УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ Российский патент 1996 года по МПК H01S3/08 B01D59/34 

Описание патента на изобретение RU2056682C1

Изобретение относится к квантовой электронике.

Известно, что под действием излучения импульсного СО2-лазера молекулы многих соединений способны диссоциировать с высокой изотопической селективностью [1] Это явление можно использовать для создания технологии лазерного разделения изотопов углерода. Для эффективной диссоциации молекул требуется плотность энергии лазерного излучения 5-10 Дж/см2 за один импульс. Частота следования импульсов и средняя мощность установки обычно лимитируются лучевой прочностью материала разделительного окна лазерной камеры. В качестве разделительных окон обычно используются плоскопараллельные пластины из NaCl или ZnSe, расположенные под углом Брюстера к оси лазерного луча.

Принципиальным решением проблемы является использование газодинамического окна. Однако это устройство требует для своей работы расхода большого количества энергии и гелия. Использование этого устройства может быть оправдано лишь для особо мощных лазерных установок.

Другим решением этой проблемы являются уменьшение плотности энергии лазерного излучения в области разделительного окна лазерной камеры и фокусировка излучения внутрь фотохимического реактора.

Прототипом предлагаемого технического решения является устройство [2] включающее лазер и реактор. Линза фокусирует излучение лазера внутрь реактора. В реакторе расположено металлическое зеркало. Газ непрерывно прокачивается через реактор. Эффективная диссоциация молекул происходит в области каустики линзы.

Существенный недостаток данного устройства состоит в том, что здесь используется одночастотное лазерное излучение. В то же время известно, что эффективность многофотонной диссоциации значительно возрастает при использовании двухчастотного излучения [3]
Техническим результатом изобретения является увеличение производительности установки лазерного разделения изотопов путем осуществления двухчастотного режима диссоциации молекул.

Этот результат достигается тем, что на пути луча дополнительной частоты, выходящего из реактора и отраженного дифракционной решеткой в первый порядок, установлено металлическое зеркало, которое позволяет получать двухчастотную генерацию в лазере [4]
Схема предложенного устройства представлена на чертеже.

Устройство включает лазерную камеру 1 и реактор 2. В лазерной камере расположена дифракционная решетка 3. В реакторе расположено металлическое зеркало 4 с радиусом кривизны R=-1- -5 м. Фокусирующая линза 5 с фокусным расстоянием f= 1-5м является разделительным окном между лазерной камерой и реактором. Реактор расположен в области каустики излучения лазера, и через него прокачивается смесь диссоциирующего соединения, например СF2HCl с буферным газом, азотом или сухим воздухом. Газовая смесь разделяется в криогенном сепараторе 6, oчищенный буферный газ вновь подается в реактор и служит для предотвращения диффузии молекул исходного вещества и продуктов его диссоциации к линзе 5 и зеркалу 4 и устраняет непроизводительные потери лазерного излучения на поглощение вне каустики излучения. Дополнительное зеркало 7 может быть установлено внутри СО2-лазерной камеры рядом с линзой. Оно обращено в сторону дифракционной решетки и размещено в первом порядке ее отражения для дополнительной частоты. Прямой резонатор лазера, образованный решеткой 3, линзой 5 и зеркалом 4, обычно настраивают на одну из длинноволновых линий генерации 9Р(26)-10R(20). Зигзагообразный резонатор, образованный зеркалом 7, решеткой 3, линзой 5 и зеркалом 4 настраивают на одну из коротковолновых линий генерации 9R(12)-9P(24). Поглощающий излучение газ в реакторе играет роль пассивного затвора и стабилизирует двухчастотную генерацию, развивающуюся в режиме конкуренции частот. Задержка между импульсами излучения разной частоты минимальна (50нс), что весьма благоприятно для многофотонной диссоциации молекул. С помощью предложенного устройства удается получить с высоким КПД устойчивую двухчастотную генерацию для ряда комбинаций линий.

Экспериментальная проверка предложенного технического решения проводилась с использованием плосковыпуклой линзы из NaCl c фокусным расстоянием f=2 м. Реактор длиной 60 см располагался в каустике излучения. Медное зеркало 4 с радиусом кривизны R=-2,5 м располагалось внутри реактора на расстоянии 380 см от линзы. Дополнительное медное зеркало 7 с радиусом кривизны R=-15 м располагалось внутри СО2-лазерной камеры рядом с линзой. Прямой резонатор (3-5-4) настраивался на линию генерации 10R(26). Зигзагообразный резонатор (7-3-5-4) настраивался на линию 9Р(12). Давление диссоциирующего соединения (CF2HCl) в реакторе составляло 30 мм рт. ст. давление буферного газа (азота)-30 мм рт.ст.Проводилось сравнение производительности установки в режиме двухчастотной диссоциации с режимом одночастотной диссоциации, когда лазер был настроен на линию 9Р(20).

Установлено, что при использовании устройства, эквивалентного фиг. 2, производительность установки оказалась выше в 1,8 раза при том же энерговкладе в лазерную смесь, чем при работе в режиме одночастотной диссоциации.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить производительность установки лазерного разделения изотопов углерода.

Похожие патенты RU2056682C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА 1993
  • Кузьменко Владимир Александрович
RU2056681C1
Устройство для лазерного разделения изотопов 1989
  • Кузьменко В.А.
SU1624756A1
СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТОПА С-13 2002
  • Кузьменко В.А.
RU2212271C1
СПОСОБ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЛАЗЕРНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПА С-13 2002
  • Кузьменко В.А.
RU2228215C2
Двухчастотный импульсный @ -лазер 1984
  • Кузьменко Владимир Александрович
SU1247981A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПА C 1998
  • Астахов А.В.
  • Барабанщиков А.А.
  • Баранов Г.А.
  • Баранов В.Ю.
  • Глухих В.А.
  • Годисов О.Н.
  • Дядькин А.П.
  • Зинченко А.К.
  • Калитеевский А.К.
  • Кучинский А.А.
  • Летохов В.С.
  • Пигульский С.В.
  • Рябов Е.А.
  • Соколов Е.Н.
  • Федичев С.В.
  • Шевченко Ю.И.
  • Кузьменко В.А.
RU2144421C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО ИЗОТОПА С (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Астахов А.В.
  • Баранов Г.А.
  • Баранов В.Ю.
  • Дядькин А.П.
  • Зинченко А.К.
  • Корецкий Я.П.
  • Кузьменко В.П.
  • Пигульский С.В.
  • Шапаренко В.Л.
RU2180870C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ФОТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 1987
  • Аватков О.Н.
  • Ананьев Ю.А.
  • Астахов А.В.
  • Баранов Г.А.
  • Баранов В.Ю.
  • Бахтадзе А.Б.
  • Вецко В.М.
  • Казаков С.А.
  • Ефремов Ю.В.
  • Зинченко А.К.
  • Кудзиев А.Г.
  • Перегудов В.Г.
  • Рябов Е.А.
  • Скрипченко А.И.
  • Шевченко Ю.И.
SU1522525A1
МИКРОЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Сычугов В.А.
  • Васильев С.В.
RU2182739C2
Способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа углерода С лазерным методом 2019
  • Лаптев Владимир Борисович
  • Пигульский Сергей Викторович
RU2712592C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 056 682 C1

Реферат патента 1996 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

Использование: в лазерной технике. Сущность изобретения: устройство для двухчастотного лазерного разделения изотопов включает CO2 - лазерную камеру с дифракционной решеткой, фотохимический реактор с металлическим зеркалом и криогенным сепаратором, фокусирующую линзу. Для увеличения производительности установки линза выполнена в виде разделительного окна между лазерной камерой и реактором. В лазерной камере расположено дополнительное металлическое зеркало. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 056 682 C1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ, включающее CO2-лазерную камеру с дифракционной решеткой, фотохимический реактор с металлическим зеркалом и криогенным сепаратором, фокусирующую линзу, отличающееся тем, что фокусирующая линза выполнена в виде разделительного окна между лазерной камерой и реактором, а на пути прохождения лазерного луча дополнительной частоты, выходящего из реактора и отраженного дифракционной решеткой в первый порядок, установлено дополнительное металлическое зеркало.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2056682C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Летохов В.С
Успехи физических наук, 1986
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
1971
SU417327A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Евсеев А.В
и др
Прибор для нагревания перетягиваемых бандажей подвижного состава 1917
  • Колоницкий Е.А.
SU15A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Кузьменко В.А
Квантовая электроника, N 13, 2545, 1986.

RU 2 056 682 C1

Авторы

Кузьменко Владимир Александрович

Даты

1996-03-20Публикация

1993-03-24Подача