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ayant pour objet : Laser chimique à acide chlorhydrique
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La présente invention concerne un laser chimique à acide chlorhydrique.
On connaît un laser de ce type comportant une enceinte de dissociation dans laquelle on injecte un mélange d'hélium et de chlore moléculaire et on crée une décharge électrique pour former dans le mélange des atomes de chlore. Le mélange contenant du chlore atomique traverse une tuyère à la sortie de laquelle est injecté de l'acide iodhydrique qui réagit avec le chlore atomique pour créer de l'acide chlorhydrique excité. Le gaz excité traverse une cavité optique résonnante pour former un faisceau laser. La circulation des gaz de
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l'entrée de la chambre de dissociation à la sortie du laser est provoquée par un système de pompage disposé en aval de la cavité.
Le laser présente l'inconvénient de ne pouvoir être utilisé dans certaines applications, par exemple à bord des avions, car il n'est pas possible de rejeter dans l'atmosphère les gaz d'échappement du laser, à cause de leur forte toxicité.
Dans d'autres lasers chimiques connus, les gaz d'échappement sont absorbés par du calcium. Mais celui-ci exige un chauffage à 4000C environ pour présenter les caractéristiques d'absorption requises, ce qui constitue un inconvénient important.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un laser chimique à acide chlorhydrique, dont les gaz d'échappement sont absorbés par un matériau qui ne nécessite pas de préchauffage.
La présente invention a pour objet un laser chimique à acide chlorhydrique 1/Laser chimique à acide chlorhydrique comportant - au moins deux électrodes opposées (6,8), disposées dans une enceinte de dissociation, - des moyens commandables d'introduction dans l'enceinte de dissociation, d'un gaz initial à base de chlore moléculaire, - un générateur électrique commandable dont les sorties sont respectivement connectées aux deux électrodes, - une tuyère comportant, de son entrée à sa sortie, une partie convergente, un col et une partie divergente, l'entrée de la tuyère étant en communication avec la sortie de l'enceinte de dissociation, - des moyens pour injecter de l'acide iodhydrique à la sortie de la tuyère,
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- une enceinte laser placée à la sortie de la tuyère,
cette enceinte comportant des moyens pour définir une cavité optique résonnante, - un système d'aspiration gazeuse en communication avec la sortie de l'enceinte laser - et un système de déclenchement simultané du générateur électrique, des moyens d'introduction du gaz initial et des moyens d'injection d'acide iodhydrique, caractérisé en ce que le gaz initial étant constitué par du chlore moléculaire pur, l'enceinte laser et l'enceinte de dissociation étant maintenues sous vide avant la mise en marche du système de déclenchement simultané, le système d'aspiration gazeuse est constitué par de la zéolithe disposée dans une chambre sous vide en communication avec la sortie de l'enceinte laser, de sorte que, dès la mise en marche du système de déclenchement simultané,
le chlore moléculaire est introduit dans l'enceinte de dissociation et une décharge électrique est créée entre les électrodes, cette décharge entrainant la formation de chlore atomique, le mélange de chlore atomique et de chlore moléculaire étant aspiré vers l'enceinte laser à travers le col de la tuyère, l'acide iodhydrique étant injecté en aval du col de la tuyère et réagissant avec le chlore atomique pour former de l'acide chlorhydrique excité, les gaz contenant l'acide chlorhydrique excité traversant la cavité optique résonnante perpendiculairement à son axe pour créer un faisceau laser sortant de la cavité, la zéolithe étant en quantité suffisante pour absorber les gaz sortant de l'enceinte laser pendant toute la durée de fonctionnement du laser.
Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux
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dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du laser selon l'invention - et la figure 2 est une vue en coupe suivant un plan II-II de la figure 1.
Sur la figure 1 sont représentés trois tubes isolants 3, 4, 5, par exemple en verre. Une extrémité de chaque tube est reliée à la sortie d'un réservoir de chlore moléculaire 1 par des canalisations à travers une électrovanne 2. Les axes de ces tubes sont parallèles entre eux dans un même plan qui est celui de la figure. Une électrode métallique telle qu'une anode 6 est disposée à l'intérieur du tube à chaque extrémité reliée au réservoir 1. Cette électrode a une forme conique et comporte une fine ouverture axiale calibrée pour permettre l'introduction du chlore dans le tube à une vitesse sonique. Les autres extrémités des tubes aboutissent à l'entrée d'une tuyère 7 et comportent des électrodes de signe opposé, telles que la cathode 8.
Les anodes sont reliées au pelé positif d'un générateur électrique commandable 9 dont le pôle négatif est relié aux cathodes.
Comme il apparait sur la figure 2, la tuyère 7 comporte, de l'entrée à la sortie, une partie convergente 10, un col 11 et une partie divergente 12. Dans un mode de réalisation avantageux, les électrodes 8 sont solidaires de la partie convergente. La section du col 11 de la tuyère à la forme d'un rectangle allongé dont les grands cotés sont disposés parallèlement au plan de la figure 1, de part et d'autre de ce plan, suivant un plan 17 perpendiculaire aux axes des tubes. Des ouvertures 13 traversent la partie divergente 12 de la tuyère.
Ces ouvertures
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peuvent comporter une portion extérieure cylindrique 14 dont l'axe est perpendiculaire au plan de symétrie 15 de la tuyère et une portion intérieure 16 également cylindrique, de plus faible diamètre, dont l'axe est incliné, par rapport à celui de la portion 14, d'un angle faible 28 de l'ordre de 10, dans le sens indiqué sur la figure 2. Les ouvertures 13 sont alignées le long de la tuyère suivant deux droites 18 parallèles à la grande dimension du col de la tuyère 7, de part et d'autre de ce col.
Les ouvertures 13 sont reliées par des canalisations à la sortie d'un réservoir d'acide iodhydrique 24 à ouverture commandable. L'électrovanne 2, le générateur 9 et la commande d'ouverture du réservoir 24 sont électriquement connectés à un circuit de déclenchement 25.
Une enceinte laser 19 est disposée en communication avec la sortie de la tuyère 7. Deux miroirs opposés 20 et 21 sont montés dans l'enceinte 19 pour constituer une cavité optique résonnante dont l'axe 22 est situé dans le plan des axes des tubes 3 à 5, perpendiculairement à ces axes. Le miroir 21 est partiellement transparent. Une chambre 23 contenant de la zéolithe industrielle est disposée en communication avec la sortie de l'enceinte 19. A titre indicatif, la zéolithe peut être du type 200 H vendu par la Société NORTON sous la marque ZEOLON.
Le laser décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante.
Au départ, les volumes internes de la chambre 23, de l'enceinte 19, de la tuyère 7 et des tubes 3 à 5 sont maintenus sous vide.
Lorsqu'on veut mettre en marche le laser, on agit sur le circuit 25 pour simultanément ouvrir la vanne 2, appliquer la tension du générateur 9 sur les électrodes des tubes 3 à 5 et injecter l'acide iodhydrique
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à travers les ouvertures 13. Le réservoir 1 contient du chlore moléculaire pur qui pénètre à une vitesse sonique suivant la flèche 26 dans les tubes 3 à 5 à travers la fine ouverture axiale des électrodes 6. La tension appliquée sur les électrodes provoque la formation d'une décharge longitudinale dans le gaz, entrainant une dissociation partielle du chlore moléculaire. Le gaz formé de chlore atomique et de chlore moléculaire est aspiré vers l'enceinte 19 à travers le col 11 de la tuyère 7 suivant la flèche 27 (figure 2).
L'acide iodhydrique est injecté à travers les ouvertures 13 à la sortie du col de la tuyère, l'inclinaison 28 de l'ouverture interne 16 favorisant son mélange avec le gaz contenant du chlore atomique s'écoulant suivant la flèche 27. Le chlore atomique réagit avec l'acide iodhydrique suivant la réaction
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L'acide chlorhydrique excité traverse la cavité optique résonnante et provoque la formation d'un faisceau laser 29 sortant du miroir 21, ce faisceau ayant une longueur d'onde de 3,8 microns.
Les gaz d'échappement du laser qui comportent du chlore atomique et moléculaire, de l'acide chlorhydrique, de l'acide iodhydrique et de l'iode sont absorbés par la zéolithe. Celle-ci se trouve dans la chambre 23 en quantité suffisante pour absorber les gaz d'échappement pendant toute la durée prévue du fonctionnement du laser.
Il y a lieu de noter que la zéolithe absorbe rapidement ces gaz à la température ambiante (200C) et que sa capacité d'absorption augmente
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lorsque la température descend en dessous de 20 C. L'utilisation de ce matériau procure donc un avantage important par rapport aux dispositifs connus employant du calcium comme matériau absorbant, celui-ci exigeant
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un chauffage à 400 C pour obtenir un pompage suffisamment rapide. La zéolithe saturée peut être régénérée par un chauffage sous vide à 2500C.
L'absorption des gaz d'échappement du laser par la zéolithe exige que les gaz réactifs, et notamment le chlore, soient des gaz purs. En particulier, le chlore ne peut être dilué dans de l'hélium, comme dans le cas des lasers connus..
Pour obtenir une décharge électrique homogène dans du chlore pur, il est nécessaire que les dimensions des tubes soient choisies de façon convenable. Ainsi pour une tension électrique de décharge de 3500 à 4000 volts, le diamètre intérieur des tubes est compris entre deux et cinq centimètres et la distance entre les électrodes le long du tube est comprise entre 10 et 15 centimètres.
A titre indicatif, le diamètre intérieur du tube étant de 3 centimètres, la distance entre les électrodes de 10 centimètres et la tension de décharge électrique de 3500 volts, le débit de chlore dans les tubes est de 12 millimoles par seconde, la pression dans les tubes est comprise entre 10 et 15 torrs, le courant de décharge pour les trois tubes est de 200 à 250 milliampères, le débit d'injection d'acide iodhydrique est de 1,5 à 3 millimoles par seconde, la puissance laser délivrée est de 10 watts, le rendement électrique étant de un pour cent. D'autre part 4 kg de ZEOLON, contenus dans une chambre de volume 5 litres, suffisent pour absorber les gaz d'échappement du laser pendant une durée de fonctionnement de 20 secondes, la pureté des gaz réactifs étant de 99,5%.
Le laser chimique selon la présente invention peut être utilisé comme équipement à bord d'avions.
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having for object: Chemical laser with hydrochloric acid
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The present invention relates to a chemical laser with hydrochloric acid.
A laser of this type is known comprising a dissociation enclosure into which a mixture of helium and molecular chlorine is injected and an electrical discharge is created to form chlorine atoms in the mixture. The mixture containing atomic chlorine passes through a nozzle at the outlet of which is injected hydroiodic acid which reacts with atomic chlorine to create excited hydrochloric acid. The excited gas passes through a resonant optical cavity to form a laser beam. Gas circulation
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the entry of the dissociation chamber at the exit of the laser is caused by a pumping system arranged downstream of the cavity.
The laser has the drawback of not being able to be used in certain applications, for example on board airplanes, because it is not possible to discharge the laser exhaust gases into the atmosphere, because of their high toxicity.
In other known chemical lasers, the exhaust gases are absorbed by calcium. However, this requires heating to about 4000C in order to have the required absorption characteristics, which constitutes a significant drawback.
The present invention aims to overcome these drawbacks and to produce a chemical laser with hydrochloric acid, the exhaust gases of which are absorbed by a material which does not require preheating.
The present invention relates to a chemical laser with hydrochloric acid 1 / Chemical laser with hydrochloric acid comprising - at least two opposite electrodes (6,8), arranged in a dissociation enclosure, - controllable means of introduction into the enclosure of dissociation, of an initial gas based on molecular chlorine, - a controllable electric generator whose outputs are respectively connected to the two electrodes, - a nozzle comprising, from its input to its output, a converging part, a neck and a part divergent, the inlet of the nozzle being in communication with the outlet of the dissociation enclosure, - means for injecting hydroiodic acid at the outlet of the nozzle,
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- a laser enclosure placed at the outlet of the nozzle,
this enclosure comprising means for defining a resonant optical cavity, - a gas suction system in communication with the output of the laser enclosure - and a system for simultaneously triggering the electric generator, means for introducing the initial gas and means of injecting hydroiodic acid, characterized in that the initial gas being constituted by pure molecular chlorine, the laser enclosure and the dissociation enclosure being maintained under vacuum before the starting of the simultaneous triggering system, the gas suction system consists of zeolite placed in a vacuum chamber in communication with the output of the laser enclosure, so that, as soon as the simultaneous triggering system is started,
molecular chlorine is introduced into the dissociation enclosure and an electrical discharge is created between the electrodes, this discharge causing the formation of atomic chlorine, the mixture of atomic chlorine and molecular chlorine being drawn towards the laser enclosure through the neck of the nozzle, the hydroiodic acid being injected downstream from the neck of the nozzle and reacting with atomic chlorine to form excited hydrochloric acid, the gases containing the hydrochloric acid passing through the resonant optical cavity perpendicular to its axis to creating a laser beam leaving the cavity, the zeolite being in sufficient quantity to absorb the gases leaving the laser enclosure during the entire operating time of the laser.
A particular embodiment of the object of the present invention is described below, by way of example, with reference to
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attached drawings in which: - Figure 1 schematically shows an embodiment of the laser according to the invention - and Figure 2 is a sectional view along a plane II-II of Figure 1.
In Figure 1 are shown three insulating tubes 3, 4, 5, for example glass. One end of each tube is connected to the outlet of a molecular chlorine tank 1 by pipes through a solenoid valve 2. The axes of these tubes are mutually parallel in the same plane which is that of the figure. A metal electrode such as an anode 6 is disposed inside the tube at each end connected to the reservoir 1. This electrode has a conical shape and has a fine axial opening calibrated to allow the introduction of chlorine into the tube at a sonic speed. The other ends of the tubes terminate at the inlet of a nozzle 7 and include electrodes of opposite sign, such as the cathode 8.
The anodes are connected to the positive skin of a controllable electric generator 9, the negative pole of which is connected to the cathodes.
As it appears in FIG. 2, the nozzle 7 comprises, from the inlet to the outlet, a converging part 10, a neck 11 and a diverging part 12. In an advantageous embodiment, the electrodes 8 are integral with the part convergent. The section of the neck 11 of the nozzle in the form of an elongated rectangle whose long sides are arranged parallel to the plane of Figure 1, on either side of this plane, along a plane 17 perpendicular to the axes of the tubes. Openings 13 pass through the divergent part 12 of the nozzle.
These openings
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may have a cylindrical outer portion 14 whose axis is perpendicular to the plane of symmetry 15 of the nozzle and an inner portion 16 also cylindrical, of smaller diameter, whose axis is inclined, relative to that of the portion 14, with a small angle 28 of the order of 10, in the direction indicated in FIG. 2. The openings 13 are aligned along the nozzle along two straight lines 18 parallel to the large dimension of the neck of the nozzle 7, and other of this pass.
The openings 13 are connected by pipes to the outlet of a hydroiodic acid tank 24 with controllable opening. The solenoid valve 2, the generator 9 and the tank opening control 24 are electrically connected to a trigger circuit 25.
A laser enclosure 19 is arranged in communication with the outlet of the nozzle 7. Two opposite mirrors 20 and 21 are mounted in the enclosure 19 to form a resonant optical cavity whose axis 22 is located in the plane of the axes of the tubes 3 at 5, perpendicular to these axes. The mirror 21 is partially transparent. A chamber 23 containing industrial zeolite is arranged in communication with the outlet of enclosure 19. As an indication, the zeolite can be of the 200 H type sold by the company NORTON under the brand ZEOLON.
The laser described above operates in the following manner.
At the start, the internal volumes of the chamber 23, of the enclosure 19, of the nozzle 7 and of the tubes 3 to 5 are maintained under vacuum.
When we want to turn on the laser, we act on circuit 25 to simultaneously open valve 2, apply generator voltage 9 to the electrodes of tubes 3 to 5 and inject hydroiodic acid
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through the openings 13. The reservoir 1 contains pure molecular chlorine which penetrates at a sonic speed according to arrow 26 in the tubes 3 to 5 through the fine axial opening of the electrodes 6. The voltage applied to the electrodes causes the formation of 'a longitudinal discharge in the gas, causing a partial dissociation of molecular chlorine. The gas formed from atomic chlorine and molecular chlorine is sucked towards the enclosure 19 through the neck 11 of the nozzle 7 according to arrow 27 (FIG. 2).
The hydroiodic acid is injected through the openings 13 at the outlet of the throat of the nozzle, the inclination 28 of the internal opening 16 promoting its mixing with the gas containing atomic chlorine flowing along the arrow 27. Chlorine atomic reacts with hydroiodic acid according to the reaction
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The excited hydrochloric acid crosses the resonant optical cavity and causes the formation of a laser beam 29 leaving the mirror 21, this beam having a wavelength of 3.8 microns.
Exhaust gases from the laser which include atomic and molecular chlorine, hydrochloric acid, hydroiodic acid and iodine are absorbed by the zeolite. This is located in the chamber 23 in sufficient quantity to absorb the exhaust gases during the entire duration of the operation of the laser.
It should be noted that the zeolite quickly absorbs these gases at room temperature (200C) and that its absorption capacity increases
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when the temperature drops below 20 C. The use of this material therefore provides a significant advantage over known devices employing calcium as an absorbent material, the latter requiring
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heating to 400 ° C. to obtain sufficiently rapid pumping. The saturated zeolite can be regenerated by heating under vacuum to 2500C.
The absorption of laser exhaust gases by the zeolite requires that the reactive gases, and in particular chlorine, be pure gases. In particular, chlorine cannot be diluted in helium, as in the case of known lasers.
To obtain a homogeneous electrical discharge in pure chlorine, it is necessary that the dimensions of the tubes are chosen in a suitable manner. Thus for an electrical discharge voltage of 3500 to 4000 volts, the internal diameter of the tubes is between two and five centimeters and the distance between the electrodes along the tube is between 10 and 15 centimeters.
As an indication, the inside diameter of the tube being 3 centimeters, the distance between the electrodes of 10 centimeters and the electric discharge voltage of 3500 volts, the chlorine flow in the tubes is 12 millimoles per second, the pressure in the tubes is between 10 and 15 torr, the discharge current for the three tubes is 200 to 250 milliamps, the injection rate of hydroiodic acid is 1.5 to 3 millimoles per second, the laser power delivered is 10 watts, the electrical efficiency being one percent. On the other hand, 4 kg of ZEOLON, contained in a chamber with a volume of 5 liters, is sufficient to absorb the exhaust gases from the laser during an operating period of 20 seconds, the purity of the reactive gases being 99.5%.
The chemical laser according to the present invention can be used as equipment on board aircraft.