DE1114587B - Hochleistungsgasentladungs-Blitzlampe - Google Patents

Description

INTERNAT.KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

U5619Vnic/21f

ANMELDETAG: 19. SEPTEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

5. OKTOBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochleistungsgasentladungs-Blitzlampe mit einem innerhalb des Lampengefäßes in Richtung der Entladung verlaufenden und zu deren Einschnürung dienenden Magnetfeld.

Vorrichtungen dieser Art eignen sich zur Untersuchung des Verhaltens sehr heißer Plasmen. Darüber hinaus erzeugt eine energiereiche Gasentladung einen außerordentlich intensiven und zeitlich genau lenkbaren Lichtblitz, der besonders geeignet ist, um Momentbelichtung für photographische Zwecke zu erzielen.

Die Temperatur des Plasmas, das durch eine energiereiche elektrische Entladung in einem Gas erzeugt wird, wird durch adiabatische Einengung des Piasmas, die auf der einengenden Kraft des die Entladung umgebenden ringförmigen Magnetfeldes beruht, beträchtlich erhöht. Der Ort und die Dauer der eingeengten bzw. zusammengedrückten Entladung kann mittels eines zweiten Magnetfeldes stabilisiert werden, das mit der Entladungsrichtung fluchtet.

Vorrichtungen zur Erzeugung energiereicher Entladungen für Laboratoriumsuntersuchungen oder andere Anwendungszwecke der obengenannten Art sind bisher aus einem glasartigen Material, wie Quarz, Keramik, Porzellan oder Glas, hergestellt worden. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung solcher, während der Entladung verdampfender Materialien zu einer Verunreinigung des Gases führt, das der Ionisation und Erhitzung unterliegt. In der Tat führt auf Grund des Erfordernisses, eine hohe Reinheit eines gegebenen, der Ionisation unterliegenden Gases beizubehalten, die sich durch das Gefäßmaterial ergebende Verunreinigung dazu, daß die bisher bekannten Vorrichtungen in vielen Fällen auf den einmaligen Einsatz beschränkt sind. Auf Grund von schaltungstechnischen Erwägungen ist ferner die Dicke der Gefäßwand auf einen Wert beschränkt, der den Einsatz des Gefäßes auf Grund seiner Empfindlichkeit gegen Bruch bei dem sich ergebenden Schock auf mäßige Energien begrenzt.

Bei einer bekannten gas- oder dampfgefüllten Bogenentladungslampe ist die Entladungsröhre fest zwischen den Pohlschuhen eines permanenten Magneten oder eines Elektromagneten mit Eisenkern angeordnet. Bei dieser Lampe wird innerhalb des Lampengefäßes in Richtung der Entladung ein Magnetfeld erzeugt, das zur Einschnürung der Entladung dient. Lampen dieser Art sind infolge ihrer Kopplung an einen Magneten sehr schwer und unhandlich.

Erfindungsgemäß wird eine leichte handliche und leistungsfähige Gasentladungs - Blitzlampe geschaffen, HocHeistungsgasentladungs-Blitzlampe

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission, Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Oktober 1957 (Nr. 689 017)

Vernal Josephson, Palos Verdes Estates, Calif.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

indem innerhalb des Lampengefäßes im wesentlichen konzentrisch zur Entladungsstrecke eine Wendel aus einem elektrisch hochleitfähigen Metallband vorgesehen ist, die sich im wesentlichen zwischen den Lampenelektroden erstreckt und an deren Enden eine besondere Stromquelle zur Erzeugung des Magnetfeldes, deren Spannung kleiner sein muß, als sie zur Erzeugung der Gasentladung erforderlich ist, anschaltbar ist.

Hierdurch wird das Magnetfeld im Inneren des Lampengefäßes durch eine Metallbandsäule erzeugt, wodurch die Lampe nicht mehr durch einen Magneten beschwert wird, und außerdem wird durch die Spulenwendel ein Teil der Strahlung, die infolge der Entladung auftritt, gegen das Lampengefäß abgeschirmt, wodurch Verunreinigungen der Gasfüllung weitgehend vermieden werden.

Besonders vorteilhaft ist es, den zylindrischen Teil und eine der Endwandungen des Lampengefäßes aus Metall herzustellen. In diesem Fall ergibt sich zusammen mit der Entladungsstrecke ein einseitig geschlossener Koaxialleiter, der zu einer extrem niederen Induktivität der Anordnung führt. Hierdurch lassen sich besonders starke Entladungsströme und eine sehr kurze Stromanstiegzeit erzielen.

An Hand der Figuren soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden.

Das zylindrische Gehäuse 11 der Blitzlampe kann aus Metall bestehen. Im Hinblick auf eine Verunreini-

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gung des Gases braucht es aber nicht aus Metall zu bestehen, da es von einer anderen Einrichtung in der nachstehend beschriebenen Weise gegen die Entladung abgeschirmt ist. Es ist jedoch vorteilhaft, einen den Strom hervorragend leitenden Außenbehälter 11 zu verwenden.

Symmetrisch zur Mittellinie des Behälters 11 ist ein Hauptentladungselektrodenpaar 19, 21 vorgesehen. Die Elektrode 21 steht in unmittelbarer elektrisch leitender Verbindung mit dem einen Ende des Hüllgefäßesll, die Elektrode 19 ist mittels Isolierelementen 23 im anderen Behälterende isoliert angeordnet. Diese Elektroden 19, 21 dienen dazu, in Längsrichtung des Hüllgefäßes 11 eine ionisierende Entladung aufzurichten.

Wie früher erwähnt, unterliegt eine solche Entladung bei sehr hoher Energie einer Einengung unter dem Einfluß ihres eigenen ringförmigen Magnetfeldes. Ein solches eingeschlossenes, im Querschnitt zusammengedrücktes Plasma ist jedoch im Raum unstabil, und es ist erwünscht, zu einer Stabilisierung ein Magnetfeld vorzusehen, dessen Kraftlinien in der Richtung der Entladung verlaufen.

Gemäß der Erfindung wird eine leitende Abschirmung vorgesehen, welche die Bahn der ionisierten Entladung umgibt. Diese leitende Abschirmung besteht aus einer Wendel 13 aus einem hochleitfähigen Metallstreifen, beispielsweise Kupferband, mit einer solchen Windungszahl, daß sie ein Solenoid bildet. Die Enden der Wendel sind an die zugehörigen Elektroden 19 bzw. 21 angeschlossen. Benachbarte Windungen des Solenoides müssen sich in einem ausreichenden Abstand voneinander befinden, daß zwischen ihnen unter der Einwirkung des angelegten Potentials kerne elektrische Entladung erfolgt. Um die Plasmazone vollständig in metallische Flächen einzuschließen, ist eine zweite Wendel 15, deren Steigung derjenigen der ersten Wendel 13 entspricht, über der ersten Wendel und gegen dieselbe versetzt vorgesehen. Die äußere Wendel 15 muß ferner isoliert auf der inneren Wendel 13 gehalten werden, wozu zwischen den beiden Solenoiden isolierte bandartige Elemente 17 vorgesehen sind. Der Isolierstoff 17 liegt außerhalb des Entladungsweges, auf welchen die Ionen auftreffen können, und führt auf diese Weise nicht zur Verunreinigung des der Erhitzung unterliegenden Gases. Die hohe Leitfähigkeit der metallischen Flächen verhindert das Verdampfen des Metalls und beseitigt dementsprechend die nachteilige Verunreinigung des Gases.

Zur Erzeugung des stabilisierenden Längsmagnetfeldes ist eine Spannungsquelle vorgesehen, die beispielsweise den Kondensator 24 auflädt und die über die Wand des Hüllgefäßes 11 und Verbindung 33 an das eine Ende der inneren Wendel 13 und über Elektrode 19 und Verbindung 35 an das andere Ende dieser Wendel angeschlossen ist. Im Betrieb wird diese Spannungsquelle 24 durch Schließen des Schalters 25 an die Wendel 13 angelegt, bevor man die Hauptentladung durch das Gas zwischen den Elektroden 19, 21 erzeugt. Die Hauptentladung wird durch Schließen des Schalters 29 erhalten, der mit dem eine hohe Kapazität aufweisenden Hochspannungskondensator 27 in Reihe liegt. Der Stromkreis zwischen dem Kondensator 27 und der Gassäule wird von dem Hüllgefäß 11, der Elektrode 21, der Elektrode 19 und dem Schalter 29 gebildet. Die Wendelform des Solenoides 13 weist eine beträchtlich höhere Induktivität als die ionisierte Bahn zwischen den Elektroden 19, auf und ergibt daher in bezug auf das Hauptentladungspotential im wesentlichen einen offenen Kreis.

Ein Vorteil von beträchtlicher Bedeutung, der sich aus der Verwendung von Metall für das Hüllgefäß ergibt, besteht darin, daß das Hüllgefäß zusammen mit der Ionenentladung in der Auswirkung eine Koaxialleitung geringer Impedanz bildet. Hierdurch wird eine sehr hohe Amplitude der Stromentladung wie auch eine Energieerhaltung durch die Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes ermöglicht.

Versuche mit einem solchen Rohr, wobei die SoIenoidinduktivität das ungefähr Fünffache der Gesamtinduktivität des Entladungskreises und die Anfangsspannung der Hauptentladungsspannungsquelle 27 V je Verbindung betrug, ergaben keine Verschlechterung der in dem Rohr auftretenden sichtbaren Zusammenschnürung. Die Zeit, in welcher die Entladung stattfindet, ist viel kürzer und konstanter als in üblichen rohrförmigen Gasentladungslampen.

Zur Ausnutzung des sehr intensiven Lichtes solcher Entladungen ist in dem äußeren Solenoid 15 ein Fenster 30 und in der Wand des Hüllgefäßes 11 ein Fenster 32 aus glasartigem Material vorgesehen.

An das Entladungsrohr sind über Leitungen und zugehörige Ventile eine Reinigungseinrichtung 12 für das Hüllgefäß und eine Gasquelle sowie Zufuhreinrichtung 14 angeschlossen.

Es hat sich gezeigt, daß eine in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildete Blitzlichtlampe mit ihrer vollständig von Metall gebildeten Oberfläche, welche Bruch und Verunreinigung verhindert, die Erzeugung eines axialen Magnetfeldes erlaubt, das sich vollständig innerhalb des Gases befindet und daher eng mit der Entladung gekoppelt ist und die präzise zeitliche Lenkung der Entladungen erlaubt.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hochleistungsgasentladungs-Blitzlampe mit einem innerhalb des Lampengefäßes in Richtung der Entladung verlaufenden und zu deren Einschnürung dienenden Magnetfeld, dadurch ge kennzeichnet, daß innerhalb des Lampengefäßes im wesentlichen konzentrisch zur Entladungsstrecke eine Wendel (13) aus elektrisch hochleitfähigem Metallband vorgesehen ist, die sich im wesentlichen zwischen den Lampenelektroden (19, 21) erstreckt und an deren Enden eine besondere Stromquelle (24) zur Erzeugung des Magnetfeldes, deren Spannung kleiner sein muß, als sie zur Erzeugung der Gasentladung erforderlich ist, anschaltbar ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (13) zur Bildung einer die Entladungsstrecke lückenlos umgebenden metallischen Schirmhülle eine weitere ihr gegenüber isolierte (17) Metallbandwendel (15) größeren Durchmessers trägt, die die Zwischenräume zwischen den Windungen der inneren Wendel abdeckt, und daß in der Schirmhülle, vorzugsweise im äußeren Wendelband (15), eine Lichtöffnung (30) vorgesehen ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lampengefäß (11) aus einem länglichen beidseitig geschlossenen Zylinder besteht, daß der Zylinder und seine eine Endwand (11) aus Metall und die andere Endwand (23) aus Isolierstoff besteht, daß die Elektroden

(19,21) an den Endwandungen angebracht sind, daß der Zylinder ein mit der LichtöfiEaung (30) fluchtendes Fenster (32) aufweist und daß vorzugsweise das Gefäßmetall (11) als Stromzuführung für die eine Elektrode dient.

4. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Innenwendel (13) an die benachbarten Elektroden (19,21) angeschlossen sind und daß die Innenwendel (13) eine wesentlich höhere Induktivität hat als die Entladungsstrecke.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 716 509, 890 990, 954983,971409;
britische Patentschrift Nr. 592 626.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen