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Stickstofflaser (Nitrogen-Laser / N2-Laser)

Die Projektarbeit Stickstofflaser wurde von D. Arendt, R. Ochs und K. Breuer durchgeführt. Damit der Stickstofflaser nicht ganz vergessen wird und möglicherweise hier einige wichtige Informationen erarbeitet worden sind, die für andere Menschen wertvoll oder wichtig sein könnten, habe ich mich dazu entschieden, ein paar Texte und Bilder von dem Stickstofflaser hier zu veröffentlichen. Keiner von uns hatte vorher etwas mit Hochspannung, Vakuum und allgemein etwas mit Laser zu tun. VIele Sachen wurden durch langes Ausprobieren und Kopfzerbrechen erarbeitet. Dafür wurde innerhalb der Projektarbeit eine Menge gelernt, und so soll es ja auch sein! Einfach ins kalte Wasser und auf geht’s. Die Gesamtkosten (Bauteile) verlaufen sich in etwa auf 4000€, dazu kommt natürlich noch die Entwicklung (Hardware/Software). Die genaue Theorie hinter einem Laser spare ich mir hier, bzw. die allgemeine Funktion eines Stickstofflasers. Dazu gibt es genügend Informationen im Internet / Bücher.

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Marx Generator

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Der sogenannte Marx Generator gehört zu den am häufigsten verwendeten Pulsgeneratoren/Stoßgeneratoren. Der Aufbau ist sehr einfach und es werden nur wenige Bauteile benötigt. Das Prinzip des Marx Generators beruht auf Widerstände und Kondensatoren. Eine hohe Anzahl von Kondensatoren werden parallel mit einer Gleichspannung aufgeladen und in Reihe schlagartig zu einem Objekt geschaltet. Hierbei summieren sich alle Spannungen der aufgeladenen Stoßkapazitäten zu einer hohen Impuls-Spannung. Die auftretende Spannung variiert je nach Anzahl der Kondensatoren und Höhe der Ladespannung. Entwickelt wurde der Marx Generator von Erwin Otto Marx im Jahr 1923 (geboren am 15. Januar 1893 in Mautitz, gestorben am 11. Januar 1980 in Braunschweig). Marx war ein deutscher Ingenieurwissenschaftler und im Bereich der Energieübertragung über weite Entfernungen tätig. Weiterhin hat Marx Forschungen an Isolatoren vorgenommen. Zu dieser Zeit traten bei Isolatoren immer wieder Überspannungen auf, die hauptsächlich durch Blitze verursacht wurden. Diese Überspannungen führten in den meisten Fällen zur Zerstörung der Isolatoren. Dies war einer der Hauptgründe, die dazu geführt haben, dass Marx den sogenannten „Marx Generator“ entwickelt hat. Es sollte also eine hohe impulsförmige Spannung erzeugt werden, die einem Blitz aus der Natur nahe kommt.

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Hochspannungskaskade

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Mit einer Hochspannungskaskade ist es möglich, eine Wechselspannung in eine hohe Gleichspannung (im Bereich von Kilovolt bis Megavolt) umzuwandeln. Die Schaltung beruht nur auf wenigen Bauteilen (Kondensator + Diode). Eine Hochspannungskaskade ist unter verschiedenen Namen bekannt: „Villard-Schaltung“, „Greinacher-Schaltung“ und „Cockcroft-Walton-Generator/Multiplier“. Der letzte genannte Name beruht auf John Cockcroft und Ernest Walton, die in den 1930er Jahren auf der Basis einer solchen Hochspannungskaskade einen Teilchenbeschleuniger entwickelten. Dieser Generator basiert auf die Schaltung, die Villard entwickelt hat, und später durch Greinacher erweitert wurde. Cockcroft und Walton haben die Schaltung von Greinacher wiederentdeckt und für ihren Teilchenbeschleuniger verwendet. Dies war ein entscheidender Punkt in der Geschichte der Hochspannungsquellen, da man Hochspannungskaskaden heute in sehr vielen Geräten (HV-Netzteile) findet. Oft wird eine Hochspannungskaskade vor einem Marx-Generator geschaltet, um noch höhere Impulse zu erzeugen, oder um ein Hochspannungsnetzteil zu bauen. Das Prinzip einer Hochspannungskaskade basiert auf die Reihenschaltung von mehreren Kondensatoren. Somit wird die Spannung immer weiter hoch gesetzt bzw. multipliziert.

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