Becker, E.W.

Klingelhoefer, R.

Becker, E. W.

KITopen

Juni 1964 KFK 238 Institut für  Kernverfahrenstechnik Elektrische Entladungen in Strahlen aus kondensiertem Wasserstoff und kondensiertem Stickstoff im  Hochvakuum E. W. Becker, R. Klingelhöfer Sonderabdruck aus Jer Z E I T S C H R I F T  F U R  N A T U R F O R S C H U N G  Bandlga,Heft6,1964 V e r l a g  d e r  Z e i t s c h r i f t  f ü r  N a t u r f o r s c h u n g ,  T ü b i n g e n  Elektrische Entladungen in Strahlen aus kondensiertem Wasserstoff und kondensiertem Stickstoff im Hochvakuum Von E. W. BECKER und R. KLINGELII~FER /--- ' _. -. Kernforschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernverfah- renstechnik der Technischen Hochschule (Z. Naturforschg. 19 n, 813-814 [1961] ; eingegangen am 22. hlai 1964) Vor einiger Zeit haben wir vorgeschlagen, Strahlen aus sehr kalten, durch V A N - D E R - ' W A A L S - K ~ ~ ~ ~ ~  zusam- menhängenden Deuterium- bzw. Deuterium-Tritium- Agglomeraten zur gerichteten Einführung des Kern- brennstoffes in den hoch evakuierten Reaktionsraum von Kernfusionsanlagen zu verwenden '3 3. Ein spezieller Vorschlag ging davon aus, daß sich in solchen Strahlen aus kondensierter Materie im Hochvakuum elektrische Entladungen zünden lassen, die die Molekül-Agglo- merate genügend schnell in ein räumich scharf begrenz- tes Plasma umwandeln. Die Zündung derartiger Ent- ladungen ist in der Zwischenzeit gelungen, worüber im folgenden kurz berichtet werden soll: Der Strahl wurde unter Verwendung eines früher beschriebenen Kryostaten4 mit einer durdi flüssigen Wasserstoff gekühlten LAVAL-Düse erzeugt, die mit einem elektromagnetisch betätigten Schnellschlußventil versehen war. Zur Auslösung der Entladung diente die in Abb. 1 dargestellte Anordnung, die folgender- maßen arbeitet: Der Strahl wird bei aufgeladenem , elektroden \ Hochspannungsgerot 5trohl aus kondensierter (mox~mol 25 kV)  Moterie Abb. 1. Anordnung zur Erzeugung elektrischer Entladungen in Strahlen aus kondensiertem VTasserstoff bzw. kondensier- tem Stickstoff im Hochvakuum. Kondensator C für  kurze Zeit in den hoch evakuierten Raum zwischen den H~clis~annungselektroden einge- schossen. Durch den Spulenstrom des Schnellschluß- ventils wird mit einstellbarer Verzögerung der Impuls- Generator ausgelöst, der die Steuerelektrode vorüber- ' E. W.BECKER, K.BIER U. W. MENKES, 2.Phys. 146, 33 [1956]. E. W. BECKER, Beams of Condensed Matter in Higli Vacuum, Vortrag auf der Brookhaven Conference on hlolecular Beams, Heidelberg, 11.6. 1959. gehend auf positives Potential gegenüber der elektrisch geheizten, ringförmigen Wolframkathode bringt. Die in den Strahl eintretenden Elktronen zünden die Ent- ladung zwischen den Hochspannungselektroden längs des Strahls. Die Versuche wurden mit einem Gemisch aus 50 hlol- Proz. H, und 50 Mol-Proz. He durchgeführt. Der He- liumzusatz, der vor dem Eintritt des Strahls in den hoch evakuierten Entladungsraum praktisch vollständig aus dem Strahl ausscheidet, bewirkt eine erhebliche Vergrößerung der im Strahl erreichbaren Wasserstoff- dichte 4. Bei einem typischen Experiment betrug der Einlaß- druck des Gasgemisches 7,0 ata, der Diuck über dem Wasserstoffbad 2,4 ata und die Öffnungszeit des Düsen- ventils ca. 1 - 10-"ec. Die LAVAL-DÜS~ hatte einen eng- sten Durclimesser von 0,9 mm. Die Wasserstoffmolekül- dichte betrug in der Mitte zwischen den 22 cm vonein- ander entfernten Hochspannungselektroden etwa 10" H,-hloleküle/cm"ei einem Strahldurchmesser an die- ser Stelle von ca. 4 mm. Der Umgebungsdru& lag un- ter 2.10-%m Hg. Abb. 2 a zeigt die mit einer normalen Kamera ohne Zeitauflösung ~hotographierte Leuchterscheinung, wie sie sich unter diesen Bedingungen mit einem 0 , l  pF- Kondensator und einer Ladespannung von 15  kV er- Abh. 2. Mit einer normalen Kamera ohne Zeitauflosung photo- grapliierte elektrische Entladungen in Strahlen aus konden- siertem TTTasserstoff (a) und kondensiertem Stickstoff (b) im Hochvakuum. gibt. Der Strahl läuft in dem Bild von oben nach unten. Die horizontale, leicht gekrümmte Leuditerscheinung im untersten Drittel des Bildes ist ein Lichtrefiex an dem Rande des Pumpstutzens. Die Periode des Entla- dungsstromes betrug ungefähr 8-10-'  sec, die Dämp- fungskonstante Ca. 2-10W6 sec. Aus der Periode, der Kapazität und der Ladespannung errechnet man eine Stromspitze von Ca. 7 kAmp. E. X'. BECKER. . KLINGELII~FER U. P. LOIISE, 2. Naturforschg. 15 a, 614 [1960]. ". V'. BECKER, . KLIXGELH~FER U. P. LOHSE, 2. Naturforsdig. l i a ,  432 [1962]. 0. HAGEXA, Z. Angew. Phys. 16, 183 [1963]. Abb. 2 b zeigt das Bild einer mit einem 10-mal klei- neren Kondensator bei derselben Spannung in einem Strahl aus kondensiertem Stickstoff erzeugten Entla- dung. Die Periode war hier ungefähr 5.10-' sec. Die Leuchterscheinung ist räumlich noch schärfer begrenzt als in Abb. 2 a. Auch beim Wasserstoff ergeben sich mit dem kleineren Kondensator räumlich schärfer begrenzte Leuchtersclieinungen. Sie lieferten jedoch mit der ver- J. G. LINHART, NUOVO Cim. 17, 850 [1960]. - Cw. MAISON- NIER, J. G. LINABRT U. M. HAEGI, Nuclear Fusion, Suppl. 2, 727 [1962]. wendeten Kamera keine für die Wiedergabe im Druck geeigneten Bilder. Es soll versucht werden, nach der beschriebenen Me- thode einen dünnwandigen Plasmahohlzylinder aus Deuterium bzw. Deuterium-Tritium-Gemischen im Noch- vakuum aufzubauen. Dünnwandige Plasmahohlzylinder mit kleinem Verhältnis von Länge zu Durchmesser sind für die von LINIIART vorgeschlagenen schnellen z-pinch- Entladungen von Interesse. Da sich nach unserer Me- thode voraussichtlich auch dünnwandige Plasmahohl- zylinder mit großem Verhältnis von Länge zu Durch- messer erzeugen lassen, erscheint auch eine Kompres- sion der Plasmaschicht mit einem @-Feld aussichtsreich. 

Elektrische Entladungen in Strahlen aus kondensiertem Wasserstoff und kondensiertem Stickstoff im Hochvakuum

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Elektrische Entladungen in Strahlen aus kondensiertem Wasserstoff und kondensiertem Stickstoff im Hochvakuum

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