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Faraday-Verschluss

Der Faraday-Verschluss ist ein magneto-optischer Verschuss der mit dem >>Faraday-Effekt<< arbeitet. Hier wird ein durchsichtiges Material, meist Glas, zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern angeordnet. Durch die gekreuzten Filter ist der Lichtweg gesperrt, der Verschluss geschlossen. Wird nun mittels einer Spule im Material ein starkes Magnetfeld erzeugt und dadurch die Polarisationsachse um 90° gedreht, kann das Licht den zweiten Polfilter durchdringen, der Verschluss ist offen.
Die Entwicklung des Faraday-Verschusses ist hauptsächlich Harold "Doc" Edgerton zu verdanken. Er entwickelte am MIT (Massachusetts Institute of Technology) die Rapatronic-Kamera. Diese Kamera mit einem Faraday-Verschluss wurde zur Aufnahme der amerikanischen Atombombentest verwendet, siehe rechtes Bild.
Solche Objekte wird Bastler (hoffentlich) nicht untersuchen, trotzdem gibt es viele Versuche bei denen der Faraday-Verschluss zu gebrauchen ist, z.B. Firecracker, Drahtexplosionen, alle kurzzeitigen Vorgänge mit starker Lichtentwicklung bei der Kurzzeitblitze nicht anwendbar sind.
Quelle: http://edgerton-digital-collections.org
Aufbau: Die vom Faraday-Effekt verursachte Drehung der Polarisationsachse ist von der Länge des Lichtwegs im Material, dem angelegtem Magnetfeld und der Verdet-Konstante des verwendetem Materials ab. Um mit möglichst kleinen Magnetfeldern auszukommen benötigt man demzufolge ein Material mit möglichst hoher Verdetkonstante. Meist wird Flintglas verwendet, das aber nicht leicht zu erhalten und zudem teuer ist
Glassorte Brechzahl Dichte g/cm3 Verdetkonstante °/Tm
 BK7 Kronglas
1,52
2,51 332
 SF6 Flintglas
1,80
5,18 1449
 RD50 Röntgenschutz
1,79
5,05 ------
Eine ähnliche Zusammensetzung, nämlich einen hohen Bleigehalt, besitzt Röntgenschutzglas. Im Restbestand fand sich noch die Scheibe aus einem Röntgengerät und die in kleine Quadrate zersägt und diese dann mit UHU-Puls zu einem Quader verklebt wurden. Der verklebte Quader wurde mit 30 Wdg 0.8mm CuL Draht umwickelt und mit einem Polfilter ausgestattet. Die Spule hat eine Induktivität von 15 µH
Die Testschaltung arbeitet mit einer Kondensatorentladung mit einem Hochspannungs.Thyristor. Ein Kondensator mit 33µF (3 x !00µF 450V Elkos in Serie) Kapazität wird auf 1250V geladen und durch den Thyristor über die Spule entladen. Der Strom wird an einem 0,15 Ohm Sensorwiderstand gemessen. Die Schaltung erzeugt einen Stromimpuls von fast 900 Ampere und eine Faradaydrehung von 39° bei einer Pulsdauer von 70 µs.
Um eine kurze Pulszeit zu erzielen müssen sowohl die Kapazität verringert werden. Um trotzdem einen hohen Strom und damit ausreichende Faradaydrehung zu erreichen muss die Ladespannung erhöht werden. Der nächste Test wurde mit einer Kapazität von 8µF und einer Ladespannung von 4 kV unternommen. Da für diese Spannungkein Thyristor vorhanden war wurde der Schalter mit einer Funkenstrecke realisiert. Zugleich kann das Licht der Funkenstrecke zur Beleuchtung der Szene dienen.
Als erstes Testobjekt dient wieder eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Scheibe.
Stehende Scheibe
Scheibe bei 15000 Umdrehungen pro MInute
Man sieht dass die Pulslänge immer noch zu lang ist um die rotierendfe Scheibe scharf abzubilden. Man müßte den Kapazität weiter veringern und dem entsprechend die Spannung weiter erhöhen. Trotzdem wird man kaum Öffnungszeiten von weniger als ein paar Mikrosekunden erreichen.