УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО КИСЛОРОДНО-ЙОДНОГО ЛАЗЕРА (ХКИЛ)

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к химическим кислородно-йодным лазерам, а также может быть использовано в химической промышленности. Химический кислородно-йодный лазер (ХКИЛ) способен генерировать мощное световое излучение. Поэтому он может решать комплекс различных задач. Излучение генерируется за счет взаимодействия в резонаторе синглетного дельта-кислорода и газообразного йода. Йод возбуждает молекулы синглетного кислорода и в оптическом резонаторе возникает лазерное излучение с длиной волны 1.315 мкм
Из предшествующего уровня техники известен ряд решений по получению йода его испарением. Патентом (RU 2204188) предложена конструкция для генерирования йода разогревом его кристаллов в корпусе, в котором установлены нагревательные элементы. А несущий газ проходит вдоль поверхности испарения разогретого кристаллического йода. В патенте США 4434492 предложен вариант испарения йода, кристаллы которого размещены в камере со стеклом и с излучаемой тепло лампой. Излучение лампы разогревает кристаллический йод, а поступающий в камеру газовый поток увлекает за собой пары йода и поступает в инжектор. Существует способ получения йодсодержащего газа (патент RU 2242827) в камере, в которой кристаллический йод размещен на ее внутренней поверхности, в виде предварительно сформированной оболочки. Изменяя интенсивность инфракрасного излучателя, достигается заданная концентрация йода в йодсодержащем газе. Патентом (RU 2239923) также предложено испарять кристаллический йод электрическим нагревом основной и дополнительной камеры, поверхности которых покрыты стеклоэмалью. Но во всех способах время нагрева установки составляет не менее 30 минут. Как показал анализ - все предложения по получению йодсодержащего газа трудоемки и, соответственно, затратны и не обеспечивают постоянной готовности лазера к работе. Это все является серьезными недостатками всей системы ИКИЛ.
Для поддержания химического кислород-йодного лазера (ХКИЛ) в постоянной готовности к работе и с целью избежать вышеуказанных недостатков предложено использовать для генерирования йода и его подачи в резонатор йодсодержащий пиротехнический состав. Такое решение известно по патенту (US 6714570 B1) США. В предлагаемой в патенте системе генерации и подаче молекулярного йода в резонатор лазера, используется метод получения йодсодержащего газа, образующегося при горении твердого топлива, содержащего соединения йода и окислителя. Также соединения йода могут содержаться и в окислителе или сразу в обеих компонентах. Для этого формируются три различных пиротехнических состава: разогревающий, йодообразующий, очистительный. И они в обратной последовательности размещаются в емкости-картридже. При горении разогревающего состава выделяется тепло, которого хватает на запуск йодообразующего пиротехнического заряда и на прогрев коммуникаций. Йодообразующий заряд при горении генерирует атомарный йод, затем поджигается очистительный состав, продукты которого очищают тракт подачи и охлаждают йод до молекулярного состояния. Авторами описаны смеси твердых топлив и окислителей, которые позволяют получить высокие концентрации молекулярного йода, но они вынуждены использовать не только горючее и окислитель при стехиометрическом соотношении, но и дополнительные компоненты для снижения температуры получаемого атомарного йода для его перехода в молекулярный. Так как именно молекулярный йод используется в ХКИЛ. Не смотря на то, что и дополнительные компоненты содержат йод и повышают его содержание в генерируемом газе, вся пиротехническая система становится более сложной и, исходя из предлагаемых веществ, достаточно дорогой.
Также известно устройство для генерирования молекулярного йода в комплексе с йодидом калия (патент RU 101614). В данном устройстве используется корпус, в котором размещен пиротехнический состав и емкости с кристаллическим йодом. Пиротехнический состав инициируется электрическим импульсом, горит и выделенным теплом разогревает емкость с кристаллическим йодом, переводя его в газовую фазу. Описанное устройство решает задачу быстрого, не более 2 минут с момента подачи электрического импульса генерирования молекулярного йода. Это устройство и взято за прототип. Однако оно генерирует не только молекулярный йод, но и йодид калия, а также аэрозоль, состоящий из газовой и твердой фаз. Наличие этих компонентов снижает чистоту и концентрацию молекулярного йода, что является существенным недостатком при использовании данного генератора в качестве генерирующего устройства для ХКИЛ. Задача, на которую направлено заявленное техническое решение заключается в быстром, не более 2 минут от подачи пускового электрического импульса, генерировании молекулярного йода с концентрацией 100% для ХКИЛ. Предлагается (Рис. 1.) генерирующее устройство, которое обеспечивает быстрый выход на режим, подачу молекулярного йода и его химическую чистоту. Результат достигается изменением конструкции прототипа таким образом, чтобы молекулярный йод подавался раздельно от генерируемого пиротехническим составом аэрозоля. Для этого емкость с кристаллическим йодом 3 устанавливается открытым отверстием непосредственно в газгольдер 2, а корпус генератора располагается внутри камеры отходящего аэрозоля 6. При подаче электрического импульса на узел пуска 5, происходит инициирование пиротехнического состава 4, который горит с температурой более 1200°C в течение 20-30 секунд. Пиротехнический состав берется из числа разработанных и выпускаемых по ТУ4854-002-46779247-98. Генерируемое пиротехническим составом тепло разогревает емкость с кристаллическим йодом. Йод под действием температуры переходит в газовое состояние и учитывая, что длительность температурного импульса достаточно короткая, то он не перегревается и остается в молекулярном виде. Поступивший в газгольдер 2 молекулярный йод инжектируется в устройство смешения 1 газом - носителем (аргон, азот, или углекислый газ). А продукты горения пиротехнического состава направляются из камеры отходящего аэрозоля 6 на утилизацию и разделение. Изменением массы кристаллического йода в емкости 3 можно регулировать объем газообразной фазы. Также можно изменять габариты самого генератора и массу пиротехнического состава. Таким образом достигается следующий технический результат: предлагаемое устройство позволяет быстро, не более 2 минут, вывести химический кислородно-йодный лазер в рабочий режим. Имеется возможность менять объем генерируемого молекулярного йода, при концентрации 100%. Габариты и конструкция генератора молекулярного йода позволяют практически сразу заменить отработавшее изделие на заряженное. Тем самым обеспечить постоянную готовность ХКИЛ к работе.