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Plasmakugel

Die schönen Entladungen in den bekannten Plasmakugeln sind nichts anderes als hochfrequente ( ca. 10 kHz bis 50 kz) Lichtbögen in der Atmosphäre bestimmter Gase bei bestimmten Drücken. Trotzdem ist es nicht so einfach die meist rot und blauen Flammen der käuflichen Kugel nachzuahmen. Bei einem füheren >>>Versuch<<< konnten trotz einer Vielzahl von Gasfüllungen die bekannten Effekte nicht erzielt werden.
Generator:
  Voraussetzung für die Plasmaexperimente ist natürlich ein leistungsfähiger Generator. Für den Bau fiel die Wahl auf einen robusten Röhrengenerator, da diese Misshandlungen wie Kurzschluß, Fehlabstimmung, welche bei Experimentier-betrieb leicht geschehen leichter abkönnen als die empfindlicheren Halbleiterschaltungen. Die verwendete Röhre QB 3/300 verträgt Anodenspannungen von 3 kV und erzeugt in dieser Schaltung etwa 100W Hf bei einer Frequenz von 20 kHz.
QB 3/300    
Heizung 5V 6.5A
Anode 3kV 125W
Schirmgitter 400V 20W
Kathode 250mA  
     
 
Die Leistung des,als Meissnerschaltung gebauten Generators ,kann in gewissen Grenzen durch die Höhe der Schirmgitterspannung der Generatorröhre geregelt werden. Zu diesem Zweck dient eine Regelschaltung mit einer EL 152. Das konventionelle Netzteil erzeugt mitttels zwei Transformatoren (2x 350V, 6.3V, 10V) über eine Spannungsverdoppler-schaltung eine Anodenspannung von 3kV. Die Netztrafos erzeugen auch die erforderlichen Heizspannungen und eine 12V Spannung für die beiden (PC) Lüfter. Zur Messung des Anodenstromes dient ein Zeigerinstrument mit einem Bereich von 200mA.
Zum Test wurde eine käufliche Plasmakugel von ihrem Sockel entfernt und auf den Generator montiert. Es zeigen sich die bekannten blauen Plasmafäden mit den roten pinselförmigen Enden. Ein Test mit einem Handspektroskop zeigt das markante Liniensystem im Roten des Edelgases Helium, was durch einen Vergleich des Spektrums einer Glimmlampe bestätigt wird. Zur genaueren Untersuchung soll der Gasinhalt der Kugel in einem Massenspektrometer vom Typ Quadropol (Balzer QMG 100) untersucht werden. Zur Gasentnahme wurde der Pumpstutzen der Kugel unter Wasser abgesägt. Gleichzeitig kann durch die Menge des eindringenden Wassers der Gasdruck in der Kugel bestimmt werden. Zur großen Überraschung drang kein Wasser in die Kugel ein, sondern im Gegensatz blubberten Gasblasen an die Oberfläche. D.h. in der Kugel herrschte kein Unterdruck sondern sogar ein leichter Überdruck
Im Massenspektrum, links, sind deutlich die Linien des Neons zu erkennen, die häufigsten natürlichen Neonisotope bei mit den Massen 20 und 22. Auch ein schwacher Peak bei der Massenzahl 40, Argon ist bei höherer Empfindlichkeit zu sehen, allerdings nur ein 1/100 bis 1/50 der Neonmenge. Da aber Argon zu etwa 1/100 in normaler Luft enthalten ist, könnte der Argonpeak auch vom Untergrundgas stammen
   
Eigene Experimente: Nachdem die Glaskugel geöffnet und der Inhalt untersucht worden war sollte sie mit einer neuen Füllung beschickt und wieder zum Leben erweckt werden. Leider ging bei den folgenden Manipulationen die Kugel zu Bruch. Dabei konnte auch die exterm dünne Wandstärke von 0.8 mm festgestellt werden. Klar daß so eine dünnwandige Kugel nicht mit Unterdruck arbeiten kann, die Gefahr einer Implosion wäre viel zu groß. Die folgenden Experimente wurden mit einer dickwandigen Glaskugel mit angesetztem Hahn durchgeführt, welche ohne Gefahr evakuiert werden kann.

Mit keiner von mir getesteten Gasfüllung konnten die Entladungserscheinungen der gekauften Kugel reproduziert werden. Nur mit Neon konnte eine Entladung bei Atmosphärendruck erzielt werden. Sowohl mit Argon, Krypton und Helium war ein Unterdruck von etwa 500..700 mBar notwendig um sichtbare Entladungen zu erreichen. Zum Teil mag das an der anders gestalteten Elektrode der gekauften Kugel liegen. Möglicherweise waren in der Kugel aber auch Spurengase enthalten welche nicht analysiert werden konnten oder die Kathode war mit Barium aktviert. Im Gegensatz zu den üblichen Plasmakugeln war bei dieser die Kathode in der Art der bei Neonröhren verwendeten und nicht die übliche kapazitive Ankopplung über eine zentrale Kugel.

Die schönsten Entladungen waren mit Neon und einem 10 prozentigen Anteil Argon zu erzielen, allerdings nicht bei Atmosphärendruck sondern bei etwa 700 mBar
In Argon sind die Entladungen weniger spektakulär und nur in einem relativ kleinen Druckbereich stabil. Bei niedrigerem Druck erscheinen dicke, diffuse Entladungsarme Schöne HF-Fackeln erhält man auch in Argon, wenn die Kugel mit der Hand berührt wird
 
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