Конденсированная искра

Рис. II.3. Принципиальная схема генератора искры

На рис. II.3 показана принципиальная электрическая схема генератора высоко-вольтной конденсированной искры. Повышающий транс-форматор заряжает конденсатор С до напряжения 10 - 15 кВ. Затем происходит пробой рабочего промежутка РП, в контуре CRL возникают высокочастотные колебания и конденсатор разряжается. В дальнейшем конденсатор снова заряжается, и через некоторое время, которое зависит от параметров схемы и скорости деионизации межэлектродного пространства, происходит следующий пробой. Поскольку энергия, необходимая для искрового разряда, накапливается на конденсаторе при его зарядке от источника, такая искра называется конденсированной.

Работу источника можно разделить на две фазы - пробой и колебательную.

1. Пробой. Продолжительность стадии около 10^-8 с. В это время главным образом происходит свечение газа (излучаются атомные и молекулярные линии азота и кислорода) в межэлектродном промежутке. Благодаря малому диаметру канала пробоя (около 0.01 мм) плотность тока в нем достигает 10⁵ А/см², а температура около 50 000 К.

2. Колебательная стадия. На этой стадии реализуется энергия, накопленная конденсатором. Под воздействием пробойного канала происходит выброс вещества катода. Этот процесс носит название электроэрозии электрода. Передача энергии катоду осуществляется ионами, образующимися в разряде. Продолжительность этой стадии около 10^-4 с. Температура факела выброшенных паров достигает 15 000 К, что достаточно для возбуждения излучения атомов неметаллов, а также ионизированных атомов металлов.

Выброс вещества анода в искру практически не происходит, так как он бомбардируется электронами, которые, в отличие от ионов, не могут за столь короткое время передать свою энергию тяжелым частицам. Поступление вещества анода в плазму может происходить только за счет испарения, чего можно избежать, снизив ток или поместив электроды в охлаждаемые контакты.

Характерным для искры является то, что выброс факела пробы и его распространение подчиняется законам гидродинамики. Важно, что при выбросе вещества в искру отсутствует фракционность испарения. Поступление пробы происходит после пробоя при температуре около 12000 К, а процесс возбуждения происходит при температуре 12000 - 15000 К. Высокая температура искры обеспечивает возбуждение искровых линий (линий ионизированных атомов) не только всех металлов периодической системы, но и некоторых трудновозбудимых металлоидов и газов.

Воздействие электрической искры на анализируемый объект приводит к интенсивной коррозии (электроэрозии) его поверхности, носящей нестационарный характер в течение некоторого времени, называемого временем обыскривания. В течение этого времени наблюдается значительное изменение интенсивности спектральных линий.

Практически очень важна возможность регулирования температуры искрового разряда изменением СRL параметров контура. Температура факела определяется плотностью тока и временем ее установления. Момент пробоя искрового промежутка имеет важное значение, так как им определяется мощность, вкладываемая конденсатором в разряд. По мере протекания эрозии электрода наблюдается уменьшение напряжения и снижение количества подводимой энергии. Это приводит к изменению условий возбуждения. Для стабилизации условий возбуждения в схему вводится дополнительный разрядник (схема Райского) или прерыватель (схема Фейснера), которые позволяют стабилизировать момент возникновения разряда. Для более эффективного использования вещества пробы и снижения электроэрозии образца используют схемы высокочастотной искры. В этих схемах соответствующим подбором индуктивности удается растянуть во времени стадию колебаний.

По пределу обнаружения элементов высоковольтная искра уступает другим разрядам из-за малой скорости испарения (холодные электроды) и более высокой интенсивности фона. Относительный предел обнаружения для большинства элементов составляет 10^-2-10^-3 % и редко достигает 10^-4 %. Соответственно абсолютный предел обнаружения в зависимости от элемента и общего состава пробы составляет 10^-7-10^-9 г.

Дата добавления: 2015-07-11