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aber die Lumineszenz der Edelgasgemische ArXe KrXe ArKr und der Gemische XeN2 und KrN2 bei Anregung mit schnellen Elektronen.

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E. KUGLER:
Ober die Lumineszenz der Edelgasgemische Ar/Xe, Kr/Xe, Ar/Kr
137
Uber die Lurnineszenz der Ede fgasgernische ArlXe, KrlXe,
ArlKr und der Gernische XelNz und
bei Anregung mit
schneffenEfektronen
Yon E. KUGLER*)
Nit 1 Albbildungen
Inhaltsiibersicht
Die Gasgemischc Ar/Xc, Kr/Xe, ArjKr, Xe/N2 iind Kr/K2 werden mit XLkeV-Elekt'ronen angeregt, die Emission spektroskopisch untersucht und das Abklingen enger Spekt'ralbereiche mittels Phasenfluorometer oder oszillographisch gemessen. IVeben Bogen- und F u n kenlinien werden Ba.nden hetereoatomarer Edelgasmolekule beobacht'et. Die gemessenen
Abklingzeiten gestat,ten Schliisse auf den Mechanismus der Molekiilbildnng.
A. Einleitung
Die vorliegende Arbeit iiber Edelgasgemische erganzt eine vorhergehende l ) .
i n der die Lumineszenz der reinen Edelgase Ne, Ar, Kr und Xe hei Anregung mit
schnellen Elektronen behandelt wurde. Die Untersuchungsmethode und die experimentellen Hilfsmittel sind diesclben wie in 1). Elektronen mit einer Energie
von 50 keV wiirdcn durch ein LEKAltD-Fenster in die Gaskammer geschossen.
Das Hauptinteresse galt dabei den Banden, die von einzelnen dieser Gemischc
(He/Ne, Sr/Xe, Kr/Xe) emittiert werden. Diese Banden waren in den letzten
Jahren bei verschiedenen Anregungsarten erstmals beobachtet 2, 3)4) und hetereoatomaren Edelgasmolekiilen der Form X Y zugeschrieben worden. Ini folgenden wird nur von solchen Edelgasgemischen berichtet, die auch bei unserer Anregungsart Banden emittieren (Ar/Xe, Ar/Kr und Kr/Xe). Zur Deutung der MeBergebnisse aerden die in 1) fur reine Edelgase erhaltenen Resultate herangezogen.
Umgekehrt stutzen die vorliegenden Experimente mit Gasgemischen auch die
Interpretation der Lumineszenz reiner Edelgase.
B. Argon/Xenon
1. Spektren (Abb. 1)
I m Ar/Xe-Gemisch sind, n-ie in reinem Argon, die ArI-Linien bei allen Drukken schr schwach, \$,ahrend die Xe I-Linien, besonders jene zwischen 4500 d und
*) Jetzt Institut fur Plasmapllysik der KFA Julich.
l)
HANLE,E. KUCLER
11. A. S c I i M I L L E N , Ann. Physik, im Druck.
2, H. J. OSKAM11. H. 31. JONGERIUS,
Physica 21, 1093 (1968).
3) H. &I.JONGERIUS, J. L. YAK KOVERINCB
11. H. J. OSKAM,Physica 2.5, -106 (1!)5'1)
4) V
'. FRIEDL,
Z. Naturforschg. lllt, 848 (195!1).
w.
9b Aim. Plissik.
7. Folge, Ud. 14
138
Bnnalen der Physik. 7. Folge. Band 14. 1964
5000 A, auch dann sehr intensiv auftreten, wenn der Anteil des Xenon nur 5 bis
10% betriigt. Die Relativintensitaten der Ar II- und XeII-Linien stehen ungefahr im Verhaltnis der Partialdrucke der beiden Komponenten. Jene Funkenlinien, welche bei der Lumineszenz der reinen Komponentenl) - im Gegensatz
zu den Verhaltnissen in Gasentladungen - ungewohnlich geschwacht bzw. verstarkt werden, behalten diese Eigenschaft auch im Lumineszenzspektrum der
Gemische. Das bestatigt die in l ) gewonnene Anschauung, daR samtliche Funkenlinien von angeregten Ionen stammen, welche durch den PrimarprozeB
eX 4X+'
2 e - (Anregung und Ionisation in einem Elementarakt) entstanden sind. Diese angeregten Ionen gebeii ihre Anregungsenergie schon innerhalb von i bis 5 ns durch spontane Emission ab, so daB sie mit ihrer Umgebung
nicht weiter wechselwirken, insbesondere keine Sekundarprozesse auslosen konnen. Das F u n k e n - Spektrum aller untersuchten Edelgasgemischc ist daher
u n a b h a n g i g von der Anwesenheit von Atomen anderer Art. Das vnn reinem
Xenon ( p m 200Torr) mit groRer Intensitat emittierte X e - K o n t i n u u m wird
bei Anwesenheit von nur 10% Argon erheblich geschwacht.
Am auffallendsten sind a n den Ar/Xe-Spektren die beiden H a n d e n bei
.5000 A bzw. 5400 A, die weder von reinem Ar noch von reinem Xe emittiert
werden, sondern einem ArXe-Molekiil zuzuordnen sind 3 ) . Sie erscheinen bereits
bei einem Totaldruck ptot von etwa 60 Torr, falls die Partialdriicke ungefahr
gleich sind ( p ~ ~m :1:l).
p ~1st
~ ptot > 200 Torr, so werden die Banden auch
x,
0,5 und 20 variiert. Bei Ar-UberschuB ist
ausgestrahlt, wcnn p ~ ~ : pzwischen
die kurzwelligcre Bande intensiver, bei Xe-UberschuS sind beide gleich stark.
Die Bande bei 5000 A, deren Intensitat wie die der anderen nach dem Violetten
hin abnimmt, zeigt eine Struktur; an das erste und intensivste Maximum bei
5061 schlieRen sich 4 nach rot abschattierte Kanten bei 5046, 5030, 5015, 4999
(h1A) an.
+
+
2. Abklingzeiten5)
Langsame Komponenten
Zur oszillographischen Untersuchung des Abklingens wurde das System Ar
(30 Torr) Xe (z Torr), 55 < 2 < 280 Torr, benutzt. AuRerhalb dcs Spektralbereichs der Ar/Xe-Banden bei 5400 und 5000 A ist die Abklingzeit tzder langsamen Komponenten ebenso groR wie bei reinem Xenon des gleichen Druckesl)
(tl= l , 6 ps bei 30 Torr Ar, 220 Torr Xe). Die beiden Banden wurden mit den
Filtern 504 bzw. 544 untersucht, in deren Durchlassigkeitsbereich sich auch
einige Xe I-Linien befinden. Die Abklingkurven bestehen deshalb aus 2 Komponenten : Der ziemlich rasch abfallenden Banden- und der langsameren Linienemission. Aus der graphischen Analyse, die wegen des bekannten zl-Wertes der
Xe-Linien moglich istl), erhalt man die vom Druck ziemlich unabhangige Abklingzeit der Ar/Xe-Banden zu 2 . lo-' s (mit einem relativen Fehler von 100%).
Wenn man annimmt, daB die oben erwahnte Schwachung des Xe-Kontinuums durch Ar-Zusatz unmittelbar mit der Emission der Ar/Xe-Banden zusammenhangt, so kann man in Verbindung mit den Ergebnissen der friiheren
Untersuchungen l) folgende Deutung fur die Bildung der ArXe-Molekule geben :
+
5) Die Abklingzeiten werden wie in l) schematisch in ,,schnelle" und Jangsame"
Komponenten eingeteilt : Schnelle Komponenten, Abklingzeit t, < 10-7 s; langsame Komponenten, Abklingzeit t,> lo-? s.
E . KUCLER:
c b e r die Luniineszenz der Edelgasgemische Ar/Xe, Kr/Xe, -Ir/Kr
139
I
61976
5450A
45018
c)
'
I
4523k4 46718
f)
Abb. 1. Die Lumineszenzspektren der Edelgasgemische Ar/Xe, Kr/Xe und Br/Kr
a) 100 Torr Xr
b) 180 Torr Ar
20 Torr Xe
c ) 20 Torr Ar
180 Torr Xe
d) 200Torr Xe
e) 80 Torr Kr
70 Torr Xe (Bande iiberbelichtet)
f)
80 Torr K r + 70 Torr Xe
g) 200 Torr Kr
h) 100 Torr Ar
P O 0 Torr Kr
+
+
+
+
An den Bbbildungen c, d, e, f und g ist oben und unten das Spektrum eine GEISSLERLampe der jeweiligen Edelgasart wiedergegeben
140
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 14. 1964
Das Xe-Kontinuum eiitsteht nach
Xe’
+ Xe + X e - t
Xe;
+ Xc
l)
im DreierstoB dnrch die Reaktion :
(A);
Xe;+
Xe f Xe
+ hv
(B).
Beide Prozesse ereignen sich im reinen Xe bei Driicken oberhalb 100 Torr
innerhalb einiger lo-* sl). Der Ar-Zusatz fuhrt zu einem entweder mit (A) oder
(B) konkurrierenden ProzeB, der in vergleichbarer oder gar kurzerer Zeit ablauft und durch welchen angeregte ArXe-Molekule entstehen. In Frage kommen
die folgenden beiden Prozesse :
+ Xe + Ar + ArXe‘ + Xe
+
+
(A’) bzw. X e i
Ar + ArXe’
Xe (B’).
Mit (A’) bzw. (B’) ist son-ohl die Schnachung des Xe-Kontinuams als auch die
Bildung der ArXe-Molekule erklart. Bls KonkurrenzprozeB sind sie nur wirkSam, wenn sie ebenfalls innerhalb einiger 10-8 s ablaufen. Da die gemessene Abklingzeit der Ar/Xe-Banden bei 2 . lop7 s liegt, mu6 dies die Lebensdauer des
angeregten ArXe-Molekuls sein.
Xe’
S c h n e l l e K o m p o n e n t e n (Abb. 2)
FRIEDL
hat schon die t,(p)-Kurvender Gesamtlnmineszenz gemessen6). Das
erste der von ihm gefundenen beiden Maxima erwies sich jedoch ohne physikalische Bedeutung ; nach der Zerlegung des Lumineszenzlichtes mit Interferenzfiltern war es nicht mehr beobachtbar.
Die schnellen Komponenten folgendsr zwei Gasmischungen wurclen untersucht :
Xe ( z Torr) 0 < z < 400 Torr,
(a): Ar (20 Torr)
Xe (20 Torr)
(b): Ar ( 2 Torr)
+
+
.
I n beiden Gemischen erhalt man mit jedem der Filter 472, 452 und 432 die t,( p ) Kurven uberlagerter Xe- und Ar- Funken-Linien (t,= 1 bis 4 ns). Im Sy-
&-Y 10
0
100
200
-
400 Tarr
300
%e
Abb. 2 . Die Abklingzeiten der schnellen Bomponenten t,eines Ar/Xe-Gemisches in Ablikngigkeit vom Xe-Partialdruck p X e ; pAr= 20 Torr
fiir Interferenzfilter mit Maximum bei 45%nm, 472 nm
0
-
~
x
--
432 nm
oszillographisch
~
-A
6,
398 nni
W. FRIEDL,
Z. Naturforschg. lSa, 359 (1960).
gemessen
E. KUGLER:i'ber die Lumjneszenz der Edelgasgemjsclie Ar/Xe, Kr/Xe, Ar/Kr 141
stem (b) ist 5, vom Druck fast iinabhangig. I m System (a) durclilauft z , ( p )
wegen des Xe-Kont'inunms ein flaches Maximum. Mit dem Filter 3'38 erhalt man
im Syst'em ( a ) die t,7(p)-Kurvedieses K o n t i n u u m s . Wie in reinem Xenon ha't
sie bei
w 100 Torr ein Maximum; die Bbklingzcit T , ist
~
jedoch durch den
Ar-Zusatz erheblicli verkiirzt. Das steht in Einklang mit der Vorstellung: daB
die Intensit'atsa,bna,hmedes Xe-Kontinuums bei Argonzusatz von einem Konkurrenzprozefi benirkt n-ird. Fur das Pvlaximum der (13)-Kurve erhalt ma'n
phasenfluorometrisch 1 9 ns, oszillographisch 5, 14: 18 ns (bei 130 Torr Xe und
10 Torr Ar).
C. Krypton/Xenon
1. Spektren (Abb. 1)
Bei einein Miscliungsverlialtnix von 1: 1 sind in diesem Gemisch gegenuber
den XeI-Linien die K r I-Linien sehr schwacli. Wenn das Krypton ini u b e r schuB vorhanden ist ( p ~ ~ , : p=
x c3 : I),so werden auch die KrI-Linien intensiver.
Das Xe-Kontinuum erscheint aucli bei Kr-Zusatz.
I n dein Gemisch erscheint die KrXe-Bande4) aufierordeiitlich intensiv. Bei
einem Totaldruck von etx3 a 30 Torr ist sie nur bei einem Partialdruckverhaltnis
pKr:pl,eti\a 1 : 1 beobachtbar. 1st aber ptot> 100 Torr, so kann pKr:psczwischen 0,Ol und 100 variieren, ohne daS die Bande verschwindet. Die Kante dies e r n a c h v i o l e t t abschattiertenBande fallt mit d e r X e I - L i n i e 4 9 2 3 A ( u b e r gang von 3p9 und 16,) zusammen. I n der Nkhe dieser Kante ist eine S t r u k t u r
zu erkennen; die Wellenlangen von 8 ziemlich unscharfen Maxima sind 4898,
1888, 4872, 48*58,3843, 4828,4817,3800 8.Die Bande erstreelit sich aber noch
vief neiter ins knrzn-ellige Gebiet.
0. Abklingzeilen
L a n g s a in e K o m p o n e n t e n
Die langsam abklingenden Komponenten folgender Systeme n urden unterhucht :
Xe ( x Torr) ,
(a): K r ( 2 0 Torr)
( b ): K r ( x Torr) Xe (20 Torr) ,
+
+
( c ): Kr
- Torr)
Xe
- Torr) .
Der intensivste Teil der Kr/Xe-Bande n-ird niit den1 Filter 484 erfaBt. I n desseri
Dnrchlassigkeitsbercich befinden sich auch einige intensive Xe I-Linien, die die
r,-Werte ctnas verfalschen lionnrm, Sie sind deshalb hochstens auf 20% gcnau.
Bei den Systenien ( a ) und ( b ) erlialt man als Abklingdauer der Kr/Xe-Bantle:
+I = 0.6 bis O . i ps hei allrn Drucken. Beim System ( c )ergibt sich cine schwache
Druckabhangiglieit. Die abklingkurve besteht aus mindestens zm-ei Exponentialfunktiorieri mit deli A4blilingdauern TI = I , > , u s ; bzw. 5'; = 0 , l b p s fur das
= 200 Torr.
Gemisch p ~ =,
I n der langeren Komponente ist sicher die Storung durch die XeI-Linieii
entlialteii. Ein einfaches exponentielles Abklingen tier Kr/Xe-Bande ist aber
iiach der folgenden -4nnahme uber das Entstehen der KrXe-Molckiile gar nicht
zii erv arten.
142
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 14. 1964
Da die Bandenkante mit der XeI-Linie 4923 A (Ausgangsterm 3 p 9 ) zusammenfallt, ist die Vermutung naheliegend. dal3 die Bande von KrXe ( 3p,)-Molekulen emittiert wird. Daraus ergeben sich ahnliche Konsequenzen wie beim
ArXe-Molekul: Die groRte Dichte der Sp,-Zustande des Xe-Atoms wird von den
primaren Elektronen erzeugt. Wie alle angeregten Xe-Atome, melche Licht im
Sichtbaren emittieren konnen, verschuinden auch die Xe ( 3p,)-Atome innerhalb von einigen
s durch spontane Emission oder Xe,-Bildung oder evtl.
den HoRNBECK/MOLNAR-Prozefi. Aus der groflen Relativintensitat der Kr/XeBande folgt sodann, daR durch die KrXe(Sp,)-Bildung alle diese Prozesse verdrangt werden ; der Bildungsquerschnitt muB deshalb auBergewohnlich groB
sein (G m
cmz) und ein GroRteil der KrXe(Sp,)-Molekule demnach innerhalb von 1 0 F s entstehen. Aber auch durch die dissoziative Rekombinationl)
entstehen laufend Xe (3p,)-$torne, die sofort wieder unter KrXe (3p,)-Bildung
reagieren. Das Abklingen der Kr/Xe-Bande wird daher durch das Ablilingen der
dissoziativen Rekombination mitbestimmt. Es ist aus diesem Grunde schwierig,
aus der Abklingkurve der Kr/Xe-Bande die Lebensdauer der angeregten KrXeMolekule zu bestimmen. Jedoch durfte die kurzere der oben angefuhrten Abklingzeiten ti = 1,5 . lo-' R der Lebensdauer der angeregten KrXe-Moleliule
am nachsten liommen.
S c h n e l l e K o m p o n e i i t e n (Abb. 3)
Die schnell abklingenden Komponenten bei den Mischsystemen (a) und (b)
wurden ebenfalls untersucht. Die t,(p)-Kurven der Filter 452 und 432 geben bis
zu eincm Totaldruck von etwa 80 Torr die Abklingzeit der uberlagerten K r I I und XeII-Linien wieder (1ns < z, < 3 ns). Bei lioheren Drucken steigen sie
leicht an, was auf Uberlagerung mit der Emission der Kr/Xe-Bande und des XeKontinuums zuruckzufiihren ist. Spektrographisch ist nicht zu entscheiden, ob
das Kontinuum bei 4000 A noch ein Auslaufer der Kr/Xe-Bande ist oder von
Xe,-Molekiilen emittiert wird. Die t,(23)-Kurve des Filters 398 spricht fur das
1 :;
t-Y
70
0
200
900
300
5%
-
400 Torr
Abb. 3. Die Abklingzeiten der schnellen Komponenten T, eines Kr/Xe-Gemisches in'dbllln.
gigkeit vom Kr-Partialdruck pKr;pxr = 20 Torr
PO-fur Interferenzfilter mit Maximum bei 452 nm, 514 nm, 677 nm,
- -?(-432nm
0
oszillographisch gemessen
-0398nm
~
~
E. KUGLER:
n b e r die Lumineszenz der Edelgasgemische dr/Xe, Kr/Xe, Ar/Kr
143
lctztere: Sie durchlauft fur beide Systeme - - genau wie beim reinen Xenon1) in der Gegend von ptot= 100 Torr ein Maximum. Die Werte liegen allerdings
etwas niedriger als beim reirieii Xe:
K r (20 Torr)
+ Xe (85Torr):
T~
= 25 ns; phasenfl.
T~
= 30 ns; oszill.
(b): Xe (20 Torr)
+ Kr (95 Torr) :
z, = lfi
ns; phasenfl.
(a):
z, = 2 7 ns; oszill.
D. Argon/Krypton
1. Syektren (Abb. 1)
Bei einem Mischungsverhaltnis von 1: 1 n-erden die K r I-Linien mit ziemlicher Intensitat emittiert, wahrend die blauen Ar I-Linien nur ganz schn-ach erscheinen. Bei Kr-Partialdrucken uber 100 Torr erscheint das Kr-Kontinuum.
Ein Ar/Kr-Gemisch eines Totaldruckes ptot m 100 Torr und eines Druckverhaltnisses p A r : p K r m 1: 1 luminesziert tief rot, wahrend die Lumineszenz des
reinen S r dem Auge blaubiolett iind die des reinen K r gelblich erscheint. Verantwortlich fur dieses rote Leuchten von Ar/Kr-Gemischen ist eine intensive,
nach violett abschattierte Bande bei etwa 6-100 A. Falls ptot > 200 Torr, wird
~r
0.1 und 10 variiert.
sie auch dann noch stark emittiert, ~ e n pn A i r : p zwischen
Die ziemlich scharfe Kante dieser Bande hat eine Wellenlange I. = (6137 & 3) A.
(Ahnliche Fehler haben auch die folgenden Wellenlangenangaben.) Die Bandc.
die sich von ihrer Kante aus bis etn-a (i000 erstreckt, h a t - \vie auch die
Ar/Xe - und die Kr/Xe-Banden -- eine Struktur: d u f das sich unmittelbar a n
die Kante anschlienende Hauptmaximum bei 6-12.5 A folgen 15 n-eiterc verschwommene Maxima mit :
6388; 6353; 6320; 6289; 6260; 6226; 6202: 6183; 6165; 6149; 6131; 6112; 6093;
6071 ; 6053 A.
Diese Bande, die in der Literatur nicht verzeichnet ist, wird vermutlich von
ArKr-Molekulen cmittiert. Zunachst lag es nahe, sie Verunreinigungen zuzuschreiben. Bei Zugabe von Luft, 0, und N2verschwindet sie jedoch (schon bei etma 0,5%
Verunreinigungen). AuRerdem nimmt ihre Intensitat innerhalb von 5 bis 10 Minuten sehr stark a b ; die Ursache dafiir sind vermutlich die von den Wanden der
MeRkammer desorbierenden Gase. Der Sauerstoff ist das einzige als Vcrunreinigung in Frage kommende Molekul, welches in der Nahe von 6:S.i A ebenfalls die
Kante einer violett abschattierten Bande besitzt. Bei 6418 A befindet sich der
(0 --f 1)-Ubergang der 1. negativen Griippe des 0;. Diese Bande kommt aber im
vorliegcnden Falle nicht in Frage : denn sonst miiBte auch bei 6026 die Bande
des (0 + O)-Ebergangs erscheinen; es n i r d jedoch im ganzen sichtbarcii Spekt r u m keine weitere Bande cmittiert.
a
2. Bbkliiigzeiten
L a n g sa m e K om p o n e n t e n
Die langsani abklingenden Komponenten wurden a m System (a): d r (50 Tom)
K r (z Torr) iintersucht. SuBerhalb des Spektralbereichs der Ar/Kr-Bandc
haben sie nahezu die gleichen z[-Werte n ie reines Krypton desselben Drnckes.
+
144
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 14. 1964
Diese langsamen Anteile der Lumineszenz stammen daher vom Kr - K o n t i nuuml).
Das Ablilingverhalten der Ar/Kr-Bande murde mit dem Interferenzfilter ti40
und dem Kantenfilter RG 2 untersucht. Man erhalt groBenordnungsmaDig die
gleichen q-Werte wie bei den Ar/Xe- bzw. Kr/Xe-Banden; lediglich die Drnclrabhangigkeit ist ausgepragter:
Ar (50 Torr)
+ K r (110 Torr)
+ Kr (170 Torr)
Br (50 Torr) + K r ( 2 j O Torr)
Ar (50 Torr)
tl =
0,43 ps,
tl =
0 , 3 ps,
0,2 ps.
tl =
Eine eindeutige Aussage iiber den BildungsprozeR der ArKr-Molekiile ist aus den
vorliegenden Experimenten nicht zu gewinnen, z. B. konnten die ArKr-Molekule
iiber m e t a s t a b i 1e Ar-Atome gebildet werden. Der BildungsprozeB
+
Arn% K r
+ K r (oder Ar) + ArKr ( 2 p ) + K r (oder Ar)
ist energetisch gut moglich. Denn die metastabilen Ar-Niveaus haben ungefahr
die gleiche Energie wie die Kr(2p)-Niveaus, von denen die roten und gelben
K r I-Linien emittiert werden.
Schnelle Komponenten
I m blauen und violetten Spektralgebiet ergeben sich beim System Ar
(20 Tom)
Kr (z Torr) ungefahr die gleichen Werte wie bei reinem Kr. Es
handelt sich dabei iiberwiegend um KrII-Linien, die mit z, = 2 bis 3 ns rasch
abklingen.
+
E. Edelgas/Sauerstoffbanden (Abb. 4)
I n Xenon/ S t i c k s t of f - Gemischen erscheint bei hohen Reinheitsgraderi
eine sehr intensive griine Bandengruppe. Obwohl sie bei Zusatz von Verunreinigungen, insbesondere von S a u e r s t o f f , verschwindet, handelt es sich dabei
urn die bereits 1946 b e o b a ~ h t e t e n ~ )XeO
~ ) , (lS,)-Banden. Entsprechend gibt es
auch ArO (1So)-Banden9)10).
Bei der Bandenemission findet der Elektronenubergang 0 ('So)--f 0 (ID2)statt, dem die Emission der grunen Nordlichtlinie 5577 d
entspricht. Durch die Molekulbildung wird das Ubergangsverbot des m e t a s t a b i l e n O(lS,)-Atome aufgehoben. Die ArO- ebenso wie die XeO-Bande befindet sich daher in der Nahe von 5577 A.Es laufen demnach folgende Prozesse
ab (X = Edelgasatom): X
X
O(IS,) + XO(lSo) X und XO(lSo)-+
XO1(D0) h v .
Eine Erklarung dafiir, daB Edelgas/Sauerstoffbanden bei Anwesenheit von
zuviel Sauerstoff verschwinden, bei Anwesenheit von Stickstoff jedoch verstarkt werden, wurde zuerst in 9, gegeben:
1. Das fur die Molekiilbildung notige metastabile 0 (%',)-Atom gibt seine
Anregungsenergie mit grol3em Wirkungsquerschnitt durch StoBe 2. Art an 02-
+
+ +
+
') C. KENTY,J. 0. AICHER, E. B. KOEL, A. PORITZKY
u. V. PAOLINO,Physic. Rev.
69, 36 (1946).
8 , R . HERXAN,
Compt. Rend. 222, 49%(1946).
g, H. G. JENKINS,
J. N. BOWTELL
u. R. W. STRONG,
Nature 163, 401 (1949).
lo) c. D. COPPER u. M. LICHTEKSTEIN, Physic. Rev. 109, 2026 (1958).
E. KUGLER:
c b e r die Lumineszenz der Edelgasgemische Ar/Xe, Kr/Xe, Ar/Kr
145
+ 0, +-0 + 0,; vermutlich existiert auch der ProzeB
+ 0, + 0.;+ 0 + X. Mittels beider Prozesse wirkt 0, anf die Ban-
Molekule a b : 0 (%,')
XO ( l , S 0 )
denemission loschend. (Die Ar0-Banden verschn inden z. B. schon bei An\+esrnheit von 0.01% O,.)
2. Durcli K,-uberschuB hingrgen entstehen NO-Molekiile gemaB N, $- 0,
--f 2NO'. Diese dissoziieren untcr Bildung weiterer 0 (lX,)-Atome: NO' ---f N
i
0 (l8J.
E s ist vrrstandlich, daB fur drrartige chemische Reaktionen eine lange Zeit
notig i s t ; a n einem Gemisch von 50 Torr Xe nnd 30 Torr N, n n r d e von uns als
Abklingzeit der Bandenemission 120 ,us gemcssen.
I n Kr/N,-Gemischen mit einem Totaldruck ptot> 100 Torr und einem Partialdruc$-~'erhaltnis p K r : p A w
2 I : 1 \\urde eberifalls eine g r u n e Bande beobachtet. Sie ist violett abschattiert iind erscheint nur, wenn die Gase sehr rein
sind. Da ihre Kante genau bei 5577 liegt, handelt es sich dabei sehr wahrhcheinlich urn die KrO(lX,)-Bantle. die in der Literatur bisher noch nicht besclirieben TI urde. Fiw ihr Entstehen in Kr/N,-Gemisclien ist sicherlich ebenfalls
der oben beschriebene Mechanismus verantu ortlich.
I
4475-k
42789
b)
Abb. 4. Edelgas/Sauerstoff-Banden
a) 65 Tom Xe
65 Torr K2
b) 20 Torr K r
180 Torr li,
+
+
Zusammenfassung
Bei BeschuB der Edelgasgemiyche Ar/Xe, Kr/Xe und Ar/Kr mit Elelitroiieri
treten neben den primar angeregten sclinell abklingenden Funkenlinien (T,= 1bir
.5ns) der reinen Elemente nnd Clem Bogenspektrum vornehmliclr drs Xenon,
sov ie den1 Xe,-Kontinuum Edelgasmolekulbanden auf, die von angeregten
Molekiden aus Atomen beider Elrmente der Mischung emittiert n erden. Wahrend die Funkenlinien beider Edelgase des Gemisches mit einem der Konzentration entsprechenden Intensitatsverhaltnis emittiert n-erden, wird hei gleichen
Partialdrucken in der Bogenlinienemission eines der Elemente stark bevorzugt.
Von diesem bevorzugten Element wird in der Regel auch ein Molekiilkontinuum
beobachtet. Dir Bogenlinienemission enthalt eine Komponente relativ langer
Xbklingdauer in der GroBenordnung einer Mikrosekunde. Am auffallendsten
sind in den drei untersuchten Mischungen die Banden der heteroatomaren Edrlgasmolekule : dirse Bandenemission h a t eine Ablrlingzeit von etu a I O-' s. Moglichc Deiitungsversuchc fur das unterschiedliche Verhalten und detaillierte Da1t)a Ann. Pliysik. 7. Folge, Bd. 14
146
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 14. 1964
t e n werden in den einzelnen Abschnitten mitgeteilt. I n Edelgas/Stickstoff gemischen tretcn als Folge einer 0,-Verunreinigung Edelgas-Sauerstoffbanden
auf, unter anderem auch eine bisher in der Literatur nicht angegebene KrOBande.
Die Arbeit wurde im Physikalischen Institut der Universitat GielSen durchgefuhrt. Herrn Prof. HANLEund Herrn Prof. SCHMILLEN
danke ich fur Anregungen, Betreuung und Ratschlage, der Deutschen Forschungsgemeinschaft fur
finanzielle Unterstutzung.
G ie 13 e n , I. Physikalisches Inst'itut der Universitat.
Bei der Redaktion eingegangen a m 27. Dezember 1963.
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