Способ получения активной среды со - лазера
(в КЦ (1ц (>) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
1 (21) 4912294/25 (22) 15.02.91 (46) 30.10.93 Ееа hh39-40 . (71) Ленинградский механический институт имМаршала Советского Союза ДФУстинова (72) Баранов ИЯ„Баранов ГА: Борейшо АС., Тимощук ИВ. Воробьев КЛ.
P3) Баранов Игорь Ярославович (84) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОЙ СРЕДЫ
СΠ— ЛАЗЕРА (57) Сущность изобретения: способ включает разогрев рабочего газа, содержащего СО, с последую! I
2 щим охлаждением и ионизацией рабочего газа за счет резкого расширения в сверхзвуковом сопловом блоке. На выходе из соппового блока к рабочему газу добавляют балластйый газ и полученную смесь возбуждают в электрическом разряде. В качестве балластного газа к рабочему газу на выходе из соплового блока подмешивают воздух охлаждая его также резким расширением в сверхзвуковых соплах Кроме того, наработку и разогрев рабочего газа, содержащего СО, производят сжиганием топлива в камере сгорания. 1 зл. ф-лы. 1 ил.
2002346
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к созданию активных сред селективных . электрогазодинамических СО-лазеров.
Известен способ создания активной среды СО-ЭГДЛ, основанный на том, что предварительно подготовленную смесь газов СО, и Не либо Ar, содержащую 70 j, Не либо Ar охлаждают при резком расширении в сверхзвуковом сопле до криогенных TGMператур и ионизируют электронным пучком для эффективного возбуждения в электрическом разряде, Применение предварительной ионизации с помощью электронного пучка требует современной электровакуумной технологии, электронная пушка создает рентгеновское излучение, низка надежность фольги, закрывающей окно электронной пушки.
Лазеры, использующие этот способ получения активной среды, работают по открытому циклу, требуют большого запаса газа, который после прохождения резонатора и диффузора выбрасывается в атмосферу. При этом, так как в составе смеси 700 0
Не либа Аг и стоимость его очень высока, экономичность такого способа получения активной среды низка.
Кроме того, происходит выброс в атмосферу СО-высокотоксичного газа, дожигание которого до СО2 затруднено из-за того, что он находится в смеси c He, газом с высокол теплоемкостью. Поэтому экологичность такого способа низка, Высокая агрессивность СО к металлам, необходимость работать при криогенных температурах. протекание плазмохимических реакций в разряде, ограниченность величины расхода смеси газа техническими трудностями практически не позволяют применять в мощных лазерах замкнутый цикл, поэтому воэможность увеличения экономичности такого способа получения активной среды СО-лазера практически отсутствует.
Наиболее близким техническим решением к изобретению принятым за прототип, является способ создания активной среды
CG-лазера, в котором рабочий газ. содержащий СО, разогревается в ударной трубе с последующим охлаждением и ионизацией рабочего газа за счет резкого расширения в сверхзвуковом сопловом блоке с добавлением балластного газа (He или Не + Ar) и последующим возбуждением в электрическом разряде.
Лазеры, использующие данный способ получения активной среды, могут работать только по открытому циклу, в импульсном режиме, так как рабочий газ разогревается в ударной трубе со временем квазистационарного истечения 1 мс, ограничивающим время работы лазера, Высокотоксичный газ СО также выбрасывается в атмосферу, для хранения газов используется баллонная система, имеющая большие массогабариты. Кроме того, высокая агрессивность CG приводит к изменению состава газа во время хранения, Для повышения плотности рабочей среды в резонаторе проводят подмешивание балластного газа Не к потоку рабочего газа в СО, При этом расход Не составляет более 70/ и так же, как СО, выбрасывается в атмосферу, Основными недостатками прототипа является его низкая экономичность, так как балластный газ Не, стоимость которого вы. сока, расходуется в больших количествах, а также низкая экологичность лазера из-за
20 выброса высокотоксичного СО в атмосферу, дожигание которого затруднено из-за того, что СО находится в смеси с Не, газом с высокой теплоемкостью.
Кроме этого, мало время работы из-за времени квазистационарного истечения в ударной трубе и большие массогабариты лазера из-за баллонной системы хранения газов.
Цель изобретения — повышение экономичности способа за счет использования дешевого балластного газа и экологичности за счет возможности нейтрализации высокотоксичного CO-газа дожиганием до СО2, а также увеличение времени непрерывной работы и снижение массогабаритов лазера за счет наработки рабочего газа, содержащего
СО, непосредственно в процессе работы лазера.
Поставленная цель достигается тем, что
40 по предлагаемому способу в качестве балластного газа к рабочему газу на выходе из соплового блока подмешивают воздух, охлаждая его также резким расширением в сверхзвуковых соплах.
Для увеличения времени непрерывной работы и снижения массогабаритов лазера наработку и разогрев рабочего газа, содержащего СО, производят сжиганием топлива в камере сгорания.
Релаксация колебательной энергии, запасенной в электроразряде, за счет электронно-колебательного обмена и колебательно-колебательного обмена, в присутствии продуктов полного и неполного сгорания торплива H2; NO; 02; CN; Н20;
СО2 и наличия в воздухе 02; Hz0; СО2 и других не происходит за счет протекания колебательно-колебательного обмена, так как для времени 7; пребывания газа в разряде выполняется соотношение
2002346 Гчч Геч < > < тхим < Тдисс < Такая иерархия характерных времен 10 позволяет не учитывать присутствие в воздухе релаксантов, их наработку в результате химических реакций и через диссоциацию. Кроме тога, балластирование продуктов 15 сгорания воздухом уменьшает процентное содержание релаксантов в электроразрядной камере и резонаторе по сравнению с, камерой сгорания. Благодаря этому обеспечивается созда- 20 ние экономичного способа, поскольку не используется дорогой Не (Ar) и повышается экологичность способа, так как появляется возможность нейтрализации высокотоксичного СО дожиганием до С02, направляя смесь рабочего газа с СО и воздухом после резонатора в камеру дожигания, с вводом в нее горючего, Сжигание СО в смеси с большим количествам He — газа с высокой теплоемкостью, как в прототипе усложняет, 30 задачу дожигания СО до СОг. Кроме того, наработка и разогрев рабочей смеси, содержащей С0, в процессе работы лазера, сжиганием топлива в камере сгорания, позволяет увеличить время не- 35 прерывной работы лазера и снизить массогабариты лазера путем отказа от баллонной системы хранения, На чертеже показан лазер для осуществления способа. 40 Лазер содержит камеру 1 сгорания и сопловый блок, включающий сверхзвуковые сопла 2, через углеродный пористый фильтр 3 связанные с камерой 1 сгорания, и сверх.45 Формула изобретения 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОЙ СРЕДЫ СО - ЛАЗЕРА, включающий наработку и разогрев рабочего газа, содержа- 50 щего СО, последующее охлаждение и ионизацию рабочего газа за счет резкого расширения в сверхзвуковом сопловом блоке, подмешивание к рабочему газу на выходе из соплового блока балластного га- 55 за и возбуждение полученной смеси в электрическом разряде, отличающийся звуковые сопла 4, связанные с источникам 5 воздуха высокого давления, электроразрядную камеру 6, совмещенную с резонатором 7 и снабженную источником 8 электропитания, На выходе из резонатора 7 установлены диффузор 9 и камера 10 дожигания СО до СОг. Камера 10 дожигания свя- зана с источником 11 горючего. Получение активной среды СО-лазера осуществляется следующим образом. К продуктам сгорания, образующимся в камере сгорания 1, прошедшим углеродный ,пористый фильтр 3, на выходе из сопл 2 электроразрядной камерой 6 через сопла 4 подмешивают воздух от источника 5 высокого давления. При этом образуется охлажденная ионизированная смесь. которую возбуждают электрическим разрядом в электроразряднай камере 6, снабженной источником 8 электропитания. Излучение выводят из резонатора 7, После резонатора 7 в диффузоре 9 восстанавливают давление газового потока и осуществляют дожигание высокотоксичного СО в камере 10 дожигания до COz, вводя в нее горючее из источника 11. В качестве источника CO использова-: лись продукты сгорания твердого топлива, содержащие; - 55;4 C0: 8 C0»: -257 Нг; 12 Кг, Продукты сгорания очищались от К-фазы и С02 раскислялись да СО при прохождении через пористый углеродный фильтр, установленный перед сапловым блоком, После перемешивания продуктов сгорания с воздухом на выходе из соплавого блока на входе в электроразрядную камеру получался состав - 14 СО; "65!о Nz; "16 02, ." 5 Н2. (56) Манн. Злектроразрядные СО-лазеры. РТК, 1976. т,14, М 5, с, 8-31, Солоухин P.È., Фомин M.À. Газадинамические лазеры на смешении. Минск, Наука и техника, 1984, с. 130. (Сост-ль А,Царев). тем, что, с целью повышения экономичности и экологичности лазера, в качестве балластного газа к рабочему газу на выходе иэ .соплового блока подмешивают воздух, охлажденный резким расширением в сверхзвуковых соплах. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени непрерывной работы и снижения массогабаритов лазера, наработку и разогрев рабочего газа, содержащего СО, производят сжиганием топлива в камере сгорания. 2002346 Составитель А, Царев Редактор Т. Лошкарева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М, Кешеля Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Заказ 3176 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101
