DE1114587B

DE1114587B - High power gas discharge flash lamp

Info

Publication number: DE1114587B
Application number: DEU5619A
Authority: DE
Inventors: Vernal Josephson
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1957-10-08
Filing date: 1958-09-19
Publication date: 1961-10-05
Also published as: GB840017A; FR1203419A; US2925512A; BE571603A

Description

INTERNAT.KL. HOIjINTERNAT.KL. HOIj

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

U5619Vnic/21fU5619Vnic / 21f

ANMELDETAG: 19. SEPTEMBER 1958REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 19, 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL:

5. OKTOBER 1961OCTOBER 5, 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. The invention relates to a high-power gas discharge flash lamp with a magnetic field running inside the lamp vessel in the direction of the discharge and serving to constrict it.

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.Devices of this type are suitable for studying the behavior of very hot plasmas. About that In addition, a high-energy gas discharge produces an extraordinarily intensive and timely one steerable flash of light, which is particularly suitable for instant exposure for photographic purposes achieve.

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.The temperature of the plasma generated by an energetic electrical discharge is generated in a gas, is caused by adiabatic narrowing of the piasm, which is based on the constricting force of the annular magnetic field surrounding the discharge, considerably elevated. The location and duration of the constricted or compressed discharge can be stabilized by means of a second magnetic field that is aligned with the direction of discharge.

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.Devices for generating high-energy discharges for laboratory tests or others Applications of the above type have so far been made of a glass-like material such as quartz, Ceramic, porcelain or glass. It has been shown that the use of such while the discharge of evaporating materials leads to a contamination of the gas, that of the ionization and subject to heating. Indeed, due to the requirement, a high purity leads to a given, to maintain the ionization gas that results from the vessel material Contamination to the fact that the previously known devices in many cases on the one-off Use are limited. Due to circuit engineering considerations, the thickness of the vessel wall is also important limited to a value that the use of the vessel due to its sensitivity to Break at the resulting shock limited to moderate energies.

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.In a known gas or vapor-filled arc discharge lamp, the discharge tube is solid arranged between the pole shoes of a permanent magnet or an electromagnet with an iron core. With this lamp, a magnetic field is generated within the lamp vessel in the direction of the discharge generated, which serves to constrict the discharge. Lamps of this type are due to their coupling very heavy and unwieldy on a magnet.

Erfindungsgemäß wird eine leichte handliche und leistungsfähige Gasentladungs - Blitzlampe geschaffen, HocHeistungsgasentladungs-BlitzlampeAccording to the invention, a light, handy and powerful gas discharge flash lamp is created, High-power gas discharge flash lamp

Anmelder:Applicant:

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

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6Representative: Dr.-Ing. W. Abitz, patent attorney,
Munich 27, Gaußstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Oktober 1957 (Nr. 689 017)Claimed priority:
V. St. v. America 8 October 1957 (No. 689 017)

Vernal Josephson, Palos Verdes Estates, Calif.Vernal Josephson, Palos Verdes Estates, Calif.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden(V. St. Α.),
has been named as the inventor

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.in that a filament is formed within the lamp vessel essentially concentrically to the discharge path an electrically highly conductive metal band is provided, which is essentially between the Extends lamp electrodes and at their ends a special power source for generating the magnetic field, whose voltage must be lower than that required to generate the gas discharge, can be switched on is.

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.As a result, the magnetic field inside the lamp vessel is generated by a metal strip pillar, which means that the lamp is no longer weighed down by a magnet, and also by the Coil filament part of the radiation that occurs as a result of the discharge is shielded from the lamp vessel, whereby contamination of the gas filling is largely avoided.

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.It is particularly advantageous to make the cylindrical part and one of the end walls of the lamp vessel Metal manufacture. In this case, together with the discharge path, the result is a one-sided closed Coaxial conductor, which leads to an extremely low inductance of the arrangement. Let through this Particularly strong discharge currents and a very short current rise time can be achieved.

An Hand der Figuren soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail, for example, with the aid of the figures.

Das zylindrische Gehäuse 11 der Blitzlampe kann aus Metall bestehen. Im Hinblick auf eine Verunreini-The cylindrical housing 11 of the flash lamp can be made of metal. With regard to an impurity

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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.The supply of the gas does not have to be made of metal, as it is produced by another device in the is shielded against the discharge in the manner described below. However, it is beneficial to have a the current excellent conductive outer container 11 to use.

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.A pair of main discharge electrodes 19, 21 is provided symmetrically to the center line of the container 11. The electrode 21 is in direct, electrically conductive connection with one end of the Hüllgefäßesll, the electrode 19 is arranged insulated by means of insulating elements 23 in the other end of the container. These electrodes 19, 21 serve to generate an ionizing discharge in the longitudinal direction of the envelope vessel 11 straighten up.

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.As mentioned earlier, such a discharge is subject to narrowing at very high energy the influence of their own ring-shaped magnetic field. Such an enclosed one, compressed in cross section However, plasma is unstable in space and it is desirable to use a magnetic field for stabilization to be provided whose lines of force run in the direction of the discharge.

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.In accordance with the invention, a conductive shield is provided covering the path of the ionized Surrounds discharge. This conductive shield consists of a helix 13 made of a highly conductive one Metal strips, for example copper tape, with such a number of turns that it forms a solenoid. The ends of the helix are connected to the associated electrodes 19 and 21, respectively. Adjacent turns of the solenoid must be at a sufficient distance from each other that between them under the action of the applied potential kernel electrical discharge takes place. To the To completely enclose the plasma zone in metallic surfaces is a second helix 15, the slope of which that corresponds to that of the first helix 13, provided above the first helix and offset from the same. The outer coil 15 must also be kept isolated on the inner coil 13, including between the two solenoids isolated band-like elements 17 are provided. The insulating material 17 is located outside of the discharge path on which the ions can strike, and leads in this way not to contaminate the gas subject to heating. The high conductivity of the metallic Surfaces prevents the evaporation of the metal and accordingly eliminates the disadvantageous Contamination of the gas.

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.To generate the stabilizing longitudinal magnetic field, a voltage source is provided which, for example the capacitor 24 charges and the over the wall of the envelope vessel 11 and connection 33 to one end of the inner coil 13 and via electrode 19 and connection 35 to the other end of this Helix is connected. In operation, this voltage source 24 is switched on by closing the switch 25 applied to the filament 13 before the main discharge through the gas between the electrodes 19, 21 generated. The main discharge is obtained by closing the switch 29, which has a high capacity having high-voltage capacitor 27 is in series. The circuit between the capacitor 27 and the gas column is of the cladding vessel 11, the electrode 21, the electrode 19 and the switch 29 is formed. The helical shape of the solenoid 13 has a considerably higher inductance as the ionized path between the electrodes 19, and therefore results in relation to the main discharge potential essentially an open circle.

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.An advantage of considerable importance resulting from the use of metal for the cladding vessel results, is that the envelope vessel together with the ion discharge in the effect a coaxial line low impedance. This creates a very high amplitude of the current discharge like also enables energy conservation through the absence of an external magnetic field.

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.Try such a tube, with the solenoid inductance approximately five times the total inductance of the discharge circuit and the initial voltage of the main discharge voltage source 27 V per joint showed no deterioration in the visual appearing in the pipe Constriction. The time in which the discharge takes place is much shorter and more constant than in conventional tubular gas discharge lamps.

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.In order to utilize the very intense light of such discharges, there is a window in the outer solenoid 15 30 and a window 32 made of vitreous material is provided in the wall of the envelope vessel 11.

An das Entladungsrohr sind über Leitungen und zugehörige Ventile eine Reinigungseinrichtung 12 für das Hüllgefäß und eine Gasquelle sowie Zufuhreinrichtung 14 angeschlossen.A cleaning device 12 for the envelope vessel and a gas source and supply device 14 are connected.

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.It has been shown that a flash lamp formed in the manner described above with their completely metal-formed surface, which prevents breakage and contamination Allows generation of an axial magnetic field that is completely within the gas and is therefore closely linked to the discharge and allows precise timing of the discharges.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. High-power gas discharge flash lamp with a magnetic field running inside the lamp vessel in the direction of the discharge and serving to constrict it, characterized in that a filament (13) made of electrically highly conductive metal strip is provided within the lamp vessel essentially concentrically to the discharge path extends essentially between the lamp electrodes (19, 21) and at the ends of which a special power source (24) for generating the magnetic field, the voltage of which must be lower than that required for generating the gas discharge, can be connected.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that the filament (13) to form a the metallic shield shell that completely surrounds the discharge path has another one opposite it insulated (17) metal band helix (15) of larger diameter, which carries the spaces between the turns of the inner helix, and that in the shield cover, preferably a light opening (30) is provided in the outer spiral band (15).

3. Lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the lamp vessel (11) from an elongated cylinder, closed on both sides, that the cylinder and its one end wall (11) made of metal and the other end wall (23) made of insulating material that the electrodes

(19,21) are attached to the end walls so that the cylinder is connected to the light opening (30) has aligned window (32) and that preferably the vessel metal (11) as a power supply for which one electrode is used.

4. Lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the ends the inner coil (13) are connected to the adjacent electrodes (19,21) and that the Inner coil (13) has a significantly higher inductance than the discharge path.

Considered publications: German Patent Nos. 716 509, 890 990, 954983,971409;
British Patent No. 592,626.

1 sheet of drawings