DE1040146B - Vorrichtung zur Erzeugung hoher Temperaturen unter Erzeugung einer Ionenwolke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein das Erhitzen von Stoffen in gasförmigem Zustand, wobei im wesentlichen ein stofflicher Energieverlust des erhitzten Körpers durch Konvektion aus der erhitzten Zone oder Überleitung zu den Wandungen des Behälters verhindert wird. Die Erfindung betrifft im besonderen eine Vorichtung zur Erzeugung hoher Temperaturen unter Erzeugung einer Ionenwolke bzw. eines Ionenplasmas aus einem Gas unter Einwirkung einer elektrischen Entladung innerhalb eines Reaktionsraumes und ist durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale a) und b) sowie des neuen Merkmales c) gekennzeichnet:

a) Es wird ein konzentriertes Magnetfeld angewendet unter Verwendung von stromdurchflossenen Spulen;

b) das Magnetfeld ist impulserregt;

c) der Reaktionsraum selbst bleibt im wesentlichen frei von dem aufgedrückten Magnetfeld.

Da sich der relative Anteil an der einem gasförmigen Körper zugeführten Energie, der durch Konvektion oder Überleitung verlorengeht, sehr schnell mit der Temperatur vergrößert, besitzt die Erfindung ihren größten Wert bei der Erzeugung ultrahoher Temperaturen und besonders von Temperaturen, die oberhalb des Schmelzpunktes oder sogar oberhalb des Verdampfungspunktes schwer schmelzender Stoffe, die zur Aufnahme des erhitzten Stoffes verfügbar sind, liegen, wobei jedoch die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien von allgemeinem Nutzen sind und beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb derjenigen, bei der das zu behandelnde Gas ionisiert wird, angewendet werden können. Daher besteht für die Anwendbarkeit der Erfindung keine bestimmte untere Grenze. Die obere Grenze wird bestimmt durch eine Anzahl von Faktoren, die sich mit dem behandelten Stoff ändern. Eine solche Grenze kann der Punkt sein, an dem der Energieverlust durch Strahlung so schnell erfolgt, wie Energie zugeführt werden kann, oder es kann der Punkt sein, an dem der von dem erhitzten Gas erzeugte Druck nicht mehr geregelt werden kann. Wie später noch gezeigt wird, machen die bei der Erfindung verwendeten Hilfsmittel selbst diese Begrenzungen weniger einschränkend, als es zunächst scheinen mag, und so stellt, da alle bekannten Substanzen bei genügend hohen Temperaturen gasförmig werden, die Beschränkung auf Gase nur eine Begrenzung in bezug auf den Zustand und nicht auf das Material dar.

Es gibt verschiedene Zwecke, für welche die Erzeugung von sehr hohen Temperaturen von Wert ist. Viele Reaktionen finden nur bei hohen Temperaturen statt, die unter anderen Bedingungen nicht vor sich gehen. Als allgemeine Faustregel für chemische Re-Vorrichtung

zur Erzeugung hoher Temperaturen
unter Erzeugung einer Ionenwolke

Anmelder:

Zenith Radio Corporation,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Mai 1955

Winfield W. Salisbury, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

aktionen kann beispielsweise gelten, daß sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei jeder Temperaturerhöhung um 10° C annähernd verdoppelt. Beispielsweise kann die Hochtemperaturspektroskopie sowohl in der Grundlagenforschung als auch bei der Kontrolle industrieller Prozesse ein außerordentlich wertvolles Hilfsmittel sein, und es gibt verschiedene andere Zwecke, für die die Möglichkeit zur Erzeugung ultrahoher Temperaturen von Wert sein würde. Die Erfindung wird in ihrer Anwendung auf die beiden besonders erwähnten Gebiete beschrieben, kommt jedoch für die Erzeugung und die Regelung von extrem hohen Temperaturen für alle Zwecke in Betracht und nicht nur für die Anwendung der so erzeugten Temperaturen

4" in speziellen Anwendungsgebieten.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung, die Stoffe in gasförmigem Zustand auf ultrahohe Temperaturen unter genau regelbaren Bedingungen bringt, wobei übermäßige Temperaturerhöhungen in der Vorrichtung, in der solche hohen Temperaturen erzeugt werden, verhindert werden; in dem Halten solcher Vorrichtungen innerhalb eines Temperaturbereiches, in dem die zum Aufbau verwendeten Stoffe ihre Festigkeit und normalen physikalischen Eigenschaften behalten; in der Schaffung einer Einrichtung zum Erhitzen eines kleinen Gasvolumens innerhalb eines größeren Körpers ohne stofflichen Energieverlust durch Konvektion in den größeren Körper während des Erhitzungsvorganges;

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in der Schaffung einer Vorrichtung, in der ein Gaskörper innerhalb eines Behälters ohne Leitungsverlust an den Behälterwänden erhitzt werden kann, so daß die in dem erhitzten Gas erzielbaren Temperaturen keine Begrenzung erfahren, in der Schaffung einer Einrichtung zum Erzeugen ultrahoher Augenblickstemperaturen innerhalb eines Gaskörpers, während die Durchschnittstemperatur auf mäßigen Werten gehalten wird; in der Schaffung einer Einrichtung, in der bestimmte Stoffe veranlaßt werden können, sehr große Energiemengen bei extrem kleinem Verlust durch Konvektion, Leitung oder Strahlung zu absorbieren; in der Schaffung einer Heizapparatur, in der die von der Erhitzung erzeugten mechanischen Beanspruchungen von dem Beharrungsvermögen der Teile der Apparatur und nicht durch übermäßige Gewichte der Querschnitte der Teile aufgenommen werden; in der Schaffung einer elektrischen Heizeinrichtung, in der elektrische Beanspruchungen ohne die Verwendung schwerer Isolatoren oder die Gefahr des Durchschlagens der verwendeten Isolation aufrechterhalten werden können; und in der Schaffung einer Vorrichtung, in der durch Anwendung der Impulstechnik der nichtlineare Charakter der Energieverluste aus Stoffen bei hoher Temperatur zum Vorteil des Verfahrens ausgenutzt werden kann.

Eine nach der Erfindung gebaute Vorrichtung zum Erzeugen hoher Temperaturen umfaßt eine Einrichtung zum Ausbilden eines konzentrierten magnetischen Feldes, das im wesentlichen einen Reaktionsraum umgibt, und aus einer Einrichtung zum Erzeugen einer Ionenwolke oder -plasma in dem Reaktionsraum in Gegenwart des magnetischen Feldes. Die Erfindung beruht auf drei bereits bekannten Tatsachen, erstens werden Gase bei Erwärmung ionisiert und können selbst bei mäßig hohen Temperaturen vollständig ionisiert werden, wobei das erhitzte Gas sich selbst in eine Wolke oder Plasma von Elektronen und positiv geladenen Ionen auflöst, zweitens wird die Temperatur des erhitzten Gases bestimmt von der Durch-Schnittsgeschwindigkeit seiner Komponententeilchen, drittens wird ein geladenes Teilchen, das transversal in ein magnetisches Feld eintritt, aus seiner gradlinigen in eine kreisförmige Bahn abgelenkt, während ein in Längsrichtung des Feldes wanderndes Teilchen nicht abgelenkt wird.

Erfindungsgemäß sind Einrichtungen zum Ausbilden eines lokalisierten und sehr kräftigen magnetischen Feldes vorhanden, das im wesentlichen einen Reaktionsraum umgibt oder einschließt, der ein kleines zu erhitzendes Gasvolumen enthält, das am zweckmäßigsten ein kleiner Teil eines größeren umgebenden Gaskörpers ist. Dieses kleine Volumen wird erhitzt und ionisiert, vorzugsweise durch Hindurchleiten einer elektrischen Entladung, wie eines Funkens, durch den Reaktionsraum in Richtung der Symmetrieachse des Feldes, das diesen umschließt. Bis zu dem von dem einschließenden Feld bestimmten Ausmaß unterliegen die den Gasionen erteilten thermischen Geschwindigkeiten dem Zufall mit der Tendenz, aus der erhitzten Zone zu entweichen. Da jedoch alle Teilchen geladen sind, werden sie sofort von dem umgebenden Feld abgelenkt und zurück in die Funkenstrecke gedrängt, wobei sie daran gehindert werden, in den umgebenden Gaskörper zu entweichen und diesen durch Konvektion oder durch Aufprallen auf die Behälterwände oder auf andere benachbarte Bauteile zu erhitzen und ihre Energie an diese als Wärmeleitungsverlust abzugeben. Die Temperatur, auf die das Gas innerhalb dieses kleinen Volumens erhöht werden kann, wird nur von der Stärke des magnetischen Feldes begrenzt, das die Energie der Teilchen bestimmt, die so abgelenkt werden können, daß sie zur erhitzten Zone zurückkehren, bevor sie entweichen oder auf umgebende Bauteile aufprallen, sowie von der kinetischen Energie, die den Ionen in der erhitzten Zone von dem Funken erteilt werden kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung wird das magnetische Feld, das das zu erhitzende Gasvolumen umgibt, durch Hindurchleiten eines Stromes durch zwei gleiche koaxial angeordnete Spulen erzeugt, die einen kleinen Innendurchmesser im Vergleich zu der Breite des Leiters jeder Spule im ganzen gesehen besitzen. Die beiden Spulen sind mit einem Abstand voneinander längs der gemeinsamen Achse über eine Strecke angeordnet, die in der Größenordnung des Innendurchmessers liegt und vorzugsweise annähernd gleich diesem ist, wobei der von dem Innendurchmesser der Spulen und der dazwischenliegenden Strecke gebildete Raum den vorerwähnten Reaktionsraum darstellt, der den zu erhitzenden Gaskörper enthält. Die Spulen sind so miteinander verbunden, daß sie im wesentlichen und vorzugsweise genau den gleichen Strom zur gleichen Zeit führen, d. h. sie können entweder in Serie oder parallel geschaltet werden; jedoch wird die erstgenannte Schaltung bevorzugt, da sie ein weniger sorgfältiges Abgleichen erfordert, um die Spulen elektrisch identisch zu machen, wobei vorzugsweise jede Spule aus einer einzigen Windung eines streifenförmigen Materials besteht, deren Anschlußenden Fläche gegen Fläche herausgeführt sind, um deren Leitungsinduktivität zu verringern. Ein Strom kann durch die Spulen entweder in der gleichen oder in entgegengesetzter Richtung fließen, wobei jede dieser Anordnungen gewisse Vorzüge besitzt. Erfolgt der Stromdurchgang in entgegengesetzter Richtung, so daß die hierbei erzeugten Felder längs der gemeinsamen Achse der Spulen entgegengesetzt gerichtet sind, so entsteht in der Mitte zwischen den Spulen ein im wesentlichen feldfreier Raum, wobei sich die Kraftlinien beider Felder vereinigen und als einheitliches Feld von im wesentlichen gleichförmiger Stärke radial zwischen den Spulen heraustreten.

Falls der Strom in beiden Spulen in derselben Richtung fließt, ist anfangs kein feldfreier Raum vorhanden, jedoch drängt die Ausdehnung des Ionenplasmas beim Durchgang der Funkenentladung das Spulenfeld in Richtung der Spulen, um seinen eigenen feldfreien Raum zu bilden.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen zum Hindurchleiten von Stromimpulsen durch diese Spulen, die von weniger als Mikrosekundenzeitdauer bis herauf zu 100 Mikrosekunden Dauer und sogar länger sein können, was von dem Aufbau der verwendeten Apparatur abhängt. Mit einer einzigen Spule dieser Art können extrem kräftige magnetische Felder im Innern der Spule erzeugt werden. Arbeiten die beiden Spulen gegensinnig, so wird die Induktivität der Anlage noch weiter reduziert, so daß noch stärkere Felder entwickelt werden können. Selbst mit einer einzigen Spule wurden Feldstärken bis zu 10⁷ Gauß für Zeiträume der erwähnten Größenordnung erzeugt.

Zwei Elektroden, die axial zu den beiden Spulen angeordnet sind, bilden eine Funkenstrecke, die den Zwischenraum zwischen ihnen überbrückt. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen zum Erzeugen eines Energieimpulses von ausreichender Spannung.

Wenn der Zweck der Anordnung darin besteht, das Luftspektrum bei ultrahohen Temperaturen zu unter·

suchen, so wird keine weitere Einrichtung benötigt. Im allgemeinen werden es jedoch andere Stoffe sein, deren Untersuchung oder Behandlung notwendig oder erwünscht ist. In diesem Fall wird die beschriebene Anordnung von einem gasdichten Behälter umschlossen, der vorzugsweise mit Absaugöffnungen, um zuerst die Luft zu entfernen, und mit Drucköffnungen zum Einführen des Gases oder der Gase, deren Temperatur erhöht werden soll, versehen. In diesem Falle ist es ferner nützlich, ein Fenster vorzusehen, durch das das Volumen des glühenden Gases beobachtet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden beschrieben bei bestimmten Ausführungsformen an Hand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen diametralen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, wobei die Anschlüsse an eine Absaug- und eine Druckanlage schematisch dargestellt sind,

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein teilweise schematisches und teilweises Blockschaltbild der elektrischen Verbindungen der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die die allgemeine Richtung des magnetischen Feldes in der Nähe der Funkenstrecke zeigt, wobei die magnetisierenden Spulen so angeschlossen sind, daß sie entgegengesetzt gerichtete Felder erzeugen,

Fig. 5 eine im allgemeinen der Fig. 4 ähnliche Ansieht, die den Verlauf der magnetischen Kraftlinien darstellt, wobei die magnetischen Felder die gleiche Richtung haben,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt einer abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 7 einen Querschnitt der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 8 eine Abwicklung der in der Vorrichtung der Fig. 6 und 7 verwendeten Spulen, die für parallele Erregung benutzt werden, wobei sich die Felder addieren, und

Fig. 9 eine im allgemeinen gleichartige Abwicklung der Spulenkonstruktion für die Verwendung in der Vorrichtung nach Fig. 6 und 7, wobei die Spulen in Serie geschaltet sind und die Felder gegeneinander arbeiten.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht der Behälter, der die aktiven Elemente der Apparatur aufnimmt, in erster Linie aus zwei schweren Metallscheiben 1 und 3, die vorzugsweise aus einem Material hergestellt werden, das dem Angriff sowohl des zu erhitzenden Gases als auch irgendwelchen Reaktionsprodukten, die sich beim Betreiben der Vorrichtung bilden können, widersteht. Für viele Zwecke ist rostfreier Stahl geeignet, wobei es von einigem Vorteil ist, eine der Legierungen dieses Materials zu verwenden, die im wesentlichen unmagnetisch ist. Wie aus der obigen allgemeinen Beschreibung ersehen werden kann, ist in der unmittelbaren Nachbarschaft des Behälters ein extrem dichtes magnetisches Feld vorhanden, wobei es natürlich erwünscht ist, die Verluste infolge der elektrischen oder magnetischen Induktion in dem Behälter zu vermindern. Wegen der kurzen Dauer der beim Betreiben der Vorrichtung verwendeten Impulse kommen sowohl elektrische als auch magnetische Effekte ins Spiel, wobei Verluste reduziert werden können, indem die Oberfläche des Materials entweder mit einem Höchstwiderstand versehen oder höchstleitend gemacht wird. Für den letztgenannten Zweck ist das Plattieren oder Überziehen der Innenfläche der Scheiben mit Gold, Silber oder Kupfer dort wirksam, wo diese Materialien die notwendigen chemisch nicht reagierenden Eigenschaften besitzen. Wenn zu einer solchen Plattierung gegriffen wird, so besteht ihre Wirkung darin, die wirksame Induktivität der Spulen etwas zu reduzieren, was erwünscht ist; in jedem Fall sind jedoch die Verluste von relativ kleinem Wert im Vergleich zu der gesamten Energiemenge, die beim Betreiben der Apparatur verwendet wird.

In der Nähe der Peripherie der beiden Scheiben ist ein Kreis von Löchern zur Aufnahme der Stiftschrauben 5 vorgesehen, die den Behälter zusammenhalten. Die Scheibe 1 ist mit einer öffnung 7 zum Anschluß an eine Druckanlage versehen, welche öffnung eine Leitung 9 mit einem Regelventil 11 darin zum Einlassen des zu behandelnden Gases enthält. Die Leitung kann an eine Druckpumpe 13, einen Gaszylinder oder an eine andere Quelle von unter Druck stehendem Gas angeschlossen werden, wobei die Anlage, mit einem Druckmesser 15 versehen, dargestellt ist.

Nach der Darstellung ist die Scheibe 1 ferner mit einem Fenster zum Beobachten des Bezirks versehen, in dem die Erhitzung stattfindet. Nach der Figur besteht dieses Fenster aus einer Bohrung 17, die sich diagonal durch die Scheibe auf den Funkenbereich richtet und die eine mit einem Gewinde versehene Gegenbohrung zur Aufnahme einer Dichtungsscheibe 19 aus Kupfer oder einem anderen weichen Metall besitzt, auf der eine schwere Scheibe 21 aus Quarz oder Glas ruht, die an ihrer Stelle hart an der Dichtungsscheibe von einer Hohlschraube 23 festgehalten wird. Von dem Mittelpunkt der Scheibe aus springt nach dem Inneren des Behälters eine feststehende Funkenelektrode 25 vor.

Die Scheibe 3 ist mit einer zentralen öffnung versehen, die eine mit einem Gewinde versehene Gegenbohrung zur Aufnahme einer Zündkerze 27 besitzt, deren zentraler Leiter 29 der Elektrode 25 gegenübersteht und einen Funkenspalt bildet, durch den die Energie geleitet wird, die das zu behandelnde Gas erhitzt. Die Zündkerze kann im wesentlichen von der gleichen Ausführung sein, wie sie beim Verbrennungsmotor benutzt wird, wobei der Leiter 29 von einer Isolierhülse 31 aus keramischem Material, Glimmer oder einer anderen geeigneten Isolation umgeben ist. Dichtungen oder Beilagen 33 bieten eine Abdichtung gegen die Gasdrücke, die sich im Innern des Behälters entwickeln. Eine Absaugöffnung 35 steht mit einer geeigneten Vakuumleitung 37 in Verbindung, die von einem Ventil 39 abgeschlossen wird und die mit einem Vakuummesser 41 versehen ist, der zu einer Vakuumpumpe 43 führt.

Die Wände des Behälters am Kreisumfang sind aufgebaut aus leitenden Ringen, die einen integrierenden Teil der Spulen selbst bilden, und die sich mit Ringen 45 aus Isoliermaterial abwechseln, die die Spulen voneinander trennen.

Der Aufbau der Spulen und der Ringe ist am besten aus der Fig. 2 zu ersehen. Jede Spule besteht aus zwei Hälften von fast der gleichen Gestalt, die zur Bildung einer einzigen Windung miteinander hart oder weich verlötet oder zusammengeschweißt sind. Jedes der Spulenbestandteile besteht aus einem Ring 47 mit dem gleichen Außendurchmesser wie die Scheiben 1 und 3, wobei dieser Ring an seinem Umfang herum durchbohrt ist zum Hindurchlassen von Zusammenhalteschrauben 5 und einer Isolierhülse 49 (Fig. 1), die jede Schraube umgibt. Von einer Seite des Ringes aus

springt nach außen eine Zunge 51 vor, die sich elektrisch leitend in eine Streifenzuführungsleitung 53 fortsetzt. Wird die ganze obere Spule (wie in der Fig. 2 dargestellt) mit dem Bezugszeichen 55 versehen, so erstreckt sich die nach innen vorspringende Zunge 55_}, deren Hälfte in der Zeichnung voll sichtbar ist, von der voll ausgezogenen Linie 55' aus im Gegensinne des Uhrzeigers um die eine Hälfte der winzigen kreisförmigen öffnung57 herum, die den Innendurchmesser der Spule bildet, bis zur Linie 59, wo sie mit der anderen Hälfte der Spule hart oder weich verlötet ist. Die andere Hälfte der Spule 55 besitzt eine Zunge von fast der gleichen Gestalt, die jedoch seitenmäßig umgewendet ist, wie aus der Fig. 2 ersehen werden kann, wobei die vorspringende Zunge, die die Hälfte 55₂ der Spule bildet, sich unterhalb der Hälfte 55_t von der gestrichelten Linie 55₂' aus im Uhrzeigersinn bis zu ihrer Verbindung mit der Zunge 55_t an der Linie 59 fortsetzt. Die beiden Hälften weichen insofern voneinander ab. als die Hälfte 55j an der Stelle der Linie 55₂' in der Ebene der unteren Spulenhälfte nach unten gebogen ist.

Die zweite Spule 61 ist in genau derselben Weise aufgebaut, jedoch umgewendet, wobei die inneren oder umgebogenen Leiter außerhalb des Behälters an ihren vorspringenden Zungen 51 durch ein kurzes Verbindungsglied 63 miteinander vereinigt sind. Die Speiseleitungen 53, die die äußeren Leiter der Spulen verbinden, liegen dicht übereinander mit einer Isolationsschicht 65 dazwischen.

Die Schaltung, die der beschrieJjenen und in der Abbildung dargestellten Apparatur Energie zuführt, ist in der Fig. 3 dargestellt. Diese besteht aus einer Einrichtung zum Erzeugen eines kurzen doch kräftigen Stromimpulses durch die beiden Spulen und zum weiteren Erzeugen eines Spannungsimpulses, der den Funkenspalt überspringt, während der Strom fließt. Es gibt verschiedene bereits bekannte Verfahren zum Erzeugen derartiger Impulse, wobei das dargestellte eines der üblichen ist, die gegenwärtig als das für den Zweck geeignetste angesehen wird. Die Energie zum Erzeugen des Stromimpulses kann einer gewöhnlichen 60-Hertz-Netzleitung entnommen werden, die eine Gleichrichterenergiequelle 67 von im wesentlichen der üblichen Ausführung speist und die eine Gleichspannung von 1 bis 25 Kilovolt erzeugt, je nach der Aufgabe, die der Anlage als Ganzes erteilt wird. Die Energiequelle 67 steht mit einer impulserzeugenden Schaltung, allgemein mit 69 bezeichnet, über einen Strombegrenzungswiderstand 71 in Verbindung. Die Schaltung besteht aus einer Reihe von induktiven Elementen 73, die nach der üblichen Verzögerungsleitungs-Praxis von Kondensatoren 75 überbrückt werden und die von den üblichen Arten von Verzögerungsleitungen nur insofern abweichen, als die Kondensatoren größer und die Induktivitäten kleiner sind als die gewöhnlich verwendeten, um die gewünschte Verzögerung oder Impulslänge von beispielsweise 10 Mikrosekunden zu erzeugen.

Die Leitung 69 steht mit den in Serie liegenden Spulen 55 und 61 über einen Funkenspaltschalter 77 in Verbindung. Dieser Funkenspalt kann mit Hilfe eines Auslösers 79, der durch Zünden eines Hilfsspaltes, indem er zu der Spannung, die an der geladenen Leitung liegt, eine Spannung hinzufügt, eine Ionisation in dem Hauptspalt hervorruft und auf diese Weise die Hauptentladung einleitet, gezündet werden. Die Verwendung solcher Auslöser ist in der Radarpraxis und in anderen Anwendungsgebieten der Impulstechnik üblich, wobei die Konstruktion sowohl des Funkenschalters als auch der Auslösemechanismen die übliche ist und deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Der Auslöser selbst kann in irgendeiner gewünschten Wiederholungsfolge durch einen eingebauten Oszillator, einen äußeren Oszillator oder nach dem Einstoßprinzip durch Schließen eines Handschalters betätigt werden.

Der Strom in den Spulen 55, 61 hängt von der Spannung ab, auf die die Verzögerungsleitung 69 geladen wird, und von der effektiven Impedanz der Spulen und deren angeschlossenen Leitungen. Obwohl die Kapazität zwischen den Zuführungsleitungen groß ist, so ist die Impedanz des Kreises, über den die Leitung sich entlädt, in weitem Maße induktiv. Zahlenmäßig ist die Induktanz der beiden Spulen jedoch sehr klein und bemißt sich nach Mikrohenry. Nachdem einmal der Spalt77 übersprungen ist, ist dessen effektiver Widerstand vernachlässigbar und mit im wesentlichen dem vollen Wert der Spannung, die von der Energiequelle 67 geliefert wird, an der Induktanz der Spulen wirksam, wobei die Entladestromimpulse von vielen tausend Ampere durch die Spulen während des Intervalls, das zum Entladen der Leitung benötigt wird, aufrechterhalten werden können. Bei den kurzen Stromimpulsen von der in Betracht kommenden Dauer, wird der Strom in der Nähe der Innenflächen der Spulen durch den Haupteffekt konzentriert, wobei das von einem Strom dieser Größe erzeugte Feld insgesamt durch den sehr kleinen Innendurchmesser der Spulen gezwungen wird. Bei Verwendung von Spulen dieser Ausführung wurden Induktionsflüsse erzeugt und gemessen, die in der Größenordnung von 10⁷Gauß an dieser Stelle lagen.

Um zu bewirken, daß der Ionisierungsfunke den Spalt zwischen den Elektroden 25 und 29, während dieses magnetische Feld besteht, überspringt, wird die Entladung der Verzögerungsleitung 69 dazu benutzt, die Funkenentladung auszulösen. Diese wird derselben Energieleistung, die die Gleichrichterenergiequelle 67 speist, durch eine gleiche Hochspannungs-Gleichrichterenergiequelle 81 entnommen, die jedoch vorzugsweise mit einer höheren Spannung als die Quelle 67, d. h. mit 20 bis 100 Kilovolt, arbeitet. Diese speist eine Verzögerungsleitung 83 von derselben allgemeinen Ausführung wie die der Leitung 69 und die eine Reihe von Induktivitäten 85 und Nebenschlußkondensatoren 87 enthält. Diese Strecke ist so aufgebaut, daß sie eine nur wenig kürzere Entladungszeit als die Strecke 69, beispielsweise 9 Mikrosekunden. gibt, wenn die Strecke 69 einen 10-Mikrosekunden-Impuls entwickelt. Die Strecke 83 steht mit dem Funkenspalt im Innern des Behälters über einen Funkenschalter 89 in Verbindung, der dieselbe Ausführung besitzt wie der Schalter 77. Dieser Schalter wird jedoch durch einen Impuls ausgelöst, der über eine Spule 91 geliefert wird, die an eine der Spulen 73 angekoppelt ist, und zwar vorzugsweise an das Ende der Verzögerungsstrecke 69, das dem Entladungspunkt am nächsten liegt. Die Einleitung eines Stromimpulses durch die Strecke 69 schaltet auf diese Weise einen Auslöser 93 ein, der im allgemeinen dem Auslöser 79 gleicht und der einen Impuls auslöst, der den Funkenspalt 89 überspringt und die Entladung einleitet. Der Funke kann jedoch in einer späteren Epoche durch Ankoppeln der Spule 91 an eine der Spulen, die von dem Entladungsende der Strecke weiter entfernt ist, ausgelöst werden, wie beispielsweise durch die Lage der Spule 91' dargestellt wird.

Die Impulsfolge kann durch irgendeine Zeitgebereinrichtung, die den Funken auslöst, nachdem das

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magnetische Feld einen vorherbestimmten Wert er- Achse des Funkenspaltes vorwärtsstreben oder für reicht hat, bestimmt werden. Eine solche Zeitgeber- diejenigen, die in der Querebene genau in der Mitte einrichtung kann Multivibratoren, Oszillatoren mit des Spaltes wandern, wo sie parallel zu dem radialen phasenauswählenden Kreisen ebenso wie Impuls- und magnetischen Feld in der Mitte zwischen den beiden Verzögerungsstreckenkombinationen und andere gleich- 5 Spulen wandern können. Der Anteil der Ionen, der in wertige bekannte Schaltungen enthalten. einer dieser beiden Richtungen wandert, ist relativ

Die dargestellte Anordnung ist so bemessen, daß klein, und es entweicht auf diese Weise aus dem Spalt sie im wesentlichen Rechteckimpulse, sowohl hinsieht- sehr wenig Energie, besonders da wiederholte Zulich der Spannung als auch hinsichtlich des Stromes, sammenstöße beständig die Richtung der Ionen vererzeugt. Dies ist ein erwünschtes, jedoch nicht not- io ändern, so daß nur diejenigen in der Nähe der Kante wendiges Merkmal. Die magnetischen Felder können des erhitzten Raumes einigermaßen die Möglichkeit allmählich aufgebaut werden so lange, wie deren Auf- haben, in der Querrichtung zu entschlüpfen. Mit bau schnell genug erfolgt, um die Ionen in irgend- Feldern von der Stärke, die mit dem hier beschriebeeinem gegebenen Augenblick einzuschließen. Für viele nen Mechanismus leicht erhalten werden kann, werden Zwecke können entweder in dem das magnetische Feld 15 Ionen der leichteren Gase, die so hohe thermische erzeugenden Kreis oder in dem Funkenkreis erzeugte Energien wie 4000 Elektronenvolt haben, im allge-Impulse durch einfache Kondensatorentladungen er- meinen zu dem Reaktionsraum unter Erhaltung ihrer setzt werden. Es ist nicht einmal notwendig, einen thermischen Energie zurückgeführt. Gleichstromfunken zu verwenden, da bei den meisten Der Effekt der Ablenkung der Ionen besteht in der

Verwendungszwecken der Erfindung die einzige Funk- 20 Vergrößerung des feldfreien Raumes, wobei die von tion des Funkens darin besteht, dem magnetisch ein- sich bewegenden Partikeln erzeugten magnetischen geschlossenen Gas thermische Energie zuzuführen, Felder sich zu der Feldstärke zwischen dem Partikel was durch eine oszillatorische Entladung ebenso wie und der Spule, die das Feld erzeugt, addieren und sich durch Gleichstrom bewirkt werden kann. Die Verwen- von dem Feld auf der Seite des Ionenpfades, der von dung eines oszillatorischen Funkens kann sogar in 25 der Spule weiter entfernt ist, subtrahieren. Obwohl gewissen Anwendungsbereichen der Erfindung von der Reaktionsraum beim Einleiten der Entladung tat-Vorteil sein. sächlich nicht feldfrei gewesen sein kann, nähert er

Nach der Fig. 1 und 2 sind die Spulen 61 und 55 sich diesem Zustand mit dem Fortschreiten der Zeit, der Apparatur in Reihe und gegenstimmig geschaltet, wobei sich die Zahl und Geschwindigkeit der Ionen wie in der vergrößerten fragmentarischen Ansicht der 30 vergrößert. Tatsächlich werden die Kraftlinien des Fig. 4 dargestellt ist, wobei die Stromrichtungen in Feldes durch die Spulen zu diesen selbst hingedrängt, den beiden Spulen entgegengesetzt gerichtet sind, so Da die Ionen das magnetische Feld nicht durch-

daß die Kraftlinien in dem Volumen, das von dem dringen können und gegen die Spulen prallen, verDurchmesser der Öffnung 57 und dem Abstand zwi- Heren sie an diese keine Energie. Die Punkte des sehen den beiden Spulen bestimmt wird, eine polare 35 Funkenspaltes werden wie bei jedem Funken erhitzt; Achse von zylindrischer Symmetrie besitzen und den doch ist die Gesamtzähl der Ionen, die gegen die allgemein durch die leicht gekrümmten Linien inner- Punkte prallen, etwas größer als die, die von einem halb des Spaltes gekennzeichneten Pfaden folgen. Bei Funken der gleichen Spannung unter gewöhnlichen dieser Anordnung ist, wie ersehen werden kann, eine Bedingungen erzeugt würde.

radiale Ausbauchung in den Induktionsflußlinien in 40 Das Gas innerhalb des ionisierten Raumes gehorcht der Nähe der mittleren Querebene des Feldes vor- den üblichen Gasgesetzen, wobei sein Druck mit handen, auf welche Weise eine kleine nahezu feldfreie steigender Temperatur ansteigt nach der Gleichung: Region in dem Reaktionsraum auf der Achse der prr _ ηψ

Spulen und in der Mitte zwischen ihnen gebildet wird. '

Die Flußlinien sind in der Nähe der axialen Enden 45 in der P der Druck, V das Volumen, T die absolute des Reaktionsraumes wesentlich mehr konzentriert als Temperatur in Kelvingraden und R eine Konstante in der mittleren Querebene. Die allgemeine Richtung ist, die von dem Gas abhängt. Das Volumen des erdes an dem Funkenspalt im Augenblick des Spannungs- hitzten Gases vergrößert sich etwas mit dem Animpulses erzeugten elektrischen Feldes wird durch die wachsen der Größe des feldfreien Raumes als Folge gestrichelten Linien 97, die den Funkenspalt über- 50 der soeben erwähnten Ursache. Diese Vergrößerung spannen, gekennzeichnet. Wenn an dem Funkenspalt des Volumens kann jedoch hergeleitet werden aus dem die volle Spannung liegt, können Ionen, die die Ent- Eintritt zusätzlicher Moleküle von nichtionisiertem ladung weitertragen, zwischen den Punkten längs der Gas aus dem umgebenden Körper, da solche nichtAchse hindurchgehen, ohne daß sie selbst von dem ionisierten Partikeln das magnetische Feld aus irgendsehr kräftigen Feld in dem Spalt abgelenkt werden, 55 einer Richtung ohne Ablenkung durchdringen können, während diejenigen Ionen, die nicht genau auf die Nachdem sie einmal eingetreten sind und Energie Achsenrichtung ausgerichtet sind, über Spiralpfade, durch Kollosion mit den thermisch erregten Partikeln jedoch mit einer Minimalablenkung wandern. Nach- im Innern des Raumes gewonnen haben, werden sie dem einmal die Entladung begonnen hat, wird das gleichfalls ionisiert und können nicht wieder ent-Gas in dem im wesentlichen feldfreien Reaktionsraum 60 schlüpfen. Das magnetische Feld wirkt deshalb als in der Mitte des Spaltes schnell ionisiert und erhitzt, eine halbdurchlässige Membran, und der Druck im wobei die Partikeln Energie aufnehmen, die sie mit Innern des Volumens von erhitztem Gas kann durch Geschwindigkeiten, die von ihrer Energie abhängen, einen Vorgang aufgebaut werden, der mit der Osmose in Richtungen treibt, die schnell die Tendenz ent- vergleichbar ist.

wickeln, dem Zufall zu unterliegen. Weil die Par- 65 Es ist daher einzusehen, daß während der Periode, tikeln ionisiert sind und daher Ladungen tragen, wer- in der der Stromimpuls durch die Spulen andauert, den sie im allgemeinen beim Eintritt in das Feld, das die ionisierten Partikeln aus dem zurückhaltenden den Reaktionsraum umgibt, abgelenkt und in den Feld nicht entweichen körinen, um Energie durch Kon-Reaktionsraum zurückgeführt. Dies gilt für alle Par- vektion fortzutragen oder gegen den umgebenden Auftikeln, ausgenommen diejenigen, die direkt längs der 70 bau zu prallen (mit Ausnahme der Funkenpunkte

selbst), um irgendeinen materiellen Verlust an Energie durch Überleitung herbeizuführen.

Der Druck der Gasionen innerhalb des eingeschlossenen erhitzten Bereichs wird natürlich auf die Spulen übertragen durch den Mechanismus des Zusammendrängens der Kraftlinien, die diese, wie bereits beschrieben, umgeben. Es sind weiterhin starke abstoßende Kräfte vorhanden, die gegen die Spulen infolge der Anwesenheit der Felder selbst ausgeübt wer-

bauchung in der Nähe der mittleren Querebene des Feldes und sind im wesentlichen in der Nähe der axialen Enden des Reaktionsraumes mehr konzentriert als in der mittleren Querebene, wobei dort, wo an-5 fangs keine feldfreie Region in dem Reaktionsraum vorhanden ist, die Ionen gewisse bestimmte bevorzugte Bewegungsrichtungen haben. Einige der die Entladung einleitenden Ionen werden jedoch gezwungen, in das magnetische Feld mit Bewegungskomponenten quer

gegen die Spulen hin zusammendrängen, wobei sie die Tendenz zeigen, ihren eigenen feldfreien Raum zu bilden.

Es ist klar, daß die Anordnung der Fig. 5 den Vorzug besitzt, daß dort für die Ionen kein Pfad zum Entschlüpfen durch die Mittelebene zwischen den beiden Spulen vorhanden ist. Wegen des sehr kleinen Anteils der Ionen jedoch, deren Bewegungen in dieser

wenn gewünscht, betrieben werden, wohingegen die Augenblickstemperaturen, die in den kleinen Gaskörpern, die augenblicklich behandelt werden, erreicht

den. Diese Kräfte sind nicht so wirkungsvoll, daß sie io zu den Kraftlinien zu treten, und werden hierbei in die Apparatur zerreißen, da sie trotz ihres sehr großen spiralige Pfade gedrängt, die das Feld der Spulen Augenblickswertes so kurz wirken, daß ihr Impuls
(d. h. Kraft mal Zeit) klein ist und die Massenträgheit
der Spulen selbst genügt, um sie zu absorbieren, wobei die Kräfte verschwinden, bevor der relativ schwere 15
Aufbau eine wesentliche Geschwindigkeit erworben hat.
Wenn das Moment des magnetischen Feldes zusammenbricht, so wird das Gasvolumen, das von
diesem eingeschlossen wurde, befreit. Das Gas kühlt

sich ab, zum Teil durch Expansion und zum Teil durch 20 Ebene orientiert sind, und die sich gleichfalls an einer Verdünnung mit dem nicht erhitzten Gaskörper, der Stelle befinden, an der sie entschlüpfen können, bevor es umgibt und dem es einen Teil seiner Energie erteilt, sie eine Kollosion mit anderen Ionen ablenkt, ist dieser wodurch der allgemeine Energiepegel innerhalb des Vorzug nicht von überwiegender Bedeutung. Anderer-Behälters erhöht wird, während sich die ursprünglich seits gibt die Schaltung der Fig. 4 dem Spulensystem erhitzten Partikeln abkühlen. Einige der erhitzten 25 eine kleinere Induktanz als die der Fig. 5, da die Partikeln prallen gegen die Leiter der Spulen und er- gegenseitige Induktanz der Spulen subtraktiv anstatt höhen die Temperatur; doch wegen der großen additiv wirkt, weshalb weniger Energie zum Erzeugen Materialmasse der Spulen im Vergleich zu der eines Stromimpulses desselben Wertes in dem Induk-Materialmenge in dem erhitzten Gaskörper kann der tanzaufbau der Fig. 4 erforderlich ist als in dem der tatsächliche Gesamtanstieg der Temperatur aus jeder 30 Fig. 5. Die in den Spulenkreis gesteckte Energie trägt einzelnen Entladung sehr klein gemacht werden. Die zur Erhitzung des Gases nicht bei und stellt deshalb Entladungswiederholungsfolge kann so eingerichtet einen Verlust dar.

werden, daß sie den Gesamttemperaturanstieg der Abgesehen von den Verlusten in dem metallischen

Apparatur auf irgendeinen gewünschten Wert be- Kreis und in dem Funkenspalt 89 geht die von der grenzt. Die Apparatur kann mit einem Durchschnitts- 35 Quelle 81 gelieferte Energie in die thermische Energie temperaturanstieg von einigen hundert Graden Celsius, in dem Funkenpfad ein. Die in den Funkenspalt gesteckte Energie ist natürlich gleich dem Produkt des Spaltstromes und der Spannung an dem Spalt. Die Entladung an dem Hochdruck im Spalt erfordert eine werden, unter gewissen Bedingungen so hoch sein 40 hohe Spannung, besonders wenn der Behälter als können wie IO⁷⁰ K oder sogar noch höher. Der höchste Ganzes unter Druck betrieben wird, weshalb die dem Temperaturanstieg, der erhalten werden kann, ist am erhitzten Gas in dem kurzen Intervall, in dem ein größten bei Materialien der niedrigsten Atomzahl und Funke auftritt, zugeführte Energiemenge sehr hoch den wenigsten Bahnelektroden. Wasserstoff, als das gemacht werden kann, während die Verluste in dem Material mit der niedrigsten Atomzahl, ist äußerst 45 Kreis und in dem Schaltspalt 89 auf einem sehr durchlässig für die Strahlung, die es bei hohen Tem- mäßigen Wert gehalten werden können. Wie es allperaturen emittiert, und dementsprechend ein schlechter gemein für die Impulstechnik zutrifft, kann die augen-Strahler, wenn es erhitzt wird. Selbst wenn es auf blickliche, während des Intervalls, in dem die Impulse Maximaltemperaturen erhitzt wird, die die Apparatur auftreten, zugeführte Energie extrem groß sein, wähzu erzeugen imstande ist, ist sein Energieverlust durch 50 rend die durchschnittliche Energie sehr mäßig ist, Strahlung äußerst klein und setzt in der Auswirkung wobei die Impulse durch eine Zeitspanne voneinander den Temperaturen, die erhalten werden können, keine getrennt sind, die langer ist als deren Dauer, um eine Grenze. Anpassung an die Fähigkeit der Apparatur, Wärme

Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn es erwünscht abzustrahlen, herbeizuführen. Diese Praxis ist bei ist, von einem Material, das sich bei gewöhnlichen 55 Radaroperationen allgemein üblich. Raumtemperaturen nicht in gasförmigem Zustand be- Die Fig. 6, 7 und 8 stellen eine modifizierte Konstruktion der Erfindung dar, die die gleichen Prinzipien anwendet, wie die der bereits beschriebenen, und die für gewisse Zwecke von Nutzen sein kann. Bei 60 dieser Ausführungsform ist der Behälter allgemein zylindrisch wie bei der zuerst dargestellten Ausführungsform, jedoch beträchtlich größer in der Länge und kleiner im Durchmesser. Er besteht aus einer unteren Kappe 101, einer oberen Kappe 103 und einem die Felder sich verstärken, wobei die allgemeine Ge- 65 Mittelabschnitt 105, wobei das Ganze von den Schraustalt des Feldes in der Nachbarschaft des Funkens, ben 107 zusammengehalten wird und wobei die Verobwohl gleichfalls zylindrisch symmetrisch in bezug bindungsstücke zwischen den Abschnitten durch geauf die allgemeine Spulenachse, die in der Fig. 5 dar- eignete Dichtungen 109 gasdicht gemacht sind, gestellte sein wird. Unter diesen Umständen besitzen Der Mittelabschnitt besteht aus zwei halbzylin-

die Induktionsflußlinien gleichfalls eine radiale Aus- 70 drjschen Hauptteilen 10O₁ und 105₂. Diese Teile sind

findet, das Spektrum oder eine Reaktion zu erhalten, eine der Elektroden, beispielsweise die Elektrode 25 oder deren Spitze, aus dem gewünschten Material hergestellt werden kann.

Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, daß die Spulen 55 und 61 so angeschlossen werden, daß deren magnetische Felder gegensinnig gerichtet sind. Sie können in Reihe gleichsinnig geschaltet werden, so daß

auf der einen Seite durch die flachen Zuführungsleitungen IH und 113 voneinander getrennt, die die Spulen 115 und 11O₁ tragen, wobei die Leitungen voneinander durch Isolierstreifen 117 getrennt sind. Diametral quer über den Abschnitt 105 hinweg von dem Punkt aus, an dem die Zuführungsleitungen herausgeführt werden, befindet sich ein Abstandsstück 119, das von den Dichtungen 121 flankiert wird, wobei das Abstandsstück und die Dichtungen die gleiche Breite einnehmen wie die Zuführungsleitungen und deren Isolation. Der Mittelabschnitt wird von den Schrauben 123 zusammengehalten, die von den Zuführungsleitungen dort, wo sie durch diese hindurchgehen, in der gleichen Weise wie die Schrauben 5 der zuerst beschriebenen Ausführungsform isoliert sind.

In der Fig. 8 wird eine Abwicklung der Spulen 115, Ho₁ und ihrer Zuführungsleitungen gezeigt, die geeignet sind, gleichgerichtete Felder zu erzeugen. In diesem Fall sind die Spulen parallel geschaltet. Die Spulen und Zuführungsleitungen sind aus einem einzigen Leiterblech hergestellt und, wie dargestellt, zurechtgeschnitten. Die beiden Enden, die die Zuführungsleitungen 111 bzw. 113 bilden, werden an den Stellen, die durch die gestrichelten Linien 125 gekennzeichnet sind, unter einem Winkel von 90° nach hinten gebogen, wonach die Spulenteile 115 und HS₁ des Schnittes um eine Kreisform herum, wie durch den doppelköpfigen Pfeil über der Figur dargestellt, ge-Iwgen werden. Dies ist dann die Spulenform, die durch den Schnitt der Fig. 7 dargestellt wird. Wenn bei dieser Ausführungsform der Erfindung entgegengesetzt gerichtete magnetische Felder gewünscht werden, können die Spulen aus zwei gleichen Stanzteilen hergestellt werden, von denen jedes die durch die ausgezogenen Linien der Fig. 9 dargestellte Form besitzt. Der eine der beiden Stanzlinge wird umgewendet, wie durch die gestrichelten Linien der Figur angedeutet wird, und die Teile werden an der Linie 127 miteinander verschweißt oder hart oder weich verlötet. Die Biegung ist im wesentlichen die gleiche wie im Falle der Anordnung der Fig. 8; doch da das rechte Ende der Spule in diesem Falle nicht von den Behälterwandungen getragen wird, sind Löcher 129, 129' vorgesehen, durch die eine isolierte Schraube oder ein Niet eingeführt werden kann, um Steifheit zu erzielen. Da die beiden Hälften nunmehr in Serie liegen und nach derselben Richtung gebogen sind, ist es offensichtlich, daß deren Felder entgegengesetzt gerichtet sind. Die Anordnung gleicht der in dem Schnitt dargestellten, so daß es unnötig ist, sie weiterhin zu beschreiben oder darzustellen.

Bei jeder der beiden Anordnungen wird das Spulen system an die impulserzeugende Schaltung 69 in genau der gleichen Weise angeschlossen wie bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform.

Eine Zündkerze 133, die der Zündkerze 31 der Fig. 1 gleicht, abgesehen davon, daß sie eine lange Elektrode 135 besitzt, die sich axial durch die Spule 115 in den Zwischenraum zwischen den Spulen hinein erstreckt, geht durch die Kappe 103 hindurch. In gleicher Weise erstreckt sich eine lange Elektrode 137 nach oben von der unteren Kappe 101 aus durch die Spule 115'.

Diese besondere Anordnung besitzt den Vorzug, daß das Fenster 139, das von der gleichen allgemeinen Konstruktion ist wie das Fenster der Ausführungsform der Fig. 1, bietet einen freien und unbehinderten Blick auf die Funkenstrecke, wobei diese Form dort von Vorteil ist, wo in erster Linie eine spektroskopische Analyse des Gases in Betracht kommt. An den Behälter können Druck- und Absaugleitungen in der gleichen Weise, wie in der Fig. 1 dargestellt, angeschlossen werden, sind jedoch aus Gründen der Einfachheit in den Zeichnungen fortgelassen worden, da deren Konstruktion die übliche und allgemein bekannt ist. Wegen des Aufbaus der Spulen aus Streifenmaterial, wobei die Anschlüsse, die Strom in entgegengesetzten Richtungen führen, in allen Teilen des Aufbaus, ausgenommen die Spulen selbst, eng beieinander liegen, ist die Induktivität der einzelnen Spulen an-

jo nähernd die gleiche, und zwar für Spulen mit dem gleichen Innendurchmesser wie die der Scheibenspulen der Fig. 1 und 2. Zusammen betrachtet sind die beiden Spulen nicht so eng miteinander verkoppelt wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, weshalb ihre Gegeninduktivität geringer ist, wie im Ergebnis die Induktivität des Kreises im ganzen betrachtet etwas geringer ist, wenn die magnetischen Felder gegensinnig gerichtet sind, und etwas höher, wenn sie gleichsinnig angeordnet sind. Für den Parallelbetrieb

so muß zum Erzeugen der gleichen Stärke des magnetischen Feldes der von der Schaltung 69 zugeführte Stromimpuls die doppelte Stromstärke führen, die bei Serienschaltung der Spulen erforderlich ist; jedoch wird die erforderliche Spannung auf die Hälfte redu-

aS ziert, wenn man die Impedanz der Zuführungsleitungen selbst abzieht, die natürlich in jedem Fall sehr kurz gemacht werden sollten.

Theoretisch ist es nicht unwesentlich, ob die Spulen in Serie oder parallel geschaltet werden; doch praktisch besitzt die Serienschaltung einen kleinen Vorteil insofern, als genau der gleiche Strom in den beiden Spulen fließt, wohingegen bei der Parallelschaltung numerisch geringe Differenzen in der Impedanz große Differenzen in der Stromverteilung erzeugen können, da die Gesamtimpedanz sehr niedrig ist. Die röhrenförmigen Spulen der Fig. 6 besitzen den Vorzug, daß sie besser gegen abstoßende oder anziehende, durch Wechselwirkung des magnetischen von ihnen erzeugten Feldes hervorgerufenen Kräfte abgestützt sind.

^c Andererseits widersteht die Scheibenausführung den Expansionskräften mit der Tendenz die Spulen zu vergrößern, besser als die röhrenförmigen. Dies sind jedoch relativ unbedeutende Angelegenheiten, da es eher die Massenträgheit der Materialien ist, aus denen die Spulen hergestellt sind, als deren strukturelle Festigkeit, auf die man sich beim Widerstehen der Zerreißkräfte, wie bereits behandelt, stützt.

Die Verluste in den röhrenförmigen Spulen können etwas geringer sein als die in den Scheibenspulen, da die Zuführungsleitungen parallel zu den Kraftlinien des magnetischen Feldes laufen anstatt quer dazu. Jedoch ist die Auswirkung klein im Vergleich zu der für den Betrieb erforderlichen Gesamtenergie.

Ein Vorzug der Scheibenspulen besteht darin, daß es möglich ist, deren Innendurchmesser kleiner zu machen, so daß die Funkenelektroden nicht die Länge der Spulen über eine wesentliche Strecke zu überqueren brauchen. Dies ist jedoch ein rein mechanisches und kein elektrisches Problem. Wegen des magnetischen Feldes, das zwischen den Funkenspaltelektroden und den Spulen liegt, brauchen die Spulen nicht isoliert zu werden, und irgendwelche Elektronen, die von den Elektroden oder den Spulen emittiert sein können, werden wegen der sich dazwischen erstreckenden Felder sofort zu ihrer Quelle zurückgeführt und können das Feld nicht durchdringen, um ein Entladung herbeizuführen. Die Entladung kann nur in einer Richtung beginnen, die parallel zu den Kraftlinien des magnetischen Feldes liegt, und da die Funkenspannung nicht angelegt wird, bis die magne-

tischen Felder erzeugt sind, ist der Funkenspalt die einzige Stelle, an der eine solche Entladung vor sich gehen kann.

Diese Art der »magnetischen Isolation« ist unwirksam in bezug auf andere Teile der Apparatur, an denen hohe Spannungen entwickelt werden. Nichtsdestoweniger ist das Isolationsproblem nicht so ernst, wie angesichts der hohen umlaufenden Spannungen erwartet werden könnte. Ein Durchschlagen der Isolation ist progressiv und beginnt mit der Ionisation des Isoliermaterials. Die verwendeten Impulse sind im allgemeinen jedoch so kurz, daß die Spannung verschwunden ist, bevor eine wesentliche Ionisation, die zum Veranlassen eines Durchschlags ausreicht, stattgefunden hat.

Die Art der verwendeten Isolation wird deshalb in sehr hohem Maße zu einer Frage der zu widerstehenden Durchschnittstemperatur und der Wirksamkeit, mit der sie gegen die anderen Elemente, die den Behälter bilden, abgedichtet werden kann, um das Gas auf einem Durchschnittsdruck im Innern des Behälterkörpers zu halten. Einige der Silikonkunststoffe widerstehen auch höheren Temperaturen. Glimmer oder keramische Stoffe können gegen Schichten von treibfähigem Kupfer verwendet werden, das unter Druck deformiert werden kann und eine Dichtung bildet, mit oder ohne einen Hochtemperaturabdichtungsverband, wie er zum Befestigen der Zylinderköpfe der Verbrennungsmotoren verwendet wird. Dies sind jedoch technische Probleme, die spezifischen Anwendungsgebieten der Erfindung eigentümlich sind. Die Temperaturen und Drücke, mit denen sie betrieben werden kann, sind so unterschiedlich, daß es unmöglich ist, alle Situationen, die sich ergeben können, zu überblicken. Obwohl beide Ausführungsformen der beschriebenen Apparatur Einwindungsspulen verwenden, ist einzusehen, daß jede Einrichtung, die magnetische Kraftfelder erzeugt, die kraftvoll genug sind, um Ionen einzuschließen, deren Energieinhalt derjenigen der höchsten gewünschten Temperatur ist, statt dessen verwendet werden kann. Einwindungsspulen werden vorgezogen, da deren niedrige Induktivität sie besonders zum Erzeugen starker Felder mit relativ mäßigen Spannungen geeignet macht. Dort, wo die höchstmöglichen Temperaturen gewünscht werden, ist die Verwendung von Einwindungsspulen praktisch unumgänglich; doch kann die Tatsache, daß es möglich ist, mit der Erfindung eine sehr lokalisierte Temperatur und einen Druck zu erzeugen und diese plötzlich freizusetzen, selbst dort von Wert sein, wo Temperaturen in Betracht kommen, die leicht mit anderen Einrichtungen erhalten werden können. So vereinigen sich bei der Bindung von atmosphärischem Stickstoff durch Kombination mit Sauerstoff zur Bildung von Stickoxyd die Atome am besten bei hohen Temperaturen und Druck; doch ist es erwünscht, die vereinigten Gase sehr schnell abzukühlen, um einen Zerfall zu verhindern. Bei der Apparatur der hierin beschriebenen Art findet das Freisetzen der Gase im Innern des Reaktionsraumes in dem Augenblick statt, in dem das Feld zusammenbricht, und die Abkühlung durch Expansion erfolgt dementsprechend sehr schnell.

Die soeben behandelte Reaktion ist eine endotherme, wobei die gesamte thermische Energie innerhalb der erhitzten Zone von dem Funken geliefert werden muß. Ein anderes Verfahren zum Binden von atmosphärischem Stickstoff besteht in der Kombination mit Wasserstoff unter Bildung von Ammoniak. Diese Reaktion ist hochgradig exotherm und geht, wenn sie von dem Funken eingeleitet wird, ohne weiteres vor sich. Diese Reaktion ist für die vorliegende Erfindung nicht besonders geeignet; sie wird jedoch erwähnt, um die Tatsache herauszustellen, daß bei Temperaturen über denjenigen, die für die Ionisation erforderlich sind, die magnetischen Felder den zu behandelnden Gaskörper einschließen, ganz gleich ob seine thermische Energie dem Funken oder irgendeiner inneren Quelle entstammt.

Wenn es erwünscht wäre, die Prinzipien der Erfindung anzuwenden, um Reaktionen einer dieser beiden Arten einzuleiten, müßten die konstruktiven Parameter einen Maßstab besitzen, der gänzlich verschieden ist von dem der Darstellung, bei der das Ziel in dem Erreichen der höchstmöglichen Temperaturen besteht.

Die spezifischen dargestellten Typen sollen deshalb den Umfang der Erfindung nicht einschränken, sondern vielmehr die Verwendung der Einrichtung unter extremen Bedingungen darstellen.

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung hoher Temperaturen unter Erzeugung einer Ionenwolke bzw. eines Ionenplasmas aus einem Gas unter Einwirkung einer elektrischen Entladung innerhalb eines Reaktionsraumes, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale a) und b) sowie des neuen Merkmals c):

a) Es wird ein konzentriertes Magnetfeld angewendet unter Verwendung von stromdurchflossenen Spulen;

b) das Magnetfeld ist impulserregt;

c) der Reaktionsraum selbst bleibt im wesentlichen frei von dem aufgedrückten Magnetfeld.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des magnetischen Feldes in der Größenordnung von wenigstens IO⁷ Gauß liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum Gas bei größerem als Atmosphärendruck enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Entladung in Form einer Funkenentladung durch den Reaktionsraum hindurchgeschickt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladung oszillatorisch ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld wenigstens eine Symtnetrieachse hat und die elektrische Entladung längs einer solchen Symmetrieachse gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse eine polare Achse mit zylindrischer Symmetrie ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußlinien des magnetischen Feldes eine radiale Ausbauchung in der Nähe der mittleren Querebene des Feldes haben, die den Reaktionsraum umschließt, und in der Nähe der axialen Enden des Reaktionsraumes wesentlich mehr konzentriert sind als in der genannten mittleren Ebene.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das magnetische Feld erzeugende Einrichtung eine den Reaktionsraum umgebende Induktionsspulenanordnung und eine an diese Anordnung angeschlossene elektrische Stromquelle aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom ein Impuls so kurzer Dauer ist, daß er infolge des Hauteffektes nahe der Innenfläche der Spulenanordnung konzentriert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des impulsgesteuerten magnetischen Feldes so kurz und der Reaktionsraum so klein ist, daß die bei dem magnetischen Fluß der erforderlichen Intensität ent- ίο stehenden mechanischen Kräfte von der Massenträgheit der Spulenanordnung aufgefangen werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulenanordnung aus zwei in Serie geschalteten koaxialen Induktionsspulen besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulenanordnung aus zwei parallel geschalteten koaxialen Induktionsspulen besteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen gleichsinnig wirkend geschaltet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen gegensinnig wirkend geschaltet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Induktionsspule aus einer einzigen Windung besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedeEinwindungsspule aus Blech von einer Dicke, die klein gegen seine Breite ist, hergestellt ist, und das der Innendurchmesser jeder Einwindungsspule gleichfalls klein ist in bezug auf die Breite des Bleches.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwindungsspulen in parallelen Ebenen liegen und voneinander einen axialen Abstand in der Größenordnung des Innendurchmessers haben.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Funkenentladung zwei Elektroden aufweist, die koaxial zu den Induktionsspulen an den gegenüberliegenden Seiten des Reaktionsraumes angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode mit einer Spitze aus einem Material versehen ist, das beim Durchgang einer Funkenentladung zwischen den Elektroden in den gasförmigen Zustand übergeführt und in den Reaktionsraum eingeführt werden soll.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 572 704;
britische Patentschriften Nr. 639 510, 745 629;
Zeitschrift »Electronics«, Juni 1951, S. 92 bis 93.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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