Устройство для проведения лазерных фотохимических реакций

 

Изобретение относится к лазерной фотохимии, а именно к конструкциям для проведения химических реакций в газовой смеси под действием мощного лазерного излучения, и позволяет повысить производительность за счет более эффективного использования энергии излучения. Реактор размещается в селективном резонаторе, соединен с объемом герметичным светопроводом в виде отражательной дифракционной решетки и имеет дополнительно внутренние зеркала, причем дополнительные зеркала образуют две последовательные телескопические системы, а разделитель сред выполнен в виде оптически непрозрачной перегородки с отверстиями или в виде оптически прозрачной перегородки, которая расположена между телескопическими системами. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к лазерной фотохимии, а именно к конструкциям для проведения химических реакций в газовой смеси под действием мощного лазерного излучения, в частности реакций многофотонной диссоциации (МФД), и может быть использовано для разделения изотопов различных элементов, например для выделения изотопа C¹³. Целью изобретения является повышение производительности за счет более эффективного использования энергии излучения. На фиг. 1 изображена схема устройства по п. 1, формулы изобретения; на фиг. 2 то же, по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 3 то же, по п.3; на фиг. 4 то же, по п. 4; на фиг 5 схематически изображена конструкция устройства по п. 2 формулы. Устройство содержит раму резонатора 1, на которой установлены зеркало 2 и селективный элемент в виде дифракционной решетки 3. Объем 4 с лазерной средой снабжен источником 5 питания и соединен с реактором 6, который имеет узлы отбора 7 и напуска 8, через светопровод 9. Резонатор содержит дополнительные внутренние зеркала 10, образующие телескопическую систему, позволяющую изменять плотность энергии в реакторе по отношению к объему с лазерной средой. Резонатор может содержать дополнительные внутренние зеркала, образующие две последующие телескопические системы 10 11, между которыми установлена либо непрозрачная перегородка 1 с отверстиями, либо прозрачная перегородка 13. Источник питания 5 соединен с электродами 14. В светопроводе 9 для снижения расхода среды через откачную систему имеются диафрагмы 15, снижающие размеры поперечного сечения светопровода 9 до минимально возможной величины. В реакторе 6 установлен измеритель 16 параметров излучения. Устройство работает следующим образом. В объеме 4 прокачивается лазерная среда при давлении 760 мм рт.ст. а в реакторе 6 исходный продукт, содержащий определенный процент целевого изотопа, при давлении 80 120 мм рт.ст. На электроды 14 подается напряжение разряда от источника 5. После пробоя межэлектродного промежутка возникает импульс излучения, так как усиление в резонаторе превышает потери. Дифракционная решетка 3 имеет такое угловое положение, при которой резонансная частота резонатора согласована с линией поглощения части исходного продукта, содержащей целевой изотоп. Часть прореагировавшего продукта непрерывно удаляется через узел 7, после которого возможно отделение образовавшихся молекул, содержащих целевой изотоп, от исходного продукта. Одновременно в реактор 6 подается исходный продукт через узел 8. Часть лазерной энергии, отраженной от дифракционной решетки 3, подается на измеритель 16 параметров излучения, в качестве которого используется анализатор распределения мощности. В некоторых случаях плотность энергии в реакторе должна быть отличной от плотности в объеме с лазерной средой, что достигается установкой в резонатор дополнительных зеркал 10, образующих телескопическую систему. Разделение сред в устройстве экономически выгодно реализовать в зависимости от объема взаимодействия и плотности энергии излучения. Если по условиям реакции сечение объема взаимодействия <1см, то в светопроводе диафрагмами 15 зарезается его сечение до минимально возможной величины, а натекающая лазерная среда удаляется через патрубок откачки. Если сечение объема взаимодействия >1 см², то в резонатор вводится вторая телескопическая система 11, позволяющая сфокусировать излучение до размеров единиц квадратных мм, а разделитель сред выполнить в виде непрозрачной перегородки 12 с отверстиями для прохода излучения. Натекающая среда удаляется через патрубок откачки. Если сечение объема взаимодействия >1 см², а плотность энергии не превышает 1 Дж/см², то разделитель сред выполняется в виде оптически прозрачной перегородки 13, при этом в некоторых случаях выгодно устанавливать вторую телескопическую систему 11, позволяющую снизить плотность энергии в перегородке. Технико-экономическая эффективность устройства в первую очередь обусловлена повышением селективности разделения, чистоты целевого продукта и более высокой производительностью процесса за счет полного использования лазерного излучения. Селективность процесса резко зависит от плотности энергии в облучаемом продукте. В устройстве-прототипе генерируемое в лазерной среде излучение выводится в атмосферу и вводится в облучаемый продукт. Плотность энергии излучения по мере нахождения в продукте снижается за счет поглощения в нем дифракционной расходимости, при этом изменяется также селективность процесса. В свою очередь, неоднородность селективности не обеспечивает получения высокой степени чистоты целевого продукта. В предлагаемом устройстве помещение облучаемого продукта в резонатор приводит к увеличению однородности плотности энергии в объеме с облучаемым продуктом и, соответственно, к повышению селективности процесса и чистоты целевого продукта. При этом исключается необходимость применения других методов обогащения, резко снижаются энергозатраты, необходимые производственные площади.

Формула изобретения

1. Устройство для проведения лазерных фотохимических реакций, содержащее камеру с лазерной средой, размещенную в селективном резонаторе, и оптически связанный с ней реактор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено герметичным светопроводом с размещенными в нем разделителем сред, а резонатор выполнен в виде плоского зеркала и селективного элемента, размещенного в реакторе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резонатор снабжен дополнительными внутренними зеркалами, образующими телескопическую систему. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резонатор снабжен дополнительными внутренними зеркалами, образующими две последовательно телескопические системы, разделитель сред выполнен в виде оптически непрозрачной перегородки с отверстиями и расположен между дополнительными зеркалами, при этом размеры отверстий меньше размера минимального поперечного сечения светопровода. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделитель сред выполнен в виде оптически прозрачной перегородки и расположен между телескопическими системами, при этом размер прозрачной перегородки больше размера минимального поперечного сечения светопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4