DE873424C - Abgeschmolzene Gaszelle fuer Mikrowellen - Google Patents

Description

• Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen Die Erfindung bezieht sich auf eine abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen, in welcher das Gas durch molekulare Resonanz Mikrowellenenergie absorbiert, und bezieht sich- insbesondere auf die Aufrechterhaltung eines konstanten Partialdruckes des Gases in einer derartigen Zelle.
• Es ist bekannt, daß einige Gase die Eigenschaft haben, Mikrowellen einer bestimmten Frequenz oder bestimmter Frequenzen zu absorbieren und dabei sogenannte Absorptionslinien zu bilden, die bei Atmosphärendruck des Gases breit sind und bei niedrigen Drücken schmal werden. Im allgemeinen sind schmale: Absorptionslinien erwünscht und ebenso ein hoher O-Wert (Verhältnis der Absorptionslinienfrequenzzur Linienbreite), Ider mit abnehmendem Druck zunimmt. Wenn eine Gaszelle als Frequenznormal für Mikrowellen benutzt werden soll, ist eine sehr scharfe Absorptionslinie notvendig. Jedoch zeigen sehr genaue Messungen, daß bei großen Druckänderungen noch eine kleine Verschiebung ,der Frequenz der Absorptionslinie stattfindet. Man ist daher bestrebt, den Druck des Füllgases der Zelle praktisch konstant zu halten. Wenn der Druck zu hoch wird, wird die Zelle ungenau, und andererseits ist bei zu niedrigem Druck keine Absorptionslinie mehr zu beobachten.
• Innerhalb einer abgeschmolzenen pelle können große Druckänderungen; durch Absorption und durch Adsorption des Gases durch die Zellenwände hervorgerufen werden. Auch chemische Reaktionen zwischen dem Gas und Verunreinigungen der Zelle können die Ursache von Gasverlusten sein. Man hat versucht, derartige Druckänderungen durch Verwendung eines Überzugs von geringer Absorptiöns- und Ad(sorptionsfähigkeit (beispielsweise von Glas) auf den Zellenwänden zu vermindern. jedoch sind die hierfür geeigneten Materialien im allgemeinen Isolatoren, so daß sie die .durch die Zelle übertragene Mikrowellenenergie erheblich abschwächen. Praktisch ist man( daher auf idie Verwendung metallrischer Zellenwände angewiesen. Für diesen Zweck eignet sich rostfreier Stahl besser als die meisten anderen. Metalle, ida er eine geringe Absorption und Adssorption zeigt, die .jedoch nicht klein genug ist, um unerwünschte Änderungen des Gastdruckes zu verhindern.
• Gemäß der Erfindungwrd eine Gaszelle mit dem gewünschten Absorptionsgas für Mikrowellen gefüllt und ferner noch mit einem weiteren Gas; welches Mikrowellen nicht absorbiert oder wenigstens keine nahe ,den gewünschten Absorptionslinien :des - ersten Gases liegenden Absorptionslinien besitzt. Das zweite Gas wind von den Zellenwänden :bis praktisch zu ihrer Sättigung absorbiert oder adsorbiert, so @daß eine Absorption oder Adsorption des ersten Gases, nur in geringfügigem Maße stattfindet. Die Anwesenheit des zweiten Füllgases vermindert auch die Einflüsse von chemischen Reaktionen infolge vorn Verunreinigungen der Zelle.
• Vorzugsweise soll (das zweite Gas ein leichtes Gas, beispielsweise Wasserstoff, sein, welches ein viel geringeres Molekulargewicht als (das die Mikrowellen .ab.sorbserende Gas besitzt; welches vorzugszweise aus Ammoniak mit einem Parti:aldruck von etwa ia-1 .bis, io--4 mm Hg besteht: Seine Absorptionsfähigkeit für Mikrowellen und. ebenso diejenige des ersten Füllgases hängt von dem Partialdruck des Gases selbst ab und wird nicht durch die Anwesenheit eines anderen Gases von entweder tieferem oder höherem Parti,aldruck in der Zelle beeinfiußt. Daher wird durch die Erfindung eine einfache und leicht zu handhabende Anordnung geschaffen; bei welcher (der Partaldruck eines gewünschten Mikrowellen absorbierenden Gases m einer abgeschmolzenen Zelle praktisch konstant gehalten wird: Eine Ausführungsform der Erfindung ist zusammen mit einer für die Herstellung der Zelle, brauchbaren Anordnung in der Zeichnung dargestellt.
• Die Gaszelle i kann aus, einem Stück: eines Wellenleiters für Mikrowellen bestehen, das an' seinem Ende oder in der Nähe .davon durch gasdichte Fenster :2 abgeschlossen ist. .Diese Fenster :2 müssen für Mikrowellenenergie durchlässig sein, und normalerweise wird. die Zelle lang gegenüber ihrem Querschnitt ausgebildet. In dem (dargestellten Beispiel besteht die Einrichtung zur Herstellung der Zelle i paus einer Vakuumpumpe 3 zur Entlüftung und zur Einstellung des Gasdruckes aus einem VakuummeBinstrüment 5, einem Vorratsbehälter 7 mit demjenigen Gas, welches von den Zellenwänden absorbiert oder adsorbiert werden soll, einem weiteren Behälter 9 mit dem gewünschten, die Mikrowellen absorbierenden Gas, z. B. Ammoniak, einer Reihe von Hähnen i i, 13, 15, 17, einem Leitungssystem i9, 24 23, 25, an welchem die Zelle hei 27 mittels eines Abschmelzröhrchens 29 provisorisch befestigt ist.
• Die Zelle i wird in einem Ofen so lange :geheizt, lyis der Wasserdampf und, verschiedene ändere in ihr vorhandene Verunreinigungen entfernt sind. Während dieses Heizungsprozesses ist der Haupthahn i i offen und ebenso der Hahn 13 zur- Pumpe 3, so daß diese den Wasserdampf und die Verun:-reinigungsgase so weitgehend, als es nach diesem Verfahren möglich ist; absaugt: Der Hahn 13 wird .sodann geschlossen und der Hahn 15 zum Wasserstofhehälter 7 geöffnet: Durch den Hahn 15 gelangt Wasserstoff mit einem höheren Druck, als er im Betrieb in der Zelle bestehen soll, über den Haupthahn i i in die Zelle i. Es wird eine genügende Wasserstoffgagmernge, vorzugsweise einige Zentimeter Quecksilberdruck, in die Zelle eingelassen, um :deren Wände zu sättigen und sodann der Hahn 15 geschlossen. Nach ungefähr io Minuten oder nach einer genügenden Zeitspanne für die Absättigung der Wände durch Wasserstoffabsorption und Adsorption wird die Pumpe 3 wieder kurz in Betrieb gesetzt und dann der Hahn 17 zu -dem Ammoniakgefäß. geöffnet, so daß Ammoniak oder ein anderes Mikrowellen absorbierendes Gas aus dem Behälter 9 in die Zelle i einströmt, vorzugsweise von einem Druck von einem oder einigen Zentimetern Quecksilbersäule. Sodann wird ider Hahn 17 geschlossen. Der zur Pumpe führende Hahn 13 wird: sodann von neuem geöffnet und die Vakuumpumpe 3 so lange betrieben, bis der Partiäldruck des Ammoniaks in der Zelle i auf seinen endgültig gewünschten Wert von io-1 bis io-4 mm Quecksilbersäule, der im Vakuummeter 5 abgemessen werden kann, gesunken ist. Es empfiehlt sich, diese Druckeinstellung vorzunehmen, während die Zelle i mit der die gewünschte Mikrowellenabsorptionslinie anzeigenden Einrichtung in Verbindung steht. Sodann den der Hahn 13 und der Haupthahn il geschlossen. Durch Schließung des Hahnes il wird die Zelle vom Leitungssystem abgetrennt. Sodann kann die Zelle abgeschmolzen und vom Abschmelzröhrchen 29 in bekannter Weise abgezogen werden. Da das Abschmelzröhrchen normalerweise aus Glas besteht und an die Zelle i von außen angesetzt ist sowie eine kleine Öffnung an der Zelleninnenseite aufweist, soll diese Öffnung klein im Vergleich zu der Mikrowellenlänge sein, und das Abschmelzröhrchen soll ferner vorzugsweise an einer solchen Stelle des Querachnittsumfangs angebracht werden, an welcher im Betrieb ein Spannungsmaximum auftritt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen, welche ein Mikrowellenenergie durch malekulare Resonanz absorbierendes Gas enthält, dadurch gekennzeichnet, @daß die Innenwände der Zelle praktisch mit einem anderen Gas gesättigt sind, welches keine oder eine andere Mikrowellenabsorption aufweist, zum Zweck, die Absorption und die Adsorption :des ersterwähnten Gases durch die Zellenwände im wesentlichen auszuschließen. a. Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d:aß das zweite Gas ein geringes Molekulargewicht im Vergleich zu :dem ersten Gas hat. 3. Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen nach Anspruch i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck des ersten Gases in der Zelle vor dem Abschmelzen derart eingestellt wird, daß eine scharfe Mikrowellenabsorptionslinie auftritt, und .daß das zweite Gas einen höheren Partialdruck als das erste Gas besitzt. q.. Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen nach Anspruch r, a oder 3, bei welcher die Zelle lang gegenüber ihren Querschnittsabmessungen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle an einer solchen Stelle des Umfangs ihres Querschnitts abgeschmolzen wird, an welcher im Betrieb ein Spannungsmaximum auftritt. 5. Abgeschmolzene Gaszelle für Mikrowellen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ,das erste Gas Ammoniak mit einem Partialdruck zwischen i o-1 und i o-4 mm Hg ist und das zweite Gas aus Wasserstoff besteht.