مصباح قوس الديوتيريوم

مصباح قوس الديوتيريوم ( أو ببساطة مصباح الديوتيريوم ) هو مصدر ضوء تفريغ غازي منخفض الضغط يستخدم غالبًا في التحليل الطيفي عندما تكون هناك حاجة إلى طيف مستمر في منطقة الأشعة فوق البنفسجية .

تتميز مصابيح البلازما القوسية أو مصابيح التفريغ التي تستخدم الهيدروجين بإنتاجها العالي للأشعة فوق البنفسجية، مع إنتاج منخفض نسبيًا في نطاقي الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. وهذا مشابه لحالة لهب الهيدروجين. توفر مصابيح القوس المصنوعة من الهيدروجين العادي ( الهيدروجين-1 ) طيفًا فوق بنفسجيًا مشابهًا جدًا للديوتيريوم، وقد استُخدمت في مطيافات الأشعة فوق البنفسجية. مع ذلك، تتميز المصابيح التي تستخدم الديوتيريوم بعمر أطول وانبعاثية (شدة) في الطرف البعيد من نطاق الأشعة فوق البنفسجية، تتراوح بين ثلاثة إلى خمسة أضعاف انبعاثية مصباح قوس الهيدروجين العادي، عند نفس درجة الحرارة. لذلك، تُعتبر مصابيح قوس الديوتيريوم، على الرغم من كونها أغلى ثمنًا بعدة مرات، مصدرًا ضوئيًا أفضل من مصابيح قوس الهيدروجين العادي، في نطاق الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة.

يستخدم مصباح الديوتيريوم سلكًا من التنجستن ومصعدًا موضوعين على جانبين متقابلين من هيكل صندوقي من النيكل مصمم لإنتاج أفضل طيف ضوئي. على عكس المصباح المتوهج، لا يُعد السلك مصدر الضوء في مصابيح الديوتيريوم. بدلًا من ذلك، يتولد قوس كهربائي من السلك إلى المصعد، وهي عملية مشابهة لمصابيح القوس الكهربائي . ولأن السلك يجب أن يكون ساخنًا جدًا قبل تشغيله، يُسخن لمدة 20 ثانية تقريبًا قبل الاستخدام. ولأن عملية التفريغ تُنتج حرارتها الخاصة، يُخفض مستوى السخان بعد بدء التفريغ. على الرغم من أن جهد التشغيل يتراوح بين 300 و500 فولت، إلا أنه بمجرد تكوّن القوس الكهربائي، ينخفض ​​الجهد إلى ما بين 100 و200 فولت تقريبًا. ^{[ 1 ]}

يُثير القوس الكهربائي الناتج جزيء الديوتيريوم الموجود داخل المصباح إلى حالة طاقة أعلى. ثم يُصدر الديوتيريوم ضوءًا أثناء عودته إلى حالته الأصلية. هذه الدورة المستمرة هي أصل الإشعاع فوق البنفسجي المستمر. هذه العملية تختلف عن عملية اضمحلال الحالات المثارة الذرية ( الانبعاث الذري )، حيث تُثار الإلكترونات ثم تُصدر إشعاعًا. بدلًا من ذلك، تحدث هذه الظاهرة _نتيجة عملية انبعاث جزيئي ، حيث يُسبب الاضمحلال الإشعاعي للحالات المثارة في جزيء الديوتيريوم (D₂ _أو 2H₂ ⁾ هذا التأثير.

لا يختلف التركيب الطيفي للديوتيريوم اختلافًا ملحوظًا عن تركيب الهيدروجين الخفيف، لكن الديوتيريوم يتميز برابطة جزيئية أقوى قليلًا (439.5 مقابل 432 كيلوجول/مول) ويتأين بشكل أقل عند درجة حرارة القوس. يؤدي هذا إلى زيادة عدد الجزيئات وزيادة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية (شدة الضوء) في الجزء الجزيئي من الطيف الأبعد في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 2 ]}

نظراً لأن المصباح يعمل في درجات حرارة عالية، لا يمكن استخدام الأغلفة الزجاجية العادية كغلاف له، لأنها ستحجب الأشعة فوق البنفسجية. وبدلاً من ذلك، يُستخدم غلاف من الكوارتز المنصهر أو الزجاج المقاوم للأشعة فوق البنفسجية أو فلوريد المغنيسيوم ، وذلك حسب الوظيفة المحددة للمصباح. ^{[ 3 ]}

يبلغ العمر الافتراضي النموذجي لمصباح الديوتيريوم حوالي 2000 ساعة (معظم الشركات المصنعة تضمن 2000 ساعة، لكن المصابيح الأحدث تعمل بشكل جيد باستمرار لمدة 5000 ساعة أو أكثر).

يُصدر مصباح الديوتيريوم إشعاعًا يمتد من 112 نانومتر إلى 900 نانومتر، على الرغم من أن طيفه المتصل يقتصر على 180  نانومتر إلى 370  نانومتر. ولا تنخفض شدة الطيف فعليًا من 250  نانومتر إلى 200  نانومتر كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه. ويعود الانخفاض الظاهر في الرسم البياني إلى انخفاض كفاءة الكاشف الضوئي المستخدم لقياس شدة المصباح عند الأطوال الموجية القصيرة. ويُعدّ الطيف المتصل لمصباح الديوتيريوم مفيدًا كمرجع في أعمال القياس الإشعاعي للأشعة فوق البنفسجية، ولتوليد إشارة في مختلف أجهزة القياس الضوئي.

نظراً لشدة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من المصباح، يُنصح بارتداء واقي للعينين عند استخدام مصباح الديوتيريوم. كما يجب الحرص على عدم لمس المصباح مباشرةً لتجنب الحروق الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة التشغيل . حتى عند لمس المصباح مباشرةً وهو بارد، قد تتراكم الشوائب على غلافه، مما يؤدي إلى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير بشكل كبير، وبالتالي تقليل شدة الإضاءة.