Publikacje

Chemiczny laser tlenowo-jodowy

Naukowcom z Uniwersytetu Illinois udało się podnieść jakość wykonania i obniżyć koszty eksploatacji Chemicznego Lasera Tlenowo-Jodowego (zwanego COIL od Chemical Oxygen-Iodine Laser). Specjaliści ci twierdzą, że główną możliwością jego wykorzystania będzie rozbiórka starych zabudowań stanowiących pozostałość po przemyśle jądrowym. Inne dziedziny, w których można go stosować to między innymi przemysł samochodowy, stoczniowy i produkcja ciężkiego sprzętu.

David Carroll, naukowiec z grupy badawczej tegoż uniwersytetu, powiedział, "COIL jest w stanie nie tylko szybko ciąć różnorodne materiały, włączając żelazo, stal nierdzewną i beton, ale jego użycie minimalizuje także powstawanie pyłu i dymów, dzięki czemu redukuje się koszty usuwania odpadów. Ponadto zastosowanie zdalnego sterowania na terenach skażonych pozwoliłoby obniżyć ryzyko pracy."

"W przeciwieństwie do większości laserów, poziom mocy COIL można zwiększyć do bardzo dużych wartości (40 kW), a ponieważ długość fali generowanego światła wynosi 1.3 mikrometra, może być ono przesyłane przez światłowód z bardzo niewielkimi stratami. Dzięki temu laser dobrze się nadaje do zastosowań wymagających przesyłania impulsów wysokiej mocy na duże odległości."

Chemiczny Laser Tlenowo-Jodowy po raz pierwszy został skonstruowany w 1977 roku w Laboratorium Broni Sił Powietrznych (Air Force Weapon Laboratory), które stało się w 1997 roku częścią Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych (Air Force Research Laboratory) w bazie lotniczej Kirkland w Nowym Meksyku. Do generowania wiązki wykorzystano wzbudzone atomy (lub molekuły), uzyskane w serii przemian chemicznych. W uproszczeniu można powiedzieć, że w reakcji pomiędzy gazowym chlorem oraz wodnym roztworem nadtlenku wodoru i wodorotlenku potasu (zasadowym nadtlenkiem wodoru) generowany jest stan wzbudzony cząsteczkowego tlenu [O₂(^1delta)]. Produktem ubocznym tej reakcji jest chlorek potasu i ciepło. Parę wodną usuwa się ze strumienia gazów, ponieważ zakłóca ona ich kinetykę. Cząsteczkowy jod jest wstrzykiwany i mieszany ze strumieniem gazu. Pewna część energii tlenu jest zużywana do zdysocjowania jodu na atomy. Transfer energii rezonansu od wzbudzonego tlenu do atomowego jodu powoduje wzbudzenie jodu. Dysza za pomocą gazu buforowego rozpędza początkowy ich strumień do prędkości ponaddźwiękowej, koniecznej do utworzenia obszaru wzmocnienia lasera. Światło wydobywa się ze specjalnej wnęki umieszczonej poprzecznie do kierunku przepływu gazu. Gazy odlotowe są przepłukiwane w celu usunięcia pozostałości chloru i jodu.

Głównym osiągnięciem Carrolla i jego zespołu była zmiana gazu buforowego na azot. "Używając helu jako gazu buforowego w Laboratorium Sił Powietrznych osiągnięto szczytową wydajność chemiczną rzędu 27%", mówi Carroll. "Hel jest jednak stosunkowo drogi, głównym celem naszego programu było zatem pokazanie wysokich wydajności chemicznych uzyskanych podczas stosowania azotu jako gazu buforowego". Wydajność chemiczna azotu wynosi 23%. W ten sposób zredukowano koszt, gdyż azot jest tańszy i mniej się go używa w reakcji.

Charakterystyka Lasera Tlenowo-Jodowego:
Moc:	od 1 do 40 kilowatów
Długość fali:	1.315 mikrometra
Źródło energii:	reakcja chemiczna
Typ działania:	ciągły lub pulsacyjny

ROK	ZDARZENIE
1977	Wynalezienie chemicznego lasera tlenowo-jodowego (COIL).
1982	Prezentacja najsilniejszego na swiecie chemicznego lasera o poddźwiękowej szybkości przepływu gazów.
1984	Prezentacja pierwszego lasera chemicznego z ponaddźwiękową szybkością przepływu gazów.
1984	Opracowanie zwartego generatora tlenowego z rotującym dyskiem. w wyniku współpracy Wojsk Powietrznych i Korporacji TRW .
1984	Korporacja Rockwell na zlecenie Sił Powietrznych opracowuje układ ponaddźwiękowej dyszy mieszającej.
1987-1990	Prezentacja możliwości zwiększenia mocy lasera do 40 kilowatów dzięki zastosowaniu RotoCOIL.
1987	W wyniku zastosowania magnetycznego Q-przełącznika powstaje pulsacyjny laser chemiczny.
1989	Prezentacja podwajania częstości fali ciągłej o dużej mocy (700 watów).
1992	Prezentacja wysokoenergetycznych pulsów COIL, uzyskanych dzięki "magnetic gain switching".

Na podstawie:
Mathew Harkinson 6 sierpnia 1999
http://chemweb.com/alchem/1999/news/nw_990806_laser.html

Air Force Research Laboratory
http://www.de.afrl.af.mil/pa/Factsheets/coil.html

kompilacja i tłumaczenie dla Chemfana: Witold Mozga - mozgaw@rocketmail.com