Химические генераторы синглетного кислорода высокого давления и кислородно-йодные лазеры на их основе

• Автор: Загидуллин, Марсель Вакифович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 199 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Кинетика образования ОгОЛ) в реакции хлорирования щелочного раствора перекиси водорода
1.1. Рабочая среда и процессы, приводящие к генерации ОгОЛ) в реакции хлора с щелочным раствором перекиси водорода
1.2. Кинетика поглощения СЬ раствором Н2О2-Н2О-КОН и выхода ОгОЛ) в газовую фазу
1.3. Кинетика выработки ионов НО2 в растворе
1.4. Экспериментальное исследование кинетики абсорбции хлора раствором Н2О2-
Н2О-КОН и измерение константы скорости реакции СЬ+НО
Глава 2. Струйный генератор ОгОЛ) и его моделирование
2.1. Требования к выходным параметрам генератора ОгОЛ)
2.2. Основные физико-химические процессы в СГСК
2.3. Расчетная модель СГСК
2.4. Результаты расчетов
2.5. Геометрическое и динамическое масштабирование СГСК
2.6. Тепловые эффекты в СГСК
Глава 3. Параметрическое экспериментальное исследование СГСК
3.1. Описание экспериментальной установки СГСК
3.2. Влияние геометрических факторов на выход ОгОЛ) и утилизацию хлора
3.3. Влияние параметров потока хлора на его утилизацию и выход ОгОЛ)
3.4. Влияние параметров потока раствора на утилизацию СЬ и выход ОгОЛ)
3.5. СГСК с давлением кислорода до 100 мм рт.ст
3.6. Содержания паров воды, аэрозоля, температура газа на выходе СГСК, перепад давления на длине реакционной зоны и гидродинамическая устойчивость СГСК
3.7. Транспортировка ОгОЛ) высокого давления
3.8. Калориметрическая калибровка фотодетектора ОгОЛ) и выход ОгОЛ) в реакции хлорирования

Глава 4. Дозвуковой кислородно-йодный лазер с СГСК
4.1. Установка дозвукового химического кислородно-йодного лазера
4.2. Результаты испытаний дозвукового кислородно-йодного лазера со струйным

Глава 5. Высокоэффективный малогабаритный сверхзвуковой кислороднойодный лазер с СГСК высокого давления
5.1. Экспериментальная установка малогабаритного сверхзвукового
ХКИЛ с СГСК высокого давления
5.2. Анализ процессов в газопроточной части СХКИЛ
5.3. Оптимизация расхода буферного газа и параметров
смесительного блока
5.4. Влияние параметров СГСК и первичного буферного газа
азота на выходную мощность лазера
5.5. Сверхзвуковой кислородно-йодный лазер на основе
смешения сверхзвуковых струй
Глава 6. Оптическое насыщение усиления активной среды ХКИЛ
6.1. Уравнения оптического насыщения усиления
кислородно-йодной среды
6.2. Одномерная модель генерации сверхзвукового ХКИЛ с устойчивым резонатором при однородном насыщении линии усиления
6.3. Измерение параметров сверхзвукового потока в резонаторе и интенсивности насыщения при многомодовой генерации СХКИЛ
6.4. Эффективность преобразования энергии в излучение в сверхзвуковом ХКИЛ с
устойчивым резонатором
Заключение
Литература

Введение
Краткий исторический обзор. Создание химического кислородно-йодного лазера в конце 70-ых годов явилось итогом многочисленных попыток создания чисто химического лазера на электронном переходе [1,2]. Реализация химического кислородно-йодного лазера (ХКИЛ) стала возможной благодаря трем основным открытиям, сделанным в 60-е годы.
Во-первых, это создание йодного фотодиссоционного лазера, работающего на переходе тонкой структуры атома йода [3]. Последующие работы по исследованию йодного фотодиссоционного лазера и кинетики его активной среды позволили определить основные спектроскопические постоянные перехода 2Р1/2—>2Рз/2 атома йода [4], вероятности его тушения в газовой фазе [5], коэффициенты ударного уширения [6]. Второй предпосылкой для создания ХКИЛ было открытие диссоциации молекулярного йода в присутствии синглетного кислорода 02('А) [7]. В этой же работе было впервые высказано предположение о возможности резонансной передачи электронной энергии от 02('Д) к атому йода. Затем последовала серия работ [8,9,10,11], в которых была исследована кинетика основных процессов в кислородно-йодной смеси. В этих работах было показано, что передача энергии с 02('Д) на атом йода и обратная передача энергии идут с константами скоростей близкими к газокинетическим (« 1010 см3/с). Кроме того, в них было доказано, что желто-зеленое свечение молекулярного йода (переход Ь(В->Х) и диссоциация молекул йода идет по механизму ступенчатого возбуждения молекул йода синглетным кислородом. Диссоциация 12 в присутствии Ог('Д) создавала благоприятные условия для наработки атомов йода в активной среде без внешних источников энергии. Резонансная передача электронной энергии с 02('Д) на атом йода
1(2Рз/г) + 02(‘Д) 1(2Рш) + О2(32)+402°К (1)
играет роль накачки рабочего лазерного уровня в ХКИЛ. Обратная передача энергии играет роль “тушения” верхнего лазерного уровня
1(2Рш) + 02(3£Н 1(2Рз/2) + 02(1Д), (2)
при которой, однако, число электронновозбуждённых частиц не изменяется.

высокая скорость поверхности раствора в ГСК или её быстрое гидродинамическое обновление.
1.4. Экспериментальное исследование кинетики абсорбции хлора раствором Н202-Н20-КОН и измерение константы скорости реакции С12+Н02
Поскольку вероятность прилипания хлора к раствору и константа скорости реакции Кд играют определяющую роль в скорости абсорбции хлора, значении вероятности выхода Ог('А) из раствора и скорости истощения Н02 ,
оценка значений этих величин весьма важна для проектирования СГСК высокого давления. Действительно, поглощение хлора раствором будет происходить одновременно с тушением Ог(1А) , выделяющимся из раствора. Чем выше можно будет обеспечить скорость абсорбции хлора, тем большее давление 02('Д) можно будет получить в газе.
Первая оценка величины константы скорости реакции (1.13) была сделана в работе [75]. Если быть более точным, была измерена константа скорости реакции
СЬ+ОЫ-СЮН+СГ (1.40), равная К(273°К)®4х107М-1сек-1, что значительно отличается от ранее общепринятого значения ЮМ-'с1 [76]. Тем не менее, считая ОН- и Н02 близкими между собой по способности вступать в реакцию с СЬ, это значение было использовано для оценки величины константы скорости реакции (1.13). Основная ошибка в занижении константы скорости реакции в работе [75] связана
с недооценкой истощения поверхности раствора ионами ОН-. В работе [77] была предпринята попытка прямого измерения константы скорости (1.13) при поглощении хлора поверхностью одиночной ламинарной струи, в интервале температур раствора 1,8т8,9°С. Полученная оценка величины константы скорости Кд»1.26х105М-|сек-1 никак не могла объяснить наблюдаемый высокий выход 02('А) в экспериментах по ГСК. Более аккуратная обработка тех же самых результатов измерений позволила авторам этой работы поднять оценку Кд до 8.7х105 М-'сек-'[78]. Однако есть все основания считать эту оценку константы