale destinée à fournir un rayonnement caractéristique des produits de dissociation d'un gaz, comprenant une ampoule contenant le gaz sous pression reduite, caractérisée en ce que l'ampoule contient un filament ou une bande de métal réfractaire présentant-un faible travail de sortie des électrons, muni de moyens de chauffage par effet Joule, et une électrode munie de moyens de polarisation permettant de la porter à un potentiel par rapport au filament ou à la bande suffisant pour exciter les produits de dissociation à un état d'où ils retombent en émettant le rayonnement caracteristique. 6. Lampe suivant la revendication 2, 3 ou 5, caractérisée en ce que le filament ou la bande est en tungstène, rhénium ou tantale. 7. Lampe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'ampoule contient une atmosphère d'hydrogène sous pression d'environ 0,4 torr. 8. Lampe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps en verre dur et une fenêtre en matériau transparent pour la radiation caractéristique, par exemple LYMAN Q.