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Stickstofflaser

Allgemein

Der im Versuch zum Einsatz kommende Laser besteht aus einem Plattenkondensator, dessen eine Platte die Grundplatte bildet und einer zweiten Platte, deren aufgeteilte beide Hälften mit je einer Schneide versehen zueinander stehen. Die beiden mit Schneide ausgeführten Platten sind durch einen Drahtwiderstand miteinander verbunden und durch zwei Lagen Mylar-Folie von der Grundplatte getrennt. Sie liegen beim Laden des Kondensators auf demselben Potenzial. Ist die angelegte Spannung hoch genug, wird eine Plattenhälfte über die Funkenstrecke, die aus einem Schraubenzieherschaft und der Grundplatte gebildet wird, entladen. Bei dieser plötzlichen Entladung stellt die Verbindungsspule einen hohen Widerstand dar, was dazu führt, dass sich zwischen den Schneiden eine hohe Spannung aufbaut, die zu einem Überschlag längs des Spaltes, den die zwei Hälften bilden, führt. Durch diesen Funkenüberschlag werden Stickstoffmoleküle angeregt und es entsteht eine Besetzungszahlinversion. Dadurch wird eine stimulierte Emission der Wellenlänge 337,1 nm ermöglicht, die vom weißen Papierstreifen in sichtbares Licht gewandelt wird und als blauer Punkt erscheint. Alternativ kann auch eine UV-Indikatorkarte verwendet werden. Nach der Entladung liegen beide Platten wieder auf gleichem Potenzial und der Kondensator lädt sich wieder bis zur Durchschlagsspannung auf, sodass sich der Vorgang stetig wiederholt.

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Bilder

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Versuchsaufbau

 

 

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Blitzartige Spannungsentladung und Laserstrahlung werden hier zugleich sichtbar.

 

 

 

 

Video

Durchführung

Material:

Stickstoff-Laser mit HV-Netzteil (Sammlungsraum Schrank 53)
Schraubenzieher (Sammlungsraum bzw. liegt bei)
Netzgerät NG307 24V/10A (Hörsaal Vorbereitungsraum Schrank 40)
Verbindungskabel ((Hörsaal Vorbereitungsraum Kabelwagen)
 

Aufbau:

Die zwei Platten mit Schneide auf der Mylar-Folie zentrieren und zusammenschieben. Danach durch Einbringen des beiliegenden Plastiklineals die Hälften auf die Stärke des Lineals separieren. Das entspricht einem Abstand von ca. 2 mm. Wenn die Schneiden parallel liegen, das vordere Ende (Strahlaustritt) um ein paar Zehntel-Millimeter verbreitern, sodass ein konischer Spalt entsteht. Diese Einstellung muss im Betrieb vorgenommen werden, stimmt sie nicht, wird kein Laserpunkt zu sehen sein. Das bedeutet, dass nach jeder erfolglosen Einstellung der Spaltweite unbedingt die Entladung der Platten durch einen äußeren Kurzschluss mittels Kabel durchgeführt werden muss. Auch nach Beendigung des Versuchs immer den Kondensator bei angeschlossenem aber abgeschalteten HV-Netzgerät über das Kurzschlusskabel entladen, vergisst man dieses, wird man relativ schnell hellwach!!


Durchführung:

Das Selbstbau-HV-Netzteil am 24V-Netzgerät anschließen und mit dem Stickstofflaser verbinden. Den 25 MOhm Widerstand vom HV-Netzteil-Hochspannungskabel in die Bohrung der einen Plattenhälfte einstecken und die Grundplatte mit Minus und Erde verbinden. Den Drahtwiderstand über die zwei Hälften der oberen Kondensatorplatte legen. Die Spannung am 24V-Netzteil langsam hochfahren bis die Entladung einsetzt. Die Wiederholrate hängt von der Höhe der gewählten Hochspannung ab. Nicht höher als 18 Volt Eingangsspannung einstellen, das entspricht etwa einer Ausgangsspannung von 24 kV an der Kaskade und somit am Kondensator.


Hinweise:

Bei jeder Entladung erscheint der Laserpunkt, den die Kamera jedoch im folgenden Video leider nicht immer sieht. Lichterscheinungen durch Abdecken des Arbeitsbereiches mit einem dunklen Tuch deutlicher machen.
Keine spannungsführenden Teile anfassen, Kondensator zuvor stets entladen!!!


Sicherheitshinweise:

Nach Beendigung des Versuchs immer den Kondensator über das Kurzschlusskabel entladen!!!!
Vorsicht, Hochspannung! Lebensgefahr!!!
Die Strahlung des Stickstofflasers liegt im nahen UV!!

Dokumente

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#tags

G 14.6, Stickstoff-Laser, Entladung

 
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