Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 40. 4 november 1952 - Gittermaskiner — hur en omöjlig uppgift löses
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
// november 1952
929
Gittermaskiner —
hur en omöjlig uppgift löses
681.94 : 535.853.33
Spektrografen har på senaste åren befäst sin ställning som
ett instrument med mångsidig användning inom såväl
vetenskap som praktisk teknologi. Den används numera icke
bara av fysiker, kemister och astronomer utan även av
biologer, metallurger, livsmedelstekniker och till och med
kriminologer.
I de flesta spektrografer användes fortfarande, liksom
Newton gjorde för 300 år sedan, ett prisma för att
upp-spjälka ljuset i dess spektrum. För sådana vetenskapliga
ändamål där en betydligt större upplösningsförmåga krävs
än v^d ett prisma kan ge, använder man i stället gittret,
som har förmåga att upplösa ljuset i elementarfärger
genom en kombination av böjning och interferens.
Ett typiskt gitter består av en 15 cm bred, optiskt
plan-parallell glasplatta, som är belagd med ett 0,002 mm tjockt
skikt av aluminium. I detta skikt är ritsade sammanlagt
75 000 spår, till ett antal av alltså 500 per millimeter. Alla
spåren måste vara identiska till bredd, djup och profil;
vidare måste de vara exakt parallella och deras avstånd
från varandra får icke variera med mer än 0, 000 025 mm
när. (Detta mått utgör omkring en tiotusendel av
tjockleken hos stapeln på bokstaven "1" i detta tryck.)
Dessa toleranser är lika fantastiska som de krav som
måste ställas på den maskin med vilken gittret skall
graveras. En sådan gravermaskin är betydligt enklare till sin
konstruktion än t.ex. en skrivmaskin, men de
noggrannhetsproblem som dess tillverkning och drift ställer är så
oerhört stora, att de under mer än ett århundrade har
gäckat specialisterna.
Genom att svårigheterna växer med gittrets bredd, har man
i praktiken sällan kommit över 20 cm. Alla försök att
framställa bredare gitter, som vore i hög grad behövliga för en
närmare undersökning av atomens byggnad, har hittills
strandat. Däremot är det nu möjligt att framställa gitter
med över 1 000 spår per millimeter, och därmed få en
väsentlig förbättring i ultraviolettbandet.
Konstruktionsproblem
Det finns i hela världen högst ett dussin gravermaskiner
som har varit i stånd att tillverka gitter i något avsevärt
antal, och de flesta av dem har tillbragt mera tid i
reparationsverkstaden än i produktion. Den störste producenten
av gitter för vetenskapliga ändamål är John
Hopkins-universitetet i USA, vars tre gravermaskiner har framställt
ett tusental gitter sedan 1882. Alla de andra maskinerna
utgör variationer på dessa klassiska tre, vilka bygger på en
konstruktion av fysikern Henry A Rowland.
En sådan gittermaskin, fig. 1, består i princip av en
milli-meterlång diamant, som är fäst i en fram- och återgående
slid. Diamanten vilar mot gitterplattan med några grams
tryck, och plöjer under sin framgående rörelse ett spår i
aluminiumskiktet, utan att dock avlägsna något
metall-spån. Under den återgående rörelsen, då diamanten hålles
upplyft, förflyttas gitterplattan en spårdelning av en
ledarskruv, som genom att vrida sig en liten bråkdel av ett
varv förskjuter ett bord på vilket plattan är monterad.
Graveringshastigheten är omkring tio spår per minut, och
det tar därför en vecka att gravera ett 15 cm brett gitter,
som kommer att innehålla en halv mil 8 cm långa spår.
Om man nu kunde göra en maskin av fullkomligt stela
material, skulle den kunna gravera spår med en noggrann-
het av 0,000 005 mm, alltså fem gånger bättre än vad som
nu krävs. Något sådant material finns naturligtvis inte, och
enbart den elastiska kompressionen hos ledarskruven vid
igångsättningen är tio gånger större än den tillåtna
toleransen. Elastiska deformationer hos andra maskindelar,
liksom variationer i tjockleken hos de smörjande
oljehinnorna mellan skruven och den mutter i vilken den rör sig,
ökar osäkerheten i graverdiamantens läge till 0,002 mm,
dvs. hundra gånger den tillåtna toleransen. Gittermaskinen
kan med andra ord betraktas som gjord av gummi.
En annan svårighet erbjuder friktionen. För att få en
jämn funktion borde ledarskruven och andra rörliga delar
oljas i riklig mängd, men variationer i oljehinnans
tjocklek skulle då alltför mycket påverka graverdiamantens
rörelser. Man måste därför arbeta med oljehinnor som
endast är några få molekyler tjocka, varvid det icke kan
undvikas att oljehinnan då och då slits sönder.
Friktionskrafterna kan därvid plötsligt stiga hundrafaldigt, och man
får ryckiga rörelser.
Ytterligare svårigheter vållas av förslitning hos de rörliga
delarna, skevhet hos plana ytor allteftersom inre
spänningar så småningom utlöses, och krypning hos materialet.
Slutligen inverkar vibrationer (t.ex. vid hård blåst
utomhus), damm (som tränger in mellan de rörliga delarna eller
— värst av allt — faller på gitterplattan) och
okontrollerbara temperaturändringar (t.ex. genom strålning från
maskinskötaren).
En gravermaskin för gitter innebär strängt taget lösningen
på ett omöjligt problem. Innan en sådan maskin
överhuvudtaget kan börja gravera ett användbart gitter har det
också åtgått månader av justeringsarbeten, med
provgra-veringar och infinitesimala ändringar av de olika
maskinelementen dessemellan. Striden med toleransproblemen
måste för övrigt föras nästan oavbrutet under maskinens
bela livstid.
Har man emellertid fått maskinen i ordning, är det
närmast en enkel sak att gravera ett gitter. Maskinen får
därvid gå tomt i först fem timmar för att nå
fortvarighetstem-peratur och därefter under ytterligare femton timmar för
att de smörjande hinnorna skall jämna ut sig. Sedan är det
bara att sätta ned graverdiamanten på den aluminiserade
glasplåten, och låta den ritsa upp gittret. Beställaren, som
kan ha fått vänta i två år på det, är närmast glad att få
betala ca 500 $ för ett 10 cm gitter.
Hur man bygger en gittermaskin
Det första steget vid tillverkningen av en gittermaskin är
att man skaffar en billig svarv. Denna byggs om, varvid
bl.a. prismorna skavas plana på 0,002 mm när och justeras
till full parallellitet. Även i övrigt justeras eller nytillverkas
kugghjul, ledarskruv, lager m.m. så att avvikelsen i
slid-rörelserna blir mindre än 0,002 mm per 25 cm.
I denna svarv "grovbearbetas" gittermaskinens ledarskruv,
Bearbetning efter Albert G Ingalls i Scientific American juni—aug.
1952 och uppgifter från Manne Siegbahn och Lennart Lundin.
Fig. 1. Principskiss över liourlands gittermaskin.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
