Если достать лампы типа ИФП не удалось, а эксперименты с использованием лампы ИФК-120 не увенчались успехом, остается заняться изготовлением самодельной лампы-вспышки. Конечно, самоделка уступает по надежности, зато выигрывает в доступности приобретения.
Схема самодельной лампы-вспышки показана на рисунке ниже.
1 – стеклянная трубка
2 – электрод
3 – контакт подключения лампы к блоку питания
4 – медная трубка
5 – место припоя контакта к медной трубке
6 – обрезок силиконового шланга
ТРУБКА ДЛЯ ЛАМПЫ
В качестве трубки для лампы-вспышки лучше использовать кварцевое стекло, которое пропускает ультрафиолет и хорошо держит температуру. Чем меньше будет диаметр трубки, тем выше будет КПД накачки при прочих равных условиях. Однако с уменьшением диаметра трубки растет механическая нагрузка, возникающая в момент электрического разряда внутри трубки. При энергии вспышки более 1 кДж тонкие трубки диаметром менее 5 мм через несколько выстрелов разрываются. Поэтому для накачки твердотельных лазеров, имеющих диаметр активного вещества порядка 10 мм и более, лучше использовать трубки диаметром не менее 10 мм. Трубки такого диаметра можно раздобыть, к примеру, аккуратно срезав трубку современной энергосберегающей лампы или же использовать тонкую трубку лампы дневного света.
Для накачки лазеров на красителях, которые имеют низкий порог лазерной генерации и не требуют большой энергии накачки, подойдут трубки диаметром порядка 5 мм.
К примеру, при небольших энергиях разряда для лампы-вспышки можно использовать трубку от обычной аптечной пипетки.
Для накачки мини лазеров потребуется совсем крошечная лампа-вспышка. Трубку для такой лампы можно взять, разбив колбу лампы накаливания. Расположение этой трубочки, которую называют штенгель, показано на схеме ниже. Справа на фото показана добытая из лампы накаливания стеклянная трубочка.
.
Длина трубочки ~ 2,5 см, а ее внутренний диаметр ~ 2 мм. Разумеется, не стоит рассчитывать на получение высоких энергий от такой миниатюрной лампы-вспышки. К тому же ресурс работы стеклянной трубочки будет не долгим. Чем больше энергия вспышки, тем быстрее оплавляется внутренняя поверхность трубочки, отчего она становится матовой и теряет прозрачность. В конце концов, при очередном выстреле миниатюрная лампа-вспышка со смачным хлопком разрывается, разлетаясь по комнате мелкими осколками (ОСТОРОЖНО ! БЕРЕГИТЕ ГЛАЗА !).
Утешения ради скажу, что разрываются даже коммерческие лампы-вспышки, работающие в номинальном режиме.
ГАЗ В ТРУБКЕ
Тут все просто. Поскольку наполнять трубку самодельной лампы-вспышки ксеноном, мягко говоря, проблематично (потребуется, как минимум, вакуумный насос и баллон с ксеноном), то в качестве газа будет использоваться разряженный воздух.
ЭЛЕКТРОДЫ
В качестве электродов самодельной лампы-вспышки при энергии вспышки не более 10 Дж. можно использовать дюралюминиевый пруток, диаметр которого чуть меньше внутреннего диаметра трубки лампы. При энергиях вспышки порядка 100 Дж. и более электрод изготавливается из стального (нержавейка) прутка. Можно попробовать изготовить электроды из обычных «железных» монтажных винтиков типа М3, М4. Но в этом случае ресурс работы лампы будет не долгим. Причина тому – разрушение электродов под действием мощного электрического разряда в момент вспышки. Кроме того, окислы металла довольно быстро загрязняют внутреннюю поверхность лампы-вспышки.
Категорически не подходят электроды из медной проволоки. Даже при низких энергиях разряда медный электрод очень быстро испаряется, а окислы меди и сама медь буквально вгрызаются на внутреннюю поверхность трубки, отчего трубка чернеет.
Самым оптимальным вариантом для электродов самодельной лампы-вспышки при любых энергиях разряда будет использование газосварочных электродов из торированного вольфрама. Такие электроды можно купить на рынке стройматериалов или в магазине газосварочного оборудования. На фото ниже показана упаковка из нескольких электродов.
Кстати говоря, именно из торированного вольфрама изготовлены электроды коммерческих ламп-вспышек.
Из длинного прутка газосварочного электрода нужно отрубить два прутка длиной ~ 2 см каждый. Именно отрубить, поскольку отпилить ножовкой по металлу торированный вольфрам не получится. Затем торцы обеих прутков обрабатываются с помощью наждачного круга (напильником не получится) так, чтобы они имели форму похожую на полусферу.
На фото ниже показаны электроды из торированного вольфрама.
КРЕПЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ
Закреплять электроды в трубке можно по-разному. Бывает жесткое крепление, обеспечивающее хорошую вакуумную герметизацию трубки, но при этом не будет возможности заменять изношенные электроды. Бывает гибкое крепление, при котором неизбежно натекание воздуха внутрь трубки и потеря вакуума, но зато можно легко менять электроды. Для экспериментов лучше использовать гибкое крепление электродов, поскольку оно смягчает механические нагрузки на трубку лампы в момент разряда и позволяет тем самым подавать на лампу повышенную энергию.
В моей конструкции лампы-вспышки для крепления электродов используются два обрезка медной трубки с внешним диаметром 5 мм (куплена в магазине автозапчастей). Один обрезок имеет несколько большую длину (3,5 см), чем другой (2 см), поскольку к длинному обрезку будет подключен вакуумный насос для создания разряжения воздуха внутри лампы-вспышки.
Сначала к обрезкам медной трубки припаиваются контактные пластины, служащие для подключения лампы-вспышки к блоку питания. В качестве контактных пластин я использовал тонкие медные полоски силовой шины (куплена в магазине «Электромонтаж»).
На фото ниже показаны держатели электродов.
Один торец короткого обрезка медной трубки запаивается припоем (обычный припой типа ПОС-61). Таким образом, короткий обрезок медной трубки является в лампе-вспышке заглушкой, герметизирующей трубку лампы.
Диаметр электрода меньше внутреннего диаметра медной трубки, поэтому для обеспечения электрического контакта каждый электрод обматывается несколькими слоями медной фольги так, чтобы обмотанный фольгой электрод плотно вставлялся внутрь медной трубки.
На фото ниже показан обмотанный фольгой электрод.
Теперь остается закрепить держатели электродов в трубке лампы-вспышки. Конечно, можно обеспечить жесткое крепление путем прогрева стекла трубки лампы-вспышки вокруг держателей электродов (медь хорошо спаивается со стеклом). Но потребуется стеклодувная горелка, да и опыт стеклодувных работ.
Гораздо проще использовать гибкое крепление. Герметично закрепить держатели электродов на трубке лампы-вспышки можно с помощью силиконового шланга (бывает на рынке стройматериалов или в магазине хозтоваров). Диаметр силиконового шланга выбирается таким, чтобы трубка лампы очень плотно вставлялась внутрь силиконового шланга.
Если внешний диаметр трубки лампы 5 мм, то можно использовать шланг от омывателя переднего стекла автомобиля (продается в магазине автозапчастей).
Если внешний диаметр трубки лампы порядка 10 мм, то потребуются силиконовые шланги нескольких диаметров. Обрезок шланга меньшего диаметра плотно вставляется в обрезок шланга большего диаметра так, чтобы с одной стороны можно было плотно вставить трубку лампы, а с другой стороны медную трубку держателя электрода.
На фото ниже показана трубка лампы с натянутыми с двух концов обрезками силиконового шланга.
На фото ниже показано крепление электрода на трубке лампы с помощью вставленных друг в друга обрезков силиконового шланга.
Диаметр трубки лампы-вспышки = 12 мм. Использованы обрезки трех силиконовых шлангов с внешним диаметром 15 мм, 10 мм, 8 мм.
На фото ниже показана готовая лампа-вспышка. Расстояние между электродами = 15 см.
Схема подключения самодельной лампы-вспышки показана на рисунке ниже.
В этой схеме:
Rc – зарядный резистор
Rd – разрядный резистор
С – накопительный конденсатор
При такой схеме подключения лампа работает в режиме самопробоя, а это значит, что напряжение высоковольтного блока питания должно быть выше напряжения пробоя лампы. В качестве искрового разрядника можно использовать самодельный воздушный разрядник. Расстояние между электродами разрядника подбирается опытным путем. Чем больше расстояние между электродами лампы, тем меньше должно быть межэлектродное расстояние разрядника. Для работы длинных ламп-вспышек (> 20 см) потребуется очень высокое разрежение воздуха внутри лампы, иначе вспышки не будет. При этом межэлектродное расстояние разрядника уменьшается настолько, что от разрядника можно отказаться. В этом случае разряд в лампе будет возникать при достижении на накопительном конденсаторе напряжения пробоя лампы.
В моей самодельной лампе, имеющей расстояние между электродами лампы = 15 см, вспышка наблюдается при давлении воздуха внутри лампы меньше 100 мБар. Разряжение воздуха в лампе осуществляется с помощью самодельного двухступенчатого насоса из медицинских шприцев. Напряжение на накопительном конденсаторе ~ 15 кВ.
Зарядный резистор Rc и разрядный резистор Rd принципиального значения для работы лампы не имеют и от них можно отказаться. Но ! При отсутствии резистора Rc искровой разряд в лампе для выходной цепи высоковольтного блока питания является коротким замыканием. В таком режиме работы высоковольтный блок питания продержится не долго. Поэтому весьма желательно подключать зарядный резистор. Его величина выбирается, исходя из нагрузочной способности блока питания. В моих экспериментах Rc = 12 МОм.
Разрядный резистор Rd служит исключительно для техники безопасности. Его назначение – снимать заряд на конденсаторе после отключения блока питания.
На фото ниже показано подключение лампы-вспышки к самодельному конденсатору емкостью 27 нФ без искрового разрядника.
Блок питания включен. Напряжение растет.
А теперь - ВСПЫШКА !
Самодельную лампу-вспышку можно масштабировать как угодно. Нужно лишь помнить, что чем длиннее лампа, тем меньшее должно быть давление воздуха в лампе. Кроме того, чем меньше внутренний диаметр стеклянной трубки, тем сильнее разогревается плазма разряда. С одной стороны тонкие лампы-вспышки дают более сильный световой поток, но с другой стороны возрастает износ электродов лампы. В коротких лампах обгорают даже вольфрамовые электроды.
На фото ниже показаны следы нагара от разрушения электродов в стеклянной трубке, изготовленной из аптечной пипетки.
Чем больше энергия разряда, тем сильнее разрушаются электроды, удлиняя следы нагара в трубке. Как только в трубке между электродами возникнет дорожка гари, резко возрастет вероятность разрыва стеклянной трубки. Поэтому в коротких лампах-вспышках лучше применять не стержневые электроды, а трубчатые. Использование трубчатых электродов позволяет сохранить чистоту внутренней поверхности стеклянной трубки, поскольку продукты разрушения электродов остаются внутри трубчатых электродов.
Схема такой лампы-вспышки показана на рисунке ниже.
1 – кварцевая трубка
2 – электрод лампы (обрезок стальной трубки)
3 – штуцер для откачки лампы (обрезок медной трубки)
4 – силиконовый шланг
5 – герметизирующая замазка (например, клей «POXIPOL»)
Силиконовый шланг, соединяющий кварцевую трубку и электрод, состоит из двух обрезков разного диаметра. Обрезок меньшего диаметра плотно вставляется в обрезок большего диаметра. Это позволяет герметично соединять трубки разных диаметров.
На фото ниже показана готовая лампа-вспышка, которую можно использовать для накачки лазеров на красителях.
Межэлектродное расстояние составляет ~ 6 см, внешний диаметр кварцевой трубки 5 мм, внешний диаметр электродной трубки 8 мм, внешний диаметр штуцера откачки лампы (медная трубка) 5 мм.
