DE2605536A1 - Gasstromlaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasstromlaser.

Es sind Lasergeneratoren bekannt, bei denen in einem ersten Gas eine elektrische Entladung hervorgerufen wird; dieses erste Gas wird in einer Ausdehnungskammer, in der ein Resonanzraum vorhanden ist, mit einem zweiten Gas gemischt. Die elektrische Entladung wirkt dahingehend, daß auf das erste Gas eine Erregungsenergie übertragen wird, die anschließend mittels molekularer Wechselwirkung auf das zweite Gas übertragen wird. Durch seine Erregung kann dieses zweite Gas in einem optischen Resonanzraum eine stimulierte Lichtemission, d. h. einen Laserstrahl hervorrufen.

Die Moleküle des ersten Gases, beispielsweise Stickstoff, können drei Erregungszustände aufweisen: einen thermischen, einen Rotations- und einen Vibrationszustand. Die Relaxationszeiten bei den beiden ersten Erregungszuständen sind sehr niedrig, woraus folgt, daß bei Mischung von Stickstoffmolekülen mit den Molekülen des zweiten Gases, beispielsweise Kohlendioxyd, in der Ausdehnungskammer die Vibrationsenergie des Stickstoffs die Besetzungsumkehr im Kohlendioxyd hervorruft, die einen Hochleistungslaserimpuls erzeugt. Jedoch könnte es sich bei dem zweiten Gas auch beispielsweise um Kohlenmonoxyd handeln.

Um eine Erregung des Stickstoffs unter günstigen Bedingungen hervorzurufen, muß die elektrische Erregungsentladung stabil und diffus sein; es dürfen vor allem keine Lichtbögen auftreten. Zur Erzielung einer hohen Laserleistung ist es jedoch günstig, die Erregungsentladungsenergie und den Stickstoffdruck zu erhöhen.

Diese Lösung trifft jedoch auf bestimmte Grenzen: Einerseits besteht das Risiko von Lichtbögen, selbst wenn für einen Stickstoffstrom mit Wirbelbildung gesorgt wird; andererseits erfordert die Druckerhöhung eine Anhebung der elektrischen Entladungsspannung. Wird diese Spannung jedoch zu groß, so müssen elektrische Störentladungen außerhalb der Erregungskammer vermieden werden, was die Verwendung von teueren elektrischen Isoliermitteln voraussetzt.

Um zu erreichen, daß der Stickstoff sich mit dem Kohlendioxyd in der Ausdehnungskammer mischt, bevor er seine Vibrationserregungsenergie verloren hat, muß ihm in Düsen, über die die Erregungskammer mit der Ausdehnungskammer in Verbindung steht, Überschallgeschwindigkeit verliehen werden. Hierzu muß der Druck in der Ausdehnungskammer kleiner als etwa die Hälfte des Drucks in der Erregungskammer sein.

Andererseits muß der Druck in der Ausdehnungskammer ausreichend gering sein, damit die Erregungsenergieübertragung vom Stickstoff zum Kohlendioxyd stattfinden und die stimulierte Lichtemission durch das letztere Gas unter guten Bedingungen erfolgen kann. In anderen Worten wird, wenn der Druck in der Ausdehnungskammer zu hoch ist, etwa in der Nähe des atmosphärischen Drucks liegt, die Relaxationszeit der Kohlendioxydmoleküle zu kurz, d. h. daß diese Moleküle ihre Erregungsenergie bei Molekularkollisionen zu rasch verlieren. Daraus ergibt sich, daß die Kohlendioxydmoleküle, die zu Beginn des Mischvorgangs mit dem Stickstoff erregt werden, ihre Erregungsenergie vor Ende dieses Mischvorgangs verloren haben. Es kann dann lediglich ein geringer Anteil der auf das gasförmige Kohlendioxyd übertragenen Erregungsenergie für die Erzeugung des Laserstahls verwendet werden.

Zur Aufrechterhaltung eines genügend geringen Drucks - erheblich unter dem atmosphärischen Druck - in der Ausdehnungskammer sind daher Ableitmittel notwendig. Herkömmlicherweise werden sie aus einem Behälter mit großem Querschnitt gebildet, der mit geeigneten Pumpmitteln versehen ist und in den sie Ausdehnungskammer mündet. Dieser Behälter und die Pumpmittel sind teuer und raumaufwendig.

Es ist ferner bekannt, das Kohlendioxyd mit Hilfe von Injektoren in die Asudehnungskammer einzublasen, die mit unter hohem Druck stehendem Gas gespeist werden und mit Einblasöffnungen versehen sind, durch die dem Gas Schallgeschwindigkeit verliehen wird. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue Durchflußregelung für das Kohlendioxyd.

Es ist weiterhin bekannt, die Kohlendioxydinjektoren so anzuordnen, daß die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Injektoren Düsen bilden, durch die der Stickstoff von der Erregungskammer in die Ausdehnungskammer gelangt. Die Einblasöffnungen für das Kohlendioxydgas sind in die Ausströmseite dieser Injektoren so eingearbeitet, daß der Gasstrahl zur Ausdehnungskammer parallel zum Stickstoffstrom ausgerichtet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine gute Mischung der beiden Gase.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Gasstromlasers, bei dem die Ableitmittel aus der Ausdehnungskammer einfach, wenig raumaufwendig und nicht teuer sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gasstromlaser
- mit einer länglichen Erregungskammer, die in Strömungsrichtung in eine Ausdehnungskammer mündet,
- mit mindestens einem ersten Injektor zum Einführen eines ersten Gases am stromaufwärts gelegenen Ende dieser Ausdehnungskammer, indem in dieser Kammer eine turbulenzhaltige Strömung hervorgerufen wird,
- mit mindestens zwei Elektroden zur Hervorrufung in dieser Erregungskammer einer stabilen und diffusen elektrischen Erregungsentladung zur Erregung dieses ersten Gases,
- mit mehreren zweiten Injektoren, die am stromabwärts gelegenen Ende dieser Erregungskammer angeordnet sind und eine Barriere bilden, indem sie die Erregungskammer von der Ausdehnungskammer trennen, wobei die Zwischenräume zwischen zwei zweiten Injektoren erste Düsen bilden, durch die das erste Gas von der Erregungskammer in die Ausdehnungskammer gelangt, wobei jede dieser ersten Düsen einen Bereich mit einem geringsten Querschnitt von einen von diesem Bereich mit geringstem Querschnitt aus sich erweiternden Teil aufweist, der in die Ausdehnungskammer mündet, wodurch das erste Gas in diesem sich erweiternden Düsenteil eine Überschallgeschwindigkeit erhält, wenn zwischen der Erregungskammer und der Ausdehnungskammer ein ausreichend großes Druckverhältnis herrscht, wobei jeder der zweiten Injektoren mindestens eine Einblasöffnung aufweist, die sich zur Ausdehnungskammer hin öffnet, so daß ein zweites Gas in die Strömung des ersten Gases eingeführt wird, wobei bestimmte Moleküle dieses zweiten Gases durch Energieübertragung ausgehend von den erregten Molekülen des ersten Gases erregt werden und daraufhin Licht aussenden können,
- mit optischen Mitteln, die eine stimulierte Aussendung von kohärentem Licht durch das zweite Gas in einem Sendebereich der Ausdehnungskammer ermöglichen,
- wobei die Durchflußmenge des ersten Injektors und der Gesamtquerschnitt der Bereiche mit Mindestquerschnitt aller ersten Düsen so gewählt werden, daß der Druck des ersten Gases in der Erregungskammer zwischen 0,3 und 3 Atmosphären liegt, wodurch dieser Druck mit einer starken, stabilen und diffusen elektrischen Entladung in diesem Gas sowie mit einem guten Funktionieren der ersten Düsen kompatibel wird, ohne daß zu aufwendige elektrische Isoliermittel außerhalb der Erregungskammer vorgesehen werden müßten,
- wobei der Einspeisungsdruck der zweiten Injektoren ausreichend groß gewählt wird, damit das zweite Gas in den Einblasöffnungen Schallgeschwindigkeit erreicht,
- wobei Ableitmittel zur Aufrechterhaltung des Drucks in der Ausdehnungskammer auf einem Wert von weniger als 0,4 Atmosphären vorgesehen sind, wodurch einersetis mindestens Schallgeschwindigkeit für das erste Gas am Ausgang der ersten Düsen und damit eine gute Vermischung mit dem zweiten Gas gesichert ist, damit die Erregungsenergie des ersten Gases auf das zweite Gas übertragen werden kann, bevor diese Energie verloren ist, und wodurch andererseits wegen der Verlängerung der Relaxationszeit des zweiten Gases bei abnehmendem Druck verhindert wird, daß die Moleküle des zweiten Gases, die zu Beginn des Mischungs- und Erregungsenergieübertragungsprozesses erregt werden, ihre Erregungsenergie vor dem Ende dieses Prozesses und vor Erreichen des Sendebereichs verlieren,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitmittel
- einen Ableitstutzen, der die Ausdehnungskammer verlängert und in die Atmosphäre mündet und dabei eine ausreichende Länge hat, um den gemischten Gasen einen Geschwindigkeitsverlust bis auf eine Unterschallgeschwindigkeit vor dem Ausgang dieses Stutzens zu erlauben, wobei ihr Druck bis auf mindestens Atmosphärendruck erhöht wird,
- sowie zweite sich erweiternde Düsen umfassen, die am Ausgang der Einblasöffnungen der zweiten Injektoren angeordnet sind, so daß das zweite Gas in diesen zweiten Düsen eine Überschallgeschwindigkeit erreicht, indem es sich bis zu einem Druck entspannt, der unter dem Druck liegt, der in der Ausdehnungskammer bei Dauerbetrieb aufrechterhalten werden muß.

Anhand der beiliegenden einzigen schematischen Figur wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Erregungskammer 2, die die Form eines Drehzylinders mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Länge von 30 cm aufweist. An einem stromaufwärts gelegenen Ende dieser Kammer sind zwei erste Injektoren 4 und 6 angeordnet, die an eine unter Druck stehende Stickstoffquelle SN angeschlossen sind. Diese beiden Injektoren sind aus Metall und enden jeweils in einer Düse, in der sich ein Stickstoffstrahl mit Überschallgeschwindigkeit ausbilden kann.

Die Erregungskammer 2 steht mit ihrem stromabwärts gelegenen Ende mit einer primatischen Ausdehnungskammer 8 mit rechteckigem Querschnitt, einer Höhe von 3 cm senkrecht zur Zeichenebene und einer Breite von 9 cm in der Zeichenebene in Verbindung.

Das stromaufwärts gelegene Ende der Ausdehnungskammer 8 ist teilweise durch 15 Metallstäbe wie beispielsweise 10 und 12 verschlossen, die parallel angeordnet sind und in gleichen Abständen senkrecht zur Ebene der Figur durch die gesamte Höhe dieser Kammer verlaufen. Die Zwischenräume zwischen diesen Stäben bilden erste Düsen, beispielsweise 14, die zunächst bis zu einem Mindestquerschnitt konvergieren und von diesem Mindestquerschnitt ab sich erweitern und durch die der Stickstoff von der Kammer 2 in die Kammer 8 gelangt. Die Breite dieser Düsen 14 beträgt in Höhe ihres Mindestdurchmessers 0,85 mm. Die Breite in Höhe des Mindestdurchmessers wird für die beiden zwischen einer Seitenwandung der Kammer 8 und einem neben dieser Seitenwandung befindlichen Stab wie beispielsweise 10 liegenden seitlichen Düsen halbiert. Die Gesamtlänge dieser Düsen, d. h. die Länge der Stäbe wie beispielsweise 10, parallel zur Strömungsrichtung des Stickstoffs beträgt 13,5 mm. Die Länge des konvergierenden Teils dieser Düse muß kleiner als etwa 15 mm sein, beispielsweise 10 mm, um eine Entregung des Stickstoffs an den Wandungen zu vermeiden. Die Breite der Stäbe in Höhe des Mindestdurchmessers der Düsen beträgt 5,15 mm, was zusammen mit dem an dieser Stelle vorliegenden Düsendurchmesser eine Gesamtbreite von 6 mm ergibt.

Unter der Bedingung, daß der Druck im Behälter 8 genügend niedrig ist, erreicht der Stickstoff in Höhe des Mindestdurchmessers der ersten Düsen wie beispielsweise 14 Schallgeschwindigkeit und in dem sich erweiternden Bereich dieser Düsen Überschallgeschwindigkeit. Die Strömungsleitung der ersten Injektoren 4 und 6 wird so gewählt, daß der Druck im Behälter 2 etwa eine Atmosphäre beträgt. Die von ihnen gelieferte hohe Geschwindigkeit des Stickstoffstroms sowie die Wahl der Abmessungen der Erregungskammer 2 und der ersten Düsen wie beispielsweise 14 ergeben eine Wirbelströmung für den Stickstoff in dieser Kammer. Diese Wirbelströmung ermöglicht eine Stabilisierung einer zwischen einerseits den ersten Injektoren 4 und 6, die mit dem positiven Pol einer elektrischen Stromquelle 6 über einen Stabilisierungswiderstand R verbunden sind, und andererseits den Stäben wie beispielsweise 10 und 12 hergestellten elektrischen Erregungsentladung. Die Energie dieser Entladung liegt vorzugsweise zwischen 500 und 5000 kJ pro eingeführten Stickstoffs, beispielsweise 1500 kJ pro kg. Die Stäbe wie beispielsweise 10 und 12 bilden zweite Injektoren, durch die in die Ausdehnungskammer ein zweites Gas eingeblasen werden kann, das aus einer Mischung aus Kohlendioxyd und Helium oder aus Kohlenmonoxyd und Wasserdampf besteht. Diese Zweitinjektoren sind so angeordnet, daß das zweite Gas eine parallel zur Bewegung des Stickstoffs verlaufende Bewegung erhält und sich mit dem Stickstoff sofort am Ausgang der ersten Düsen mischt. Hierzu werden die zweiten Injektoren ausgehend von einem Behälter SC parallel unter Druck gespeist und sind jeweils mit einer rechtwinkligen Einblasöffnung wie beispielsweise 16 versehen, die sich über die gesmate Höhe des Injektors erstreckt und durch die das zweite Gas auf Schallgeschwindigkeit gebracht wird. Erfindungsgemäß und mit dem Ziel, die Geschwindigkeit zu erhöhen und den Druck des zweiten Gases zu senken, schließen sich an diese Einblasöffnungen zweite sich erweiternde Düsen an wie beispielsweise 18, die eine Länge von 5 mm aufweisen und parallel zu den ersten Düsen wie beispielsweise 14 ausgerichtet sind. Hierdurch wird eine Senkung des Drucks im Behälter 8 auf einen geeigneten Wert möglich.

Die stromabwärts gelegene Seite der zweiten Injektoren wie beispielsweise 12 ist vollkommen durchgehend mit einer Vertiefung versehen, die den Ausgang der zweiten Düsen wie beispielsweise 18 bildet, deren beide Seitenwände somit an die stromabwärts gelegenen Enden von zwei Seitenwandungen zweier erster Düsen entlang zweier spitzwinkliger Kanten in Verbindung stehen. Diese beiden Kanten stehen senkrecht zur Ebene der Figur. Diese Anordnung ermöglicht eine rasche Mischung des zweiten Gases mit dem Stickstoff.

Die Querschnittsfläche des Ausgangs der ersten Düsen wie beispielsweise 14 scheint vorzugsweise zwischen dem 1,1- und 5fachen, beispielsweise dem Zweifachen, der Querschnittsfläche dieser Düsen in Höhe ihres Mindestdurchmessers zu liegen. Für den Fall, daß das zweite Gas Helium enthält, scheint die Querschnittsfläche des Ausgangs der zweiten Düsen wie beispielsweise 18 vorzugsweise zwischen dem 1,5- und 5fachen, beispielsweise dem 3,5fachen der Querschnittsfläche dieser Düsen in Höhe ihres Mindestdurchmessers zu liegen. Es sieht so aus, als ob die gesamte Ausgangsfläche dieser zweiten Düsen vorzugsweise zwischen 60 und 90%, beispielsweise 75%, der Querschnittsfläche der Asusdehnungskammer 8 betragen sollte.

Die Mischung der drei Gase kann folgende Proportionen umfassen, die als Beispiele und anscheinend untere bzw. obere Grenzen nachfolgend zitiert werden:

Unmittelbar in Strömungsrichtung gesehen hinter den zweiten Injektoren wie beispielsweise 10 und 12 werden die Seitenwandungen der Ausdehnungskammer 8, die senkrecht auf der Ebene der Figur stehen, durch zwei rechtwinklige Metallspiegel 20 und 22 ersetzt, deren Höhe senkrecht zur Ebene der Zeichnung 3 cm und deren Länge parallel zur Gasströmung 8 cm beträgt. Der Spiegel 20 ist konkav und vollständig. Der Spiegel 22 ist ein Planspiegel und mit einer zentralen Bohrung mit 12 mm Durchmesser versehen, die durch ein aus Natriumchlorid bestehendes Fenster 24 verschlossen ist. Auf diese Weise bildet man einen optischen Resonanzraum, in dem ausgehend von der vom Stickstoff oder Kohlendioxyd gelieferten Erregungsenergie eine stimulierte Lichtemission auftreten kann, wobei das so erzeugte Licht durch das Fenster 24 den Resonanzraum verlassen kann. Das Innere dieses Resonanzraums wurde zuvor "Sendebereich" genannt. Die Lage dieses Bereichs bleibt erhalten, wenn die Spiegel 20 und 22 durch Fenster ersetzt werden, um die beschriebene Vorrichtung als Laserverstärker zu verwenden.

Die Ausdehnungskammer 8, deren stromabwärts gelegenes Ende mit dem der Spiegel 20 und 22 zusammenfallen kann, läuft in einem Ableitungsstutzen 26 aus, der ebenfalls prismatischer Form ist und über 48 cm Länge denselben Querschnitt aufweist und dann über einen sich leicht erweiternden Bereich 28 mit einer Länge von 12 cm in die Atmosphäre mündet.

Dieser sich erweiternde Teil weist zwei zur Ebene der Figur parallele Wandungen auf, die die Fortsetzung der entsprechenden Wandungen des ersten Teils der stutzenförmigen Verlängerung der Ausdehnungskammer bilden, sowie zwei senkrecht zur Zeichenebene stehende Wandungen, die mit der Verlängerung der entsprechenden Wandungen des ersten Teils des Stutzens einen Winkel von 6° bilden.

Es scheint ein Vorzug zu sein, wenn die Gesamtlänge des Ableitungsstutzens 26 (im beschriebenen Beispiel 60 cm) mindestens 25mal seinem hydraulischen Durchmesser entspricht, d. h. dem Verhältnis von Querschnittsfläche dieses Stutzens (27 cm² im beschriebenen Beispiel) zum Umfang dieses Abschnitts (24 cm). Diese Abmessungen nämlich ermöglichen es Gasen, die eine Überschallgeschwindigkeit aufweisen und unter einem Druck von weniger als 0,3 Atmosphären in der Ausdehnungskammer 8 vorliegen, ihre Geschwindigkeit innerhalb des Stutzens 26 auf Unterschallgeschwindigkeit zu senken, wobei sich gleichzeitig ein Druckanstieg auf Atmosphärendruck ergibt.

Claims (8)

1. Gasstromlaser

• - mit einer länglichen Erregungskammer, die in Strömungsrichtung in eine Ausdehnungskammer mündet,
• - mit mindestens einem ersten Injektor zum Einführen eines ersten Gases am stromaufwärts gelegenen Ende dieser Ausdehnungskammer, indem in dieser Kammer eine turbulenzartige Strömung hervorgerufen wird,
• - mit mindestens zwei Elektroden zur Hervorrufung in dieser Erregungskammer einer stabilen und diffusen elektrischen Erregungsentladung zur Erregung dieses ersten Gases,
• - mit mehreren zweiten Injektoren, die am stromabwärts gelegenen Ende dieser Erregungskammer angeordnet sind und eine Barriere bilden, indem sie die Erregungskammer von der Ausdehnungskammer trennen, wobei die Zwischenräume zwischen zwei zweiten Injektoren erste Düsen bilden, durch die das erste Gas von der Erregungskammer in die Ausdehnungskammer gelangt, wobei jede dieser ersten Düsen einen Bereich mit einem geringsten Querschnitt und einen von diesem Bereich mit geringstem Querschnitt aus sich erweiternden Teil aufweist, der in die Ausdehnungskammer mündet, wodurch das erste Gas in diesem sich erweiternden Düsenteil eine Überschallgeschwindigkeit erhält, wenn zwischen der Erregungskammer und der Ausdehnungskammer ein ausreichend großes Druckverhältnis herrscht, wobei jeder der zweiten Injektoren mindestens eine Einblasöffnung aufweist, die sich zur Ausdehnungskammer hin öffnet, so daß ein zweites Gas in die Strömung des ersten Gases eingeführt wird, wobei bestimmte Moleküle dieses zweiten Gases durch Energieübertragung ausgehend von den erregten Molekülen des ersten Gases erregt werden und daraufhin Licht aussenden können,
• - mit optischen Mitteln, die eine stimulierte Aussendung von kohärentem Licht durch das zweite Gas in einem Sendebereich der Ausdehnungskammer ermöglichen,
• - wobei die Durchflußmenge des ersten Injektors und der Gesamtquerschnitt der Bereiche mit Mindestquerschnitt aller ersten Düsen so gewählt werden, daß der Druck des ersten Gases in der Erregungskammer zwischen 0,3 und 3 Atmosphären liegt, wodurch dieser Druck mit einer starken, stabilen und diffusen elektrischen Entladung in diesem Gas sowie mit einem guten Funktionieren der ersten Düsen kompatibel wird, ohne daß zu aufwendige elektrische Isoliermittel außerhalb der Erregungskammer vorgesehen werden müßten,
• - wobei der Einspeisungsdruck der zweiten Injektoren ausreichend groß gewählt wird, damit das zweite Gas in den Einblasöffnungen Schallgeschwindigkeit erreicht,
• - wobei Ableitmittel zur Aufrechterhaltung des Drucks in der Ausdehnungskammer auf einem Wert von weniger als 0,4 Atmosphären vorgesehen sind, wodurch einerseits mindestens Schallgeschwindigkeit für das erste Gas am Ausgang der ersten Düsen und damit eine gute Vermischung mit dem zweiten Gas gesichert ist, damit die Erregungsenergie des ersten Gases auf das zweite Gas übertragen werden kann, bevor diese Energie verloren ist, wodurch andererseits wegen der Verlängerung der Relaxationszeit des zweiten Gases bei abnehmendem Druck verhindert wird, daß die Moleküle des zweiten Gases, die zu Beginn des Mischungs- und Erregungsenergieübertragungsprozesses erregt werden, ihre Erregungsenergie vor dem Ende dieses Prozesses und vor Erreichen des Sendebereichs verlieren,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitmittel

• - einen Ableitstutzen (26), der die Ausdehnungskammer (8) verlängert und in die Atmosphäre mündet und dabei eine ausreichende Länge hat, um den gemischten Gasen einen Geschwindigkeitsverlust bis auf eine Unterschallgeschwindigkeit vor dem Ausgang dieses Stutzens zu erlauben, wobei ihr Druck bis auf mindestens Atmosphärendruck erhöht wird,
• - sowie zweite sich erweiternde Düsen (18) umfassen, die am Ausgang der Einblasöffnungen (16) der zweiten Injektoren (12) angeordnet sind, so daß das zweite Gas in diesen zweiten Düsen (18) eine Überschallgeschwindigkeit erreicht, indem es sich bis zu einem Druck entspannt, der unter dem Druck liegt, der in der Ausdehnungskammer (8) bei Dauerbetrieb aufrechterhalten werden muß.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Gas um Stickstoff handelt und daß die Moleküle des zweiten Gases, die durch die erregten Moleküle des ersten Gases erregt werden können, Kohlendioxydmoleküle sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas darüber hinaus Helium aufweist, wobei der Durchfluß an Kohlendioxydgas zwischen 5% und 20% der Durchflußmenge der Mischung der drei genannten Gase ist, während der Durchfluß an Helium zwischen 70% und 60% der Durchflußmenge der Mischung der drei Gase beträgt, wobei die Länge des konvergierenden Teils der ersten Düsen kleiner als 15 mm ist und die Querschnittsfläche des Ausgangs der ersten Düsen (14) zwischen dem 1,1- und 5fachen der Querschnittsfläche dieser Düsen in Höhe ihres Mindestdurchmessers liegt, wobei die Querschnittsfläche des Ausgangs der zweiten Düsen (18) zwischen dem 1,5- und 5fachen der Querschnittsfläche dieser Düsen in Höhe ihres Mindestdurchmessers liegt, wobei die Gesamtquerschnittsfläche des Ausgangs der beiden Düsen zwischen 60% und 90% der Querschnittsfläche der Ausdehnungskammer beträgt, wobei die Querschnittsfläche des Ableitungsstutzen (26) praktisch gleich der der Ausdehnungskammer ist, wobei die Länge der aus dieser Ausdehnungskammer und diesem Ableitungsstutzen gebildeten Gesamtheit größer oder gleich dem 25fachen des Verhältnisses der Fläche dieses Querschnitts zum Umfang dieses Querschnitts ist, so daß die genannten gemischten Gase vor dem Austreten aus diesem Stutzen auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst werden können und auf einen Druck von einer Atmosphäre oder mehr gebracht werden können.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas darüber hinaus Wasserdampf enthält, wobei der Kohlendioxydgasfluß zwischen 70% und 80% der Durchflußmenge der Mischung der drei genannten Gase beträgt und die Durchflußmenge an Wasserdampf zwischen 1 und 5% der Durchflußmenge der Mischung aus den drei Gasen beträgt, wobei die Länge des konvergierenden Bereichs der ersten Düsen kleiner als 15 mm ist und die Querschnittsfläche am Ausgang der ersten Düsen (14) zwischen dem 1,1- und 5fachen der Querschnittsfläche dieser Düsen in Höhe ihres Mindestdurchmessers liegt, wobei der Gesamtquerschnitt am Ausgang der zweiten Düsen zwischen 60% und 90% des Querschnitts der Ausdehnungskammer beträgt, wobei die Querschnittsfläche des Ableitungsstutzen (26) praktisch gleich der der Ausdehnungskammer ist, wobei die Länge des aus dieser Ausdehnungskammer und diesem Ableitungsstutzen gebildeten Ganzen größer oder gleich dem 25fachen des Verhältnisses der Fläche dieses Querschnitts zum Umfang dieses Querschnitts ist, so daß die gemischten Gase vor Verlassen dieses Stutzens auf eine Unterschallgeschwindigkeit abgebremst werden und ihr Druck auf eine Atmosphäre oder mehr zunimmt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ableitungsstutzen an seinem stromabwärts gelegenen Ende (28) erweitert.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Injektoren die Form von Stangen (10, 12) aufweisen, die praktisch parallel zueinander angeordnet sind, wobei die beiden sich gegenüberliegenden Seitenflächen zweier benachbarter Stangen (10, 12) die beiden Wandungen einer ersten Düse (14) bilden, wobei die stromabwärts gelegene Seite jeder dieser Stangen praktisch über ihre gesamte Länge hinweg eine Vertiefung aufweist, die den Ausgang einer zweiten Düse bildet, so daß die beiden Seitenwandungen dieser zweiten Düsen an ihren stromabwärts gelegenen Enden mit den stromabwärts gelegenen Enden von zwei Seitenwandungen zweier erster Düsen über zwei spitzwinklige Kanten in Verbindung stehen, wobei die beiden Kanten in Längsrichtung dieser Stange ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden zur Erzeugung der Erregungsentladung einerseits aus einem ersten Injektor und andererseits aus den stromaufwärts liegenden Flächen der zweiten Injektoren gebildet werden, wobei die Erregungskammer drehzylindrische Form aufweist und die Länge dieser Kammer zwischen dem 5- und 7fachen ihres Durchmessers liegt, wobei die Erregungsentladungsenergie zwischen 500 und 5000 kJ/kg eingeblasenen Stickstoff liegt.