DE2312877A1

DE2312877A1 - Verfahren und vorrichtung zum einbringen von elektrischer leistung in einem gasstrom mittels einer elektrischen entladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2312877A1
Application number: DE2312877A
Authority: DE
Inventors: Alan Charles Eckbreth; Arthur Edward Mensing; Jun Russell Gilbert Meyerand
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1973-10-11
Also published as: BE797269A; CH571767A5; GB1389801A; JPS499993A; US3777279A; FR2178153B1; CA992654A; NL7303935A; FR2178153A1; SE385182B

Description

United Aircraft Corporation 0 Q 1 9 ß 7 7

East Hartford,Connecticut 06108

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM EINBRINGEN VON ELEKTRISCHER LEISTUNG IN EINEM GASSTROM MITTELS EINER ELEKTRISCHEN ENTLADUNGSVORRICHTUNG.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von elektrischer Leistung in einen Gasstrom, sowie deren Verwendung.

Elektrische Entladungen verschiedener Arten werden in vielen Anwendungen benutzt. Eine typische Entladung, welche in einem Gas zwischen einem Elektrodenpaar aufrechterhalten wird, besteht aus einer positiven Säule, welche den grössten Teil der Entladung bildet, und geschichteten Bereichen, welche relativ klein sind und die Ergänzungsbereiche zwischen der positiven Säule und den Elektroden bilden. Die selbstständige Glimmentladung ist eine Form einer Gleichstromentladung, welche besonders interessant ist. Eine Entladung, welche vollständig im Glimmodus betrieben wird, hat sowohl die charakteristische positive Säule und als auch die geschichteten Bereiche. Die positive Säule ist ein schwach ionisiertes Plasma mit einem Dichteverhältnis der ionisierten zu den

■•ΙΟ —8 nichtionisierten Teilchen im Bereich von ungefähr 10 bis 10 ; wenn dieses Verhältnis um eine Grossenordnung oder so zunimmt, kann sich die positive Säule verengen und bogenentladungsähnllche Eigenschaften annehmen. Die geschichteten Bereiche sind übergangs-

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bereiche, in welchen die positive Säule an den Elektroden hängt. Im richtige! Glimmentladungsbetrieb werden im Entladungsbereich enthaltene positive Ionen in Richtung auf die Kathode beschleunigt, wenn die Entladungsspannung zwischen die Elektroden angelegt wird; diese beschleunigten Ionen treffen auf die Oberfläche der Kathode auf, und geben Elektronen an das Gas frei. Neutrale Gasmoleküle im Entladungsbereich werden durch Zusammenstösse mit den freigesetzten Elektronen ionisiert ind schliessen den Zyklus. Im Gegensatz dazu tritt eine Bogenentladung in den geschichteten Bereichen mit derselben Vorrichtung auf, wenn der Ionenbeschuss ausreichend stark ist, dass die Kathode erwärmt wird und das Elektron von derselben vorrangig durch einen thermoionischen Emissionsprozess freigesetzt wird im Gegensatz zu dem Ionenbeschussprozess.

Wenn eine Glimmentladung in einem abgegrenzten Bereich erzeugt wird, wird das ganze Volumen von der Entladung ausgefüllt. Die Leistungsmenge, welche in das Gas übertragen werden kann, kann nur durch Vergrösserung der Entladungsleistung vergrössert werden. Wird jedoch die an das Gas übertragene oder im Gas verbrauchte Leistungsmenge ohne Grenze angehoben tritt eie Glimmentladung eventuell in einem instabilen Betriebsbereich ein, in welchem der Körper der Entladung in eine Bogenentladung zusammenbricht, ein Zustand in dem im wesentlichen die gesamte elektrische Leistung in einem relativ kleinen Volumen im strömenden Gas verbraucht wird. Bei der Bogenentladung wird das leitende Gas thermisch erwärmt, was seinerseits die lokale elektrische Leitfähigkeit des Gases erhöht, und eine weitere Verstärkung des Stromflusses begünstigt, was eine instabile Betriebsbedingung darstellt, wenn der Leistungsverbrauch nicht beschränkt ist. Es ist jedoch wichtig festzustellen, dass die Instabilität in der Entladung, welche die Glimmentladung zum Zusammenbrechen bringt, oft nur eine Wirkung des Gases und unabhängig von den Elektronen ist. In einigen Fällen besteht kein Unterschied in den geschichteten Bereichen an den Elektronen für den Fall der stabilen Glimmentladung, welche das gesamte Entladungsvd-umen ausfüllt, und der zusammengebrochenen, intensiven Bogenentladung; nur die Eigenschaften des Hauptteils der Entladung sind verschieden. Die wirklichen physikalischen Phänomene, welche den Zusammenbruch primärbedingen, sind nicht sicher bekannt, jedoch nimmt man an, dass sie chemischer, thermischer oder elektro-

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thermischer Natur sind.

Eine sehr nützliche Anwendung der Glimmentladungen ist das Pumpen oder der Besetzungsinversionsmechanismus in Gaslasern, insbesondere in einem Stromungsgaslasersystem. Bei solchen Anwendungen ist es notwendig eine ausreichende Anzahl von Molekülen in den oberen Energieniveaus im Gasmedium zu erregen, um eine Besetzungsinversion bezüglich einiger niedriger Energieniveaus im Medium zu erzeugen; gleichzeitig ist es wünschenswert irgendwelche Effekte möglichst klein zu halten, welche dazu neigen die Besetzungs-' inversion zu verringern, insbesondere solche, welche die niederen Energieniveaus durch thermische Effekte besetzen. Bei manchen Laseranwendungen ist es notwendig die an das Arbeitsmedium übertragene elektrische Leistung zu erhöhen umdie optische Ausgangsleistung des Lasers zu vergrössern. Ih einem offenen Lasersystem mit einem gasförmigen Medium strömt das Gas einmal durch das System und wird dann weggeschafft. Unter diesen Betriebsbedingungen ist die Leistungsmenge, welche in das Gas im Glimmentladungsbetrieb übertragen werden kann, im wesentlichen durch thermisehe Erwärmungsbedingungen begrenzt, welche die Besetzungsinversion zerstören. Andererseits, muss in einem geschlossenen Lasersystem mit Verunreinigungen des Arbeitsmediums, Gas^ersetzungsungen, chemische Reaktion im Plasma und andere Vorgänge,welche die im Arbeitsmedium absetzbare Leistung begrenzen, wenn eine wahre Glimmentladung darin aufrechterhalten werden soll, gerechnet werden. Es besteht ein Schwellwert für das Einsetzen der Instabilität, oder eine Schwellwertleistung, bei welcher alle Glimmentladungen instabil werden. Eine Vergrösserung dieses Schwellwertes für den Einsatz von Instabilitäten führt zu einer Vergrösserung der Leistungsabgabe an das strömende Gas, während das System weiter als Glimmentladung arbeitet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Menge an elektrischer Leistung zu vergrössern, welche an ein strömendes Gas in einer Glimmentladung übertragen werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein elektrisches Wechselfeld kapazitiv an den Glimmentladungsbereich gekoppelt wird, welcher in einem durch einen Kanal strömendes Gas'durch ein Gleichspannungsfeld aufrechterhalten wird, wobei das elektrische Wechselfeld unter einem Winkel zum Gleichspannungsfeld ange-

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legt wird. Das Wechselfeld vergrössert die Leistungsmenge, welche dem strömenden Gas im Glimmentladungsbetrieb zugeführt werden kann, indem die in der positiven Säule innewohnende Tendenz, die Glimmentladungen instabil und in der Bogenentladung umschlagen lassen, unterdrückt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein elektrisches Wechselfeld unter einem Winkel zur Richtung des Gasstromes durch eine Laserverstärkungsvorrichtung und unter einem Winkel zur Gleichspannungsentladung, welche in dem Verstärkungsbereich durch den Gasstrom aufrechterhalten wird, erzeugt.

Bei einer'anderen Ausführungsform der Erfindung wird das elektrische Wechselfeld unter einem Winkel zur Gasflussrichtung und zur Richtung der Gleichspannungsentladung in einem Laseroszillator erzeugt.

Bei einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung werden zwei getrennte, elektrische Wechselfelder unter verschiedenen Winkeln zur Gasflussrichtung und zur Richtung der Gleichspannungsentladung in einer Entladungsvorrichtung aufrechterhalten.

Ein Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, dass eine vergrösserte Leistungsmenge an ein strömendes Gas in irgendeinem gegebenen System übertragen werden kann, ohne dass im Gasvolumen die Glimmentladung in eine Bogenentladung umschfigt. Zusätzlich hat die Erfindung die Eigenschaft ein relativ einfaches Zusatzgerät ai sein, welches verbesserte Betriebseigenschaften vom elektrischen Entladungssystem mit strömendem Gas erlaubt.

Die Erfindung wird nun an Hand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin sind:

Figur 1 eine vereinfachte, schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine vereinfachte, schematische Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit zwei Elektrodenpaaren für elektrische Wechselfelder;

Figur 3 eine isometrische Teildarstellung eines Strömungsgaslasers mit elektrischer Gasentladung nach der Erfindung;

Figur 4 eine graphische Darstellung der Entladungsleistung als Funktion der elektrischen Wechselleistung für eine Obereinstimmung

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mit der Erfindung verbesserte Gleichstromentladung; und

Figur 5 ist ein schematisches Blockdiagrämm eines typischen Strömungsgaslasers mit geschlossenem Gaskreislauf _t in welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt ist.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Grundsatzlehre, welche in einer Vielzahl von verschiedenen Apparaturen ausgeführt werden kann. Im weitesten Sinne betrifft die Erfindung das Anlegen von elektrischen Wechselfeldern an die positive Säule einer elektrischen Entladung, welche in einem Gasstrom mittels eines Gleichspannungsfeldes aufrechterhalten wird. Der Winkel unter welchem der elektrische Wechselstromfeldvektor den Gleichspannungsfeldvektor schneidet, kann sich ändern, obwohl eine bevorzugte Ausführungsform vorliegt, wenn die Gleichspannungs- und Wechselspannungsfelder quer zueinander liegen. Die Erfindung ist insbesondere nützlich, um die Glimmentladungsleistung zu vergrössern und damit auch eine höhere optische Ausgangsleistung im Strömungsgaslaser zu liefern. Eine weiter beschränkte Anwendung der Erfindung betrifft die Verstärkung der Ausgangsleistung eines Konvektionsgaslasers, welche auf einer kontinuierlichen Basis in einem geschlossenen Kreislauf arbeitet. '

Ein Beispiel eines Systems, welches diese Lehre benutzt, ist in der Figur 1 dargestellt. Eine elektrische Entladungsvorrichtung 10 mit einem Strömungskanal 12, welche eine obere Wand 13 und eine untere Wand 14 aufweist, bildet eine Gasflussvorrichtung mit einem Entladungsbereich 16 mit einer Kathodenelektrode 18 und einer Anodenelektrode 20. Die Elektroden sind über Leitungen 24, 25 an eine Gleichspannungsquelle 22 angeschlossen, wobei ein elektronischer Ballast 26 und elektrische Widerstände 27, 28 in Reihe in dem so gebildeten Stromkreis liegen. Eine obere Platte 30 und eine untere Platte 32, welche beide elektrisch leitend sind, befinden sich jeweils oberhalb und unterhalb der Wände 13 und 14 des Strömungskanals 12. Eine Wechselspannungsquelle 34 ist über eine Leitung 36 an die Hatte 30 angeschlossen; die Platte 32 ist geerdet.

Der Betrieb der elektrischen Entladungsvorrichtung der Figur, 1 ist typisch wie folgt. Ein geeignetes Gas wird durch den Strömungskanal 12 in Richtung 36 durchgeleitet. Ein elektrisches Feld wird zwischen der Kathode 18 und der Anode 20 mit der Gleichspannungs-

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quelle 22 erzeugt. Positive Ionen werden im Gas im Bereich direkt neben der Kathode an die Oberfläche der Kathoden angezogen. Diese positiven Ionen treffen die Kathodenoberfläche und setzen Elektronen in den Gasstrom frei. Weil die Elektronen im Entladungsbereich 19 dem zwischen den Elektroden bestehenden elektrischen Gleichspannungsfeld ausgesetzt sind, werden sie entlang der Strecke 36 beschfeunigt. Die beschleunigten Elektronen stossen mit neutralen Gasatomen im Entladungsbereich zusammen und bewirken eine weitere Ionisation des Gases, wodurch die Gasentladung im Bereich 16 aufrechterhalten wird. Es ist bekannt, dass die Entladung an sich aus einer positiven Säule, welche den Hauptteil der Entladung darstellt, und geschichteten Bereichen, welche den Obergangsbereich zwischen der positiven Säule der Entladung und den Elektroden bilden, besteht. Ein geeignetes, isolierendes Element, wie etwa eine Induktionsspule, ist in den Gleichstromstromkreis eingebaut um eine Kopplung der Leistung vom Wechselspannungsfeld in diesen Stromkreis zu verhindern. Die maximale Gleichspannungsleistung, welche in einer Glimmentladung verbrauchtwerden kann, wird experimentell durch die Versuchs- und Fehlertechnik bestimmt. Eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 34 wird zwischen die Platten 30 und 32 angelegt, wodurch ein elektrisches Wechselfeld, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel quer zur Gasflussrichtung, welche auch die Richtung der Gleichspannungsentladung zwischen den Elektroden ist, erzeugt wird. Die elektrische Leistungsmenge, welche in dem durch den Entladungsbereich fliessenden Gasstrom abgegeben werden kann, während die Entladung im Glimmbetrieb verbleibt, ist durch die Instabilitäten begrenzt, welche bewirken, dass die gleichförmige diffuse Glimmtentladung der positiven Säule zu einer verengten Bogenentladung zusammenbricht. Der Einsatz der Verengung ist zuerst am stromabwärtigen Ende der positiven Säule erkennbar, in"diesem Fall an der Anode, Wenn der Stromkreis, welcher das Gleichspannungsfeld erzeugt, mit geeigneten elektronischen Schaltelementen richtig stabilisiert wird, kann und wird auch oft das kathodenseitige Ende der Glimmentladung in einer diffusen Glimmentladung gehalten, obwohl das anodenseitige Ende der positiven Säule sich bereits zur Bogenentladung verengt. Unter diesen Bedingungen sind die anöden- und kathodenseitigen Anschlussbereiche an die positive Säule normalerweise im Glimmentladungsbetrieb.

Obwohl der genaue Mechanismus, wodurch das Anlegen eines Wechsel-

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feldes an die Glimmentladung den Einsatz einer Bogenentladung im Entladungsvolumen unterdrückt, nicht völlig verstanden ist, sind zwei Theorien ans Erklärung dieses Phänomens vorgetragen worden. Nach einer Theorie bewirkt das Anlegen des Wechselfeldes eine grössere Gleichförmigkeit der Leistungsverteilung im ganzen Entladungsbereich. Diese Entladungsgleichförmigkeit erzeugt eine gleichmässigere Stromdichte über die Entladung, welche tatsächlich die maximale Elektronendichte irgendwo in der Entladung möglichst klein hält. Dies führt seinerseits zu einer gleichförmigeren Temperaturverteilung über die Entladungszone und zu der Unterdrückung thermischer und/oder elektrothermischer Instabilitäten« Weil man annimmt, dass die Glimmentladung wegen vorhandenen verunreinigenden Gasen der Verengung in eine Bogenentladung unterliegt, wobei viele der verunreinigenden Gasen durch Zersetzung des Entladungsgases durch den Durchfluss eines Stromes relativ hoher Dichte durch das die Entladung tragende Gas entstehen, verringert diese Verringerung der maximalen Elektronendichte den Grad der chemischen Reaktionen im Plasma, welche verunreinigende Gase produzieren; eine gleichförmige Elektronendichte verringert den Aufbau von verunreinigenden Gasen, welche die Aufrechterhaltung der diffusen Glimmentladung negativ beeinflussen.

Eine andere Theorie zum Erklären der stabilisierenden Wirkung basiert auf den räumlichen Schwingungen des Gesamtstromdichtevektors in einer Ebene, welche ihrerseits eine zeitliche, mittlere Unterdrückung der Entladungsinstabilitäten bewirken. Genauer gesagt, kann die Zusammenwirkung verschiedener Phänomene in einer elektrischen Entladung als Wellenwachstum beschrieben werden. Im Fall einer Gleichspannungsentladung, welche einem elektrischen Wechselquerfeld ausgesetzt ist, unterliegt der die resultierende Stromdichte darstellende Vektor einer periodischen, räumlichen Schwingung. Die Verengung kann analytisch als eine Welle beschrieben werdenderen Wachstum in einem Bereich instabil ist, welcher entweder symmetrisch um oder senkrecht zum resultierenden Vektor der Gesamtstromdichte ist. Im instabilen Bereich wächst die Welle an und im stabilen Bereich wird die Welle gedämpft; wenn der Betrag um den die Welle gedämpft wird, den Betrag um den die Welle ansteigt, übersteigt, erreicht die Stromdichte nicht eine Amplitude, welche gross genug ist,um die Verengung der Glimmentladung zu bewirken.Wem die Einhüllende des instabilen Wellenwachstums eine

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Komponente senkrecht zur Ebene der Stromdichtevektorschwingung hat, kann die Unterdrückung der Instabilität durch Rotation des Gesamtstromvektors erreicht werden. Dies wird in der Figur 2 durchgeführt indem ein zweites Paar von einer ein Wechselfeld erzeugenden Elektrodenplatte 31,33 unter einem Winkel sowohl zum Gleichspannungsfeld, als auch zum ersten Wechselfeld ausgerichtet wird, und die Ihnen zugeführte Wechselspannung in ihrer Phasenlage so eingestellt wird, dass der Gesamtstromdichtevektor im Raum rotiert und dabei einen Kegel beschreibt. Somit wird durch das Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes geeigneter Frequenz und Amplitude der Gesamtstromdichtevektor im zeitlichen Mittel in einem Bereich gehalten, in welchem Dämpfung vorherrscht und eine Verengung der Entladung nicht auftritt. Um dies zu erreichen, muss die Frequenz der Wechselspannung die Wachstumsrate der instabilen Welle übersteigen und die Richtung des Wechselfeldes muss unter einem Winkel zur Gleichspannungsentladung liegen.

Wenn das Wechselfeld, welches kapazitiv an den Entladungsbereich gekoppelt ist, angelegt wird, tritt ein grosser Teil der Leistungsabgabe vom Wechselfeld im Bereich des Strömungskanales, welcher direkt neben den Wänden 13 und 14 liegt, durch einen Resonanzabsorptionseffekt auf. Die Leistungsabgabe von der Gleichspannungsentladung ist über den Bereich 16 in im allgemein parabolischer Weise verteilt, wobei das Maximum im Mittelpunkt des Entladungsbereiches liegt. Deshalb, wenn die Leistung von dem Gleichspannungsfeld und dem Wechselfeld kumulativ berücksichtig werden, ergänzen sie einander und erzeugen eine gleichförmigere Verteilung der Leistungsabgabe über den gesamten Bereich der Entladung.

Ein Strömungsgaslaser, in dem die Lehre der Erfindung bentutzt wird, ist in der Figur 3 dargestellt. Die dargestellte besondere Ausführungform der Erfindung ist eine Verstärkungsvorrichtung 38 mit elf Durchläufen, mit einer Einlassverkleidung 40 und einer Auslassverkleidung 42. Ein Eingangslaserstrahl 44 wird in einen optischen Hohlraum 46 des Verstärkers durch ein Eingangsfenster 48 in einer Seitenwand 50 injiziert. Der Strahl macht elf Durchläufe in dem optischen Hohlraum, so wie es durch die Spur 52 des Stahlweges dargestellt ist, und kommt als Ausgangsstrahl durch eine Ausgangsöffnung 56 in einer Seitenwand 58 heraus. Die im Ausgangsstrahl enthaltende Leistung liegt wesentlich über der des

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Eingangsstrahles wegen der Verstärkung in dem optischen Hohlraum durch das elektrisch angeregte Gas, welches eine Besetzungsinversion aufweist. Die elektrische Erregung wird mit einer Gleichspannungsentladung zwischen der Kathode 18 und einem Anodenelement_f welches im Teil 42 enthalten ist, jedoch nicht in der Figur 3 dargestellt ist, bereitgestellt und ein querorientiertes, elektrisches Wechselfeld, welches mittels der Kondensatorplatten 30 und 32 kapazitiv an das Gas im optischen Hohlraum gekoppelt ist, bereitgestellt. Die Ausgangsleistung des Laserstrahles, welche mit der in der Figur 3 dargestellten Laservorrichtung erzeugt wird, ist im wesentlichen proportional zur elektrischen Eingang&eistung der Glimmentladung, welche in das Lasergas im optischen Hohlraum übertragen werden kann. Versuche haben gezeigt, dass die höchste Laserausgangsleistung erreicht wird, wenn die elektrische Eingangsleistung pro Pfund Lasergasdurchsatz zwischen 200 und 300 kW pro Pfund Masse pro Sekunde gehalten wird. Versuche haben gezeigt, dass, wenn die spezifische Leistung der Entladung über den angegebenen Bereich angehoben wird, das Gas in dem Entladungsbereich sich erwärmt, was zu einem verringerten Wirkungsgrad des Laserbetriebes führt.

Die Wirkung der Verstärkung der elektrischen Leistungsabgabe durch ein elektrisches Wechselfeld in eine Gleichstromentladung eines Lasers, wie er in der Figur 3 dargestellt ist, ist schematisch in der Figur 4 dargestellt. Die aufgetragenen Kurven beziehen sich nur auf ein spezifisches Lasersystem und dienen dazu die relative Menge der abgegebenen elektrischen Leistung zu zeigen, jedoch hat die absolute Grosse der Leistung keine Bedeutung inbezug auf andere Lasersysteme. Der Punkt A auf der Ordinate zeigt, dass ein Maximum von 2kW erreichbar ist, wenn die Entladung im . diffusen Glimmbetrieb ohne irgendeine Verengung gehalten wird. Als ein Wechselfeld an die Entladung angelegt wurde (in diesem Fall wurde ein Hochfrequenzfeld benutzt), wurde die Gesamtleistungsabgabe an das Gas über einen mehrfachen Wert dieses Maximums bis auf ungefähr 7 kW angehoben, so wie es durch die Kurve B in cer Figur 4 dargestellt ist. Es ist jedoch zu bemerken, dass, wenn die Entladung mit einem Wechselfeld verbessert wurde, der Betrag

Ent» der Gleichstromleistung, welche in der|_Ladung verbraucht wurde,

über den Wert vergrössert wurde, welcher ohne Wechselfeld möglich

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war, so wie es durch die Kurve C angedeutet ist.

In der Figur 5 ist die vorliegende Erfindung schematisch in einer Laseranordnung dargestellt, welche nur ein Element in einem Strömungslaser sys tem mit geschlossenem Kreislauf ist. Eine vereinfachte Schleife besteht aus einer Laservorrichtung 60, einer ersten Kühlvorrichtung 62, ein Gaszirkulator 64, einer zweiten Kühlvorrichtung 66 und geeigneten Leitungen 68. Eine Lasergasquelle 70 und eine Vakuumpumpe 72 sind über geeignete Leitungen an die Grundschleife angeschlossen, wobei jeweils Absperrventile 74 und 76 in den Leitungen angeordnet sind. Der Betrieb des Systems ist einfach. Wenn das Ventil 66 geöffnet ist, erzeugt die Vakuumpumpe 72 ein Vakuum in der gesamten Schleife. Die Vakuumpumpe wird durch Schlies- sen des Ventils 76 von der Schleife abgetrennt, und das Lasergas von der Quelle 70 wird durch öffnen des Ventils 74 in die Schleife einströmen gelassen. Der Gaszirkulator 64 erzeugt ein Druckabfall im System, wodurch das Lasergas durch die Schleife fliesst. Die zweite Kühlvorrichtnng 66 führt die durch Kompression erzeugte Wärme, welche dem Gas durch den Gaszirkulator 64 zugeführt wird, ab. Die erste Kühlvorrichtung 6 2 führt die dem Gas durch die elektrische Entladung in der Laservorrichtung 60 zugeführte Wärme ab. Mit einer nur relativ kleinen Veränderung kann das System mit geschlossenem Kreislauf als offenes System betrieben werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(l.l Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Glimmentladung in einem Gas in einem zwischen einer Kathode und einer Anode gebildeten Entladungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gas durch den Entladungsbereich fliessen lässt, dass man ein elektrisches Gleichspannungsfeld zwischen der Kathode und der Anode zur Ionisation des Gases in dem Entladungsbereich und zum Erzeugen eines Glimmentladungsplasmas erzeugt, dass man ein erstes elektrisches Wechselfeld an den Entladungsbereich unter einem ersten Winkel zur Richtung des elektrischen. Gleichspannungsfeldes erzeugt, um die dem Plasma innewohnenden Instabilitäten, welche den Obergang der Entladung von diffuser Glimmentladung in eine verengte Bogenentladung im Plasmavolumen bewirken zu unterdrücken, und, dass man den Leistungsverbrauch des elektrischen Gleichspannungsfeldes im Gas bis zu einem Betrag, welcher grosser ist, als derjenige welcher ohne das erste elektrische Streckenfeld möglich ist, erhöht, während dem die Entladung weiter als Glimmentladung besteht, wodurch der gesamte Leistungsverbrauch im Gas erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen des ersten elektrischen Wechselfeldes ein zweites elektrisches Wechselfeld an den Entladungsbereich unter einem zweiten Winkel zur Richtung der Entladung des elektrischen Gleichspannungsfeldes angelegt wird, um die dem Plasma innewohnenden Instabilitäten zu uiterdrücken, wobei der Winkel von dem ersten Winkel verschieden ist.
3. Elektrische Entladungsvorrichtung zum Einbringen elektrischer Leistung in einen Gasstrom in einer Glimmentladung, welche aus einer positiven Säule mit an beiden Enden anschliessenden geschichteten Bereichen besteht, gekennzeichnet durch Mittel,(13,14) zum Erzeugen des Gasflusses durch den Entladungsbereich, Mittel (18,20) zum Erzeugen einer elektrischen Gleichspannungsentladung im Gas im Entladungsbereich in Form einer Glimmentladung und Mittel (30,32,34) zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes mit einer ersten Frequenz in der positiven Säule der Entladung.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Feld quer zu der elektrischen Gleichspannungsentladung angelegt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch

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Mittel (21,33) zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Wechselfeldes in der positiven Säule der Gleichspannungsentladung.
6. Strömungsgaslaser mit Mitteln zum Erzeugen von Laserenergie durch stimulierte Emission in einem Gas mit Besetzungsinversion, gekennzeichnet durch Mittel(64) zum Erzeugen eines Gasstromes durch die optische Vorrichtung (60), Mittel (18,20) zum Erzeugen einer Gleichspannungsentladung mit einer positiven Säule in dem durch die optische Vorrichtung fliessenden Gas, und Mittel (30,32) zum Verstärken der Leistungsabgabe an das Gas mit einem an die positive Säule der Entladung angelegten elektrischen Feld.
7. Strömungsgaslaser nach Anspruch 6, welcher in einem geschlossenen Kreislauf arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen d?r elektrischen Entladung in dem" durch die optische Vorrichtung fliessenden Gasstrom eine Gaszuführvorrichtung (40), eine Gasabführvorrichtung (42) , und Mittel zum Erzeuenn einer Gleichspannungsladung (18,20) im Gas in Form einer Glimmentladung umfassen, wobei die Mittel (30,32) zum Verstärken der Leistungsabgabe Mittel (30,31) zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes in der positiven Säule der Entladung umfassen und dadurch, dass Mittel (62, 64, 66, 68) zum Erzeugen eines Gasstromes vorgesehen sind, welche einen Gaszirkulator (64) und Leitungen (68), welche einen Gasfluss von der Gasabführvorrichtung (40) zur Gaszufuhrvorrichtung (42) bewirken, eine mit dem Gaszirkulator in Reihe liegende Gaskühlvorrichtung (62,66), eine Druckverringerungsvorrichtung mit einer Vakuumpumpe (72), Leitungen und einem Absperrventil (76) zur Verringerung des Druckes in dem geschlossenen Lasersystem und eine Gasergasquelle (70) mit einem Absperr- \entil (74) und Leitungen zum Zuführen des Lasergases in das geschlossene Lasersystem umfassen.

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