Вспышка с воздушным зазором

Искра между анодом и катодом, вызываемая третьим электродом внутри внутренней кварцевой трубки. Внутренняя трубка служит проводником искры и способствует ее еще более быстрому охлаждению. Внешняя трубка заглушает взрывной звук, который производит искра.

Фотография стрельбы из модели Smith & Wesson Model 686 , сделанная со вспышкой выше. Фотография была сделана в затемненной комнате, с открытым затвором камеры, а вспышка срабатывала по звуку выстрела с помощью микрофона.

Сверхскоростная фотография пули, летящей со скоростью около 870 метров в секунду (2850 футов/с).

Спектр вспышки в воздушном зазоре, создаваемый решеткой .

Верхняя половина показывает воздушный зазор при дневном свете. Нижняя половина показывает фосфоресценцию кварцевой запальной трубки синим цветом в затемненном помещении после вспышки.

Вспышка с воздушным зазором — это источник фотографического света, способный создавать световые вспышки длительностью менее микросекунды, что позволяет производить (сверх) высокоскоростную съемку . Это достигается за счет высоковольтного (обычно 20 кВ) электрического разряда между двумя электродами по поверхности кварцевой (или стеклянной) трубки. Расстояние между электродами таково, что самопроизвольный разряд не происходит. Для запуска разряда на электрод внутри кварцевой трубки подается импульс высокого напряжения (например, 70 кВ).

Вспышку можно активировать электронным способом путем синхронизации с электронным устройством обнаружения, таким как микрофон, или прерывистым лазерным лучом, чтобы осветить быстрое событие. Субмикросекундная вспышка достаточно быстрая, чтобы фотографировать сверхзвуковую пулю в полете без заметного размытия изображения.

История

Человеком, популяризировавшим вспышку, является Гарольд Юджин Эдгертон , хотя более ранний ученый Эрнст Мах также использовал искровой разрядник в качестве системы быстрого фотографического освещения. Говорят, что Уильям Генри Фокс Талбот создал первую фотографию со вспышкой, основанную на искре, используя лейденскую банку , первоначальную форму конденсатора. Эдгертон был одним из основателей компании EG&G , которая продавала вспышку с воздушным зазором под названием Microflash 549. Сегодня доступно несколько коммерческих вспышек.

Параметры конструкции

Цель высокоскоростной вспышки — быть очень быстрой и в то же время достаточно яркой для адекватной экспозиции. Система вспышки с воздушным зазором обычно состоит из конденсатора, который разряжается через газ (в данном случае воздух). Скорость вспышки в основном определяется временем, необходимым для разряда конденсатора через газ. Это время пропорционально

$t_{discharge}\propto {\sqrt {LC}}$,

где L — индуктивность , а C — емкость системы. Чтобы быть быстрым, L и C должны быть небольшими.

Яркость вспышки пропорциональна энергии, запасенной в конденсаторе:

$E={{CV^{2}} \over 2}$,

где V — напряжение на конденсаторе. Это показывает, что высокая яркость требует большой емкости и высокого напряжения. Однако, поскольку большая емкость будет иметь относительно длительное время разряда, что замедлит вспышку, единственным практическим решением является использование очень высокого напряжения на относительно небольшом конденсаторе с очень низкой индуктивностью. Типичные значения: емкость 0,05 мкФ, индуктивность 0,02 мкГн, энергия 10 Дж, длительность 0,5 мкс и мощность около 20 МВт.

Воздух (в основном азот) предпочтителен в качестве газа, поскольку он быстрый. Хотя ксенон имеет гораздо более высокую эффективность преобразования энергии в свет, ксенон (из-за его послесвечения) не может достичь длительности импульса вспышки менее 10 микросекунд.

Искра направляется по кварцевой поверхности, чтобы улучшить светоотдачу и использовать охлаждающую способность, ускоряя вспышку. Это имеет отрицательный эффект в виде эрозии кварца из-за разряда высокой энергии.

Спектральные свойства

Поскольку разряды в разряднике в воздухе образуют плазму , в спектре видны как континуум, так и спектральные линии , в основном азота , поскольку воздух на 79% состоит из азота.Спектр богат УФ-излучением , но охватывает весь видимый диапазон вплоть до инфракрасного .Когда кварцевая в качестве запальной трубки используется она демонстрирует четкую фосфоресценцию трубка, после вспышки синего цвета, вызванную УФ-излучением.

Внешние ссылки

• Любительская вспышка с воздушным зазором для сверхвысокоскоростной фотографии, автор Нильс Нордхук.
• Центр Массачусетского технологического института Эдгертона
• Статья в Scientific American о вспышке воздушного зазора