DE963086C - Verfahren zur Erzeugung von Lichtblitzen hoechster Lichtdichte in verschiedenen Spektralgebieten - Google Patents

Description

Für sämtliche Impulssender, die mit Lichtimpulsen im sichtbaren oder unsichtbaren Gebiet arbeiten, ist man auf Scheinwerfer angewiesen, die es erlauben, für eine sehr kurze Zeit eine höchistmögliche Lichtintensität zu erzeugen. Geht man von der Erwägung aus, daß technische Spiegel von ungefähr 35 cm Durchmesser verwendet werden sollen bei einem Öffnungskegel von 2 bis 6°, so erhält man Dimensionen des Fehlerkreises des Spiegels von einigen mm². Da¹S bedeutet für den Funkenkanal ein Volumen von etwa 10 mm³. Die Zahl der in einem derartigen Volumen vorhandenen Moleküle oder Atome wird bei Überdrucklampen mit mehr als Atmosphärendruck in der Größen-Ordnung von io¹⁷ bis io¹⁸ liegen. Für höchste Leuchtdichte wird eine mindestens ioo°/oige einfache Ionisation dieses Volumens erforderlich sein. Bei einer Ionisationsspannung von durchschnittlich 10 V tritt rund 0,1 bis 1 Ws benötigte Arbeit auf, um dieses Volumen voll zu ionisieren. Da die Lebensdauer der einzelnen Ionen durchschnittlich ι o~⁸ Sekunden, sein wird, muß die speisende Kondensatorenentladung jeweils in io~⁸ Sekunden 0,1 bis ι Ws hergeben können. Eine zu lange Funkendauer muß unter allen Umständen dabei vermieden werden, damit der Charakter der Entladung nicht in den eines Lichtbogens übergeht. Geht man davon aus, daß für die Lampe höchstens 15 kV Durchischilagsspannung bei Verwendung von Edelgasen technisch anwendbar sein werden bei

einer Funkenlänge von S bis io mm, so erhält man für einen Kondensator von ο,ο ι μ¥ eine investierbare Arbeit von 1 Ws, bei 0,1 μ¥ 10 Ws. Führt man diese Kapazität möglichst induktionsfrei aus und ordnet sie in Parallelschaltung unmittelbar neben der Lampe an, so ergeben sich erzielbare minimale Induktivitäten von 0,1 bis 0,2 μΗ. Bei 0,1 μΉ. erhält man für die erwähnten Kapazitäten Frequenzen von etwa 5 bzw. 1,5 · io^G Hz. Das bedeutet, daß der Strom der Entladung in. kürzestens 0,5 · 10—⁷ Sekunden bzw. 1,5 · io~~⁷ Sekunden sein Maximum erst wird erreichen können.

Bis zu diesem Zeitpunkt darf die Leistung aus dem Kondensator noch nicht nennenswert abgesunken sein. Unter der genannten Forderung einer Energieinvestition von 0,1 bis 1 Ws für io~~⁸ Sekunden sieht man, daß man bei Dimensionierung des Kreises mit 0,1 /«F. 10 Ws für 15 · io~⁸ Sekunden gut wird auskommen können. Experimentell ergibt sich das Maximum im Bereich von 0,05 bis 0,2 ,aF. Eine Mehrinvestierung von Kondensatorenergie wird jedoch keine höhere Leuchtdichte ergeben, da dann höchstens die Zeitdauer der Entladung größer wird.

Dementsprechend besteht das Verfahren zur Erzeugung von Lichtblitzen höchster Leuchtdichte gemäß der Erfindung darin, daß ein Überdruckentladungsgefäß im Zustand höchster Ionisation betrieben wird, derart, daß ein Kondensator, zu dem das Entladungsgefäß mittels Zuleitungen kleinstmöglicher Induktivität parallel geschaltet ist und dessen Größe daher unmittelbaren Einfluß auf das Funkenvolumen ausübt, bis zur Durchbruchsspannung aufgeladen wird.

Hierbei wird zweckmäßig das Entladungsgefäß mit einem Gas gefüllt, welches ein solches Absorptionsfenster besitzt, daß alle kurzwelligen Spektralanteile durch Eigenabsorption des Gases zwecks Leuchtdichtenerhöhung in Licht längerer Wellen umgewandelt werden..

Weiterhin kann nach der Erfindung zur Erreichung der gewünschten Entladung und Verminderung der Induktivität eine Koaxial- oder Lecherleitung die Verbindung zwischen Speicherkondensator und Entladungsstrecke herstellen. Schließlich wird zweckmäßigerweise zur Erzeugung der Hilfsimpulsspannungen, z.B. Synchronisationsspannung, während der Entladung zwischen Speicherkondensator und Entladungsstrecke eine Auskoppeilschleife angeordnet.

Durch ein solches Verfahren wird eine ständige Energieinvestierung für volle Ionisation des Funkenkanals erreicht, so daß der Charakter des Funkens nicht in den eines Lichtbogens überzugehen droht. Derartige Entladungskreise haben sich sowohl experimentell als auch in der praktischen Anwendung bestens bewährt.

Die von dem innersten Funkenkanal ausgestrahlte Gesamtstrahlung wird sehr kurzwellig sein, bei der zu erwartenden sehr hohen Elektronentemperatur von weit mehr als 100 ooo° K. Das kurzwellige Ende dieser Strahlung wird jedoch sofort von den nächst umgebenden Gaspartikeln um den Funkenkanal absorbiert, wodurch diese wiederum zur Emission langwelligerer Strahlung angeregt werden. Schließlich wird nur solche Strahlung aus dem Entladungsraum ausgehen, die von dem Entladungsmedium nicht absorbiert wird. Energetisch besteht keine Möglichkeit des Verbleibs der elektrischen Energie, die im Funken umgesetzt wird, vielmehr wird sie als Lichtenergie in den dem Gase eigentümlichen Ouantensprüngen als Kontinuum ausgestrahlt. Es entsteht also ein Absorptionsfenster des benutzten Gases. Bei Verwendung der Edelgase Krypton und Xenon z. B. wird dieStrahlung, von etwa 200 m/t beginnend, bis weit ins Infrarote ausgesandt. Der Spektralteil des kurzen UV kann dabei jedoch möglicherweise unerwünscht sein.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird daher zur Herstellung einer maximalen spektralen Ausbeute in einem gewünschten Strahlungsgebiet vorgeschlagen, als Entladungsmedium ein Gas zu verwenden bzw. einen Dampf, der in dem Gebiet ein Absorptionsfenster besitzt, so daß die gesamte Strahlung naturgemäß aus Energiegleichgewichtsgründen sich in dem Plasma so transformiert, daß nur Strahlung des gewünschten Bereiches austreten kann.

Durch das Verfahren nach der Erfindung wird es 9c möglich sein, stets das letzte an momentaner Lichtintensität in einem gewollten Spektralgebiet herauszuholen, was physikalisch überhaupt möglich ist. In Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Die Überdrucklampe a, die mit einem Zündgerät b ausgerüstet ist, ist mit einem Kondensator c derart verbunden, daß die Induktivität des Kreises d so klein wie möglich ist. Dabei ist der Kondensator c, der über die Leitungen c aufgeladen ioc wird, so bemessen, daß seine Betriebsspannung bis zur Durchbruchsspannung des Entladungsgefäßes gesteigert werden kann. Der Kondensator erhält dabei eine solche Kapazität, daß die aus ihm entnehmbare elektrische Energie für den Verlauf der 10,5 Entladung den Zustand höchster Ionisation im Funken aufrechterhalten kann.

Oft wird es konstruktiv unmöglich sein, den Entladungskondensator und das Entladungsgefäß unmittelbar eng zusammenzubauen. In solchen Fällen ist auch die Verbindung beider mittels eines Lechersystems kleiner Induktivität, etwa eines konzentrischen Kabelsystems oder eines parallelen Drahtsystems kleinsten Abstandes, möglich, derart, daß durch diese zusätzliche Induktivität der beschriebene Charakter der Entladung noch nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Das Schaltungsschema dieser Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt, in der mit f das Lechersystem bezeichnet ist.

Für viele Fälle, bei denen Hilfsschaltungen mit dem eigentlichen Lichtimpulsgenerator betrieben werden, wird es erforderlich sein, eine Hilfsspannung zur Synchronisation oder für andere Zwecke von dem Entladungskreis abzunehmen. Oft ist dieses möglich durch einfache Anzapfung der kurzen Zuleitungen zwischen Kondensator und

Lampe. In besonders gelagerten Fällen, in denen größere Spannungen verlangt werden, kann jedoch bei dem Entladungskreis eine kleine Stromschleife in die Strombahn gelegt werden, deren Induktivität ebenfalls so klein ist, daß sie nicht merklich ins Gewicht fällt wie etwa bei einem Drahtkrei-s von wenigen Zentimetern Durchmesser. Diese Ausgestaltung des Entladungskreises ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Hier ist mit g die Hilfsschleife im Entladungskreis dargestellt, die auf eine Spule h wirkt. Auch diese Umgestaltung des Entladungskreises hat der Anmelder bereits technisch erprobt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vierfahren zur Erzeugung von Lichtblitzen höchster Leuchtdichte, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckentladungsgefäß im Zustand höchster Ionisation betrieben wird, derart, daß ein Kondensator, zu dem das Entladungsgefäß mittels Zuleitungen kleinstmöglicher Induktivität parallel geschaltet ist und dessen Größe daher unmittelbaren Einfluß auf das Funkenvolumen ausübt, bis zur Durchbruchspannung aufgeladen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß mit einem Gas gefüllt ist, welches ein solches Absorptionsfenster besitzt, daß alle kurzwelligen Spektralanteile durch Eigenabsorption des Gases zwecks Leuchtdichtenerhöhung in Licht längerer Wellen umgewandelt werden.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der gewünschten Entladung und Verminderung der Induktivität eine Koaxial- oder Lecherleitung die Verbindung zwischen Speicherkondensator und Entladunigsstrecke herstellt.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Hilfsimpulsspannungen, z. B. Synchroniisationsspannungen, während der Entladung zwischen Speicherkondensator und Entladungsstrecke eine Auskoppelschleife angeordnet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Journal of Physics vom Dezember 1941, S. 848 ff., insbesondere S. 852, r. Sp.;

   Zeitschrift »Optik«, 1948, Heft 1 und 2, S. 129 bis 136, die Abhandlung: Die Leuchtdichte intensiver Funkenentladungen von Dr.-Ing. Fr. Früngel.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen