Простая газоразрядная лампа, т. н. трубка Гейслера применяется для демонстрации тлеющего разряда в физических экспериментах, будучи наполненной различными газами или парАми используется в спектроскопии. Во времена становления электровакуумного дела трубка Гейслера подключенная к лабораторному откачному посту часто использовалась как грубый индикатор невысокого вакуума – степень разрежения определяли по наличию и форме разряда. Здесь, работа сделана как учебно-тренировочная, для наработки навыков и освоения приемов.
Рис. 2. Трубка Гейслера подключенная к самодельному ртутному капельному вакуумному насосу как индикатор. Внизу рисунка ртутное уплотнение-затвор. Из статей начала 30-х годов французского энтузиаста Н. М. Минье. Лампа питалась высоким напряжением (~10 кВ) от индукционной катушки Румкорфа.
Что потребовалось для изготовления.
Стеклянные трубки-заготовки из платинового стекла, проволока различного сечения и из разных металлов (см. текст), контактная сварка, набор инструментов для стеклодувного дела, в том числе и горелки, печь для отжига стекла, мелочи.
К делу.
Начнем с электродов. Здесь использованы сплошные недлинные алюминиевые стержни.
Вообще говоря, алюминий не лучший металл для этого применения – быстро распыляется более-менее мощным разрядом. Тем не менее, алюминий применяет Минье, алюминий рекомендует Стронг (Техника физического эксперимента) и некоторые другие авторы, в том числе и для спектроскопических трубок. Отцы-основатели в своих лабораториях, вероятно, применяли алюминий из-за его легкоплавкости и простоте соединения с другой проволокой без всяких контактных сварок. Попробуем и мы.
Фото 3. Конец кусочка алюминиевой проволоки (жила от кабеля Ø 4 мм, длиной – с запасом) плотно оборачиваем медной или латунной фольгой и закрепляем проволокой.
Фото 4. Прогреваем подготовленный конец до плавления алюминия и втыкаем на глубину в 3…4 мм проволоку вывода.
Фото 5. Вплавленная в алюминиевый электрод никелевая проволока 0,5 мм. Для прочности свита вдвое.
Фото 6. Заготовки Al электродов с вплавленными никелевыми выводами.
Пропускать сквозь стекло удобно вывод составной, трехзвенный – в каждом месте работает наиболее подходящий металл. Держатель электрода – никель, вакуумплотно впаян в платиновое стекло – платинит, вывод наружу для подключения – медь.
Фото 7. Для соединения частей используем небольшую контактную сварку. Никелевую свивку укоротил и слегка расплющил ее конец. На фото – приваривание платинитовой части. После сварки укоротил и ее до ~12…14 мм и приварил медную проволоку 0,5 мм тоже слегка расплющенную на конце.
Фото 8. Готовые трехзвенные выводы.
Фото 9. Хорошо спаивается со стеклом окись меди – прогреваем платинитовую вставку в дальней части факела до свечения и охлаждаем на воздухе.
Фото 10. Отрезаем-отламываем кусочек тонкой, Ø5 мм, штенгельной трубочки. Длинна ее такова, чтобы немного перекрывала обе сварки – дополнительное механическое крепление.
Фото 11. Плавно подогреваем стекло и прогреваем его в сильном нешироком пламени. Вращая заготовку и двигаясь от одного конца к другому, чтобы не захватить стеклом пузырьков воздуха.
Фото 12. Остеклованную часть вывода охлаждаем в мягком коптящем пламени и укутываем базальтовой ватой для замедления охлаждения.
Фото 13. Остывшие остеклованные выводы. Цвет удачного впая платинита – розовый. Медь и никель имеют различный с платиновым стеклом коэффициент температурного расширения (КТР) и так или иначе образуют течи. У подготовленных электродов укоротил алюминиевую часть ювелирным лобзиком.
Штенгель - нетолстая технологическая трубочка для откачки и, при необходимости, наполнения электровакуумного (ЭВП) прибора. Подготавливая такой отросток держим в уме и подключение его к вакуумному насосу или посту. Здесь, это специальный мягкий толстостенный шланг – конец штенгеля придется оснастить «оливкой» - небольшим плавным утолщением и начинаем с него.
Фото 14. Нарезав несколько заготовок 5 мм трубочки удобной – около 30 см, длинны, прогрел и запаял один из концов. Второй конец оплавил чтобы не порезаться.
Фото 15. Раздуть шарик на тонкой трубочке удается только в середине – нужны длинные ручки по бокам. Сделал несколько штук и выбрал самый удачный.
Фото 16. В середине трубочки раздул несколько оливок и разрезав получил заготовки. Края новых резов тоже оплавил.
Фото 17. Впаять тонкую штенгельную трубку в стенку колбы непросто – она стремиться заплавиться. Существенно облегчает дело небольшое расширение-юбочка с тонкими равномерными краями. Получаем его заплавив конец заготовки и хорошо прогрев эту каплю сильно ее раздуваем. Получается большой стеклянный шарик неправильной формы с тончайшими стенками. Иногда с разрывом, иногда целый. Его основание обычно удается более-менее правильной формы и нужной толщины.
Фото 18. Сколов шарики получаем наши вороночки. На фото примерка оливок к шлангу. Последний – для невысокого вакуума. Такими комплектовались школьные насосы Комовского.
Колба моей первой лампы простая - цилиндрическая. От ее длины и диаметра зависит напряжение зажигания разряда. При прочих равных условиях, в больших по диаметру лампах разряд зажигается охотнее и для индикации вакуума следует подобрать трубку Ø25…35 мм. Длина колбы может быть 100…200 мм. Здесь применил трубку Ø18 мм. Отрезал заготовку около 300 мм – чиркнул короткую риску алмазным надфилем и приложил ее к накаленной проволоке электрорезки. Плавно прогрев стекло в пламени по очереди оплавил торцы.
Фото 19. Для впаивания подготовленного штенгеля воспользуемся описанным приемом с раздутым и сколотым тонкостенным шариком – разогреваем середину заготовки колбы в широком мягком пламени. Непрерывно и равномерно вращая ее обычным образом.
Фото 20. В одну точку неподвижной разогретой стенки трубки (оранжевое «содовое» свечение) направляем мощный узкий факел. Одна из немногих операций когда заготовка не вращается в пламени.
Фото 21. Разогретую точку на стенке раздуваем до небольшого пупырышка. При этом один из торцов заготовки должен быть закрыт – технологической пробкой или заплавлен. Трубку такого диаметра оказалось удобным просто закрывать пальцем.
Фото 22. В тонком жестком факеле разогреваем верхушечку нашего холмика. Нагревая его сбоку. При этом удается нагреть только его небольшую часть.
Фото 23. Раздуваем в тонкостенный пузырек. Если сильно раздувать сразу, место нагретое факелом в упор, пузырь и дыра получаются слишком крупными.
Фото 24. Сколотый пузырек – ровное аккуратное отверстие, как раз для штенгельной трубочки.
Фото 25. Равномерно разогреваем расширение подготовленного штенгеля и отверстие в колбе. По бокам от широкого мощного факела и примерившись слепляем их.
Фото 26. Пропаиваем стык узким жестким факелом с добавлением гремучего газа. Операция эта самая рискованная, сильный нагрев с одной стороны часто приводит к растрескиванию и браку. Небольшая выемка на колбе около впая – запаянная трещина.
Фото 27. Один из лопнувших впаев – локальный перегрев и термоудар. Приходится периодически подогревать в дальней части факела и обратную сторону, но, но. Чуть зазевался и вуаля.
Фото 28. Вариант со второй встречной подогревной горелкой очень хорош, хотя у этой инжекционной горелки факел для этого жестковат.
Впаивание подготовленных остеклованных электродов.
Фото 29. На конце колбы делаем сужение с очень маленьким, для проволочного вывода, отверстием. Сильно и равномерно разогреваем конец трубки, сплющиваем его пинцетом и с вращением (сужение получается симметричнее) вытягиваем сужающуюся трубочку. Переплавляем ее около широкой части. Разогрев двумя встречными горелками с относительно некрупными факелами позволяют прогреть заготовку вполне локально, не затрагивая среднюю часть с впаем – можно пренебречь его промежуточным печным отжигом.
Фото 30. Оттянутая и переплавленная часть.
Фото 31. Еще разок разогреваем тонкий конец получившегося сужения и пинцетом вытягиваем и вовсе тонкий усик. Отламываем его в нужной части без церемоний.
Фото 32. В открытый широкий конец колбы вставляем подготовленный электрод и долго и аккуратно прогреваем стекло в месте впая в широком мягком пламени с непременным вращением. Остеклованная часть напряжена и чрезвычайно чувствительна к термоударам. Через время чуть добавляем воздуха. Стекло размягчается и остеклование прилипает к сужению, перестает греметь при вращении. В конце концов, разогрел сужение в нешироком сильном факеле, пинцетом за наружный вывод чуть вытянул электрод наружу и хорошо пропаял. Слегка разогрел стекло в мягком факеле и пинцетом же за вывод придал электроду должное, по возможности, соосное с колбой положение.
Фото 33. Убрал воздушное дутье и минутку покрутил впай в мягком светящем пламени для замедления охлаждения.
Фото 34. Дальнейшее охлаждение – в базальтовом одеяле – куске ваты сложенном вдвое.
Фото 35. Остывшая заготовка с впаянным штенгелем и одним из электродов.
Фото 36. Впаянный электрод крупнее. Сужающиеся воронкообразные плечики, по сравнению с поверхностью ровной, менее склонны к образованию трещин.
Фото 37. Второй подготовленный электрод помещаем в открытую часть колбы и передвинув его подальше, обрабатываем второй конец аналогично первому – разогреваем, стягиваем, вытягиваем большой ус, переплавляем, подстуживаем, разогреваем кончик, оттягиваем тонкий усик (на фото). Обломав его получаем отверстие для электрода. Наклоняя трубку перемещаем его на положенное место и впаиваем.
Фото 38. Готовая трубка подвергнута полному печному отжигу для снятия внутренних напряжений в стекле. В таком виде она может быть использована для демонстраций и экспериментов, как индикатор разрежения.
Babay Mazay, апрель, 2023 г.
