N~3 Z2Z~4 Laser chimique à ac_de chlorhydrique La présente invention concerne un ;aser chimique a acide chlorhy-drique.
On connalt un laser de ce type comportant une ence nte de dissocia-tion dans laquelle on injecte un mélange d'hélium et de chlore molécu-laire et on crée une décharge électrique pour ~ormer dans le mPlange des atomes de chlore. Le mélan~e contenant du chlore atomique traverse une tuyère à la sortie de laquelle est injecté de l'acide iodhydrique qu réagit avec le chlore atomique pour creer de l'acide chlorhydrlque excité. Le gaz excité traverse une cavite optique résonnante pour former un fai~ceau laser. La circulation de~ gaz de l'entrée de la chambre de di~sociation à la ~ortie du laser est provoquée par un ~yst~me de pompa~e disposé en aval de la cavité.
Le laser présente l'inconvénient de ne pouvoir être utilisé dan~
certaines applications, par exemple à bord des avions, car il n'est pas possible de rejeter dans l'atmosphère les g2Z d'échappe~ent du la~er, cause de leur ~orte toxicité.
Dans d'autres lasers chimiques connus, les gaz d'échappement sont absorbés par du calcium. Mais celui-ci exige un chau~fage à 400C environ pour présenter les caractérist ques d'absorption requises, ce qui constitue un inconvénient important.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvPnients et de réaliser un laser chimique à acide chlorhydrique, dont les ~az d'échap-pement sont ab~orbés par un matQriau qui ne nécessite pas de préchauf-~age.
La présente inventicn a pour objet un laser chimique à acide chlo-rhydrique comportant - au moins deux électrodes opposées, disposées dans une enceinte de dissociation, - des moyens comm.andable3 ~'-nt-oduction dans l'enceinte de dissocia-tion, d'un ga7 initial à base de ^hlore moléculaire, - _n générateur -lectrique co~m~ndable dont les sorties sont respective-~er.t connectées aux deux Plectrode2, - une tuyPre comportant, de son en~rQe à sa sortie, une part e conver-gente, un col et une partie divergenteS l'er.trée de la ~uyèrQ etant en co~munication avec la sortie de l'enceinte d3 dissociation, ~,`` N ~ 3 Z2Z ~ 4 Chemical laser with hydrochloric acid The present invention relates to a chemical ascher with chlorhy-drique.
We know a laser of this type comprising a dissociating nte-tion in which a mixture of helium and molecular chlorine is injected laire and we create an electric shock to ~ ormer in the mPlange of chlorine atoms. The melan ~ e containing atomic chlorine crosses a nozzle at the outlet of which hydroiodic acid is injected which reacts with atomic chlorine to create hydrochloric acid excited. The excited gas passes through a resonant optical cavity to form a weak laser. The circulation of ~ gas from the entrance to the chamber di ~ sociation at the ~ nettle of the laser is caused by a ~ yst ~ me of pompa ~ e 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 release into the atmosphere the escape g2Z ~ ent of the ~ er, because of their ~ high toxicity.
In other known chemical lasers, the exhaust gases are absorbed by calcium. But this requires a heating at around 400C
to present the required absorption characteristics, which is a significant drawback.
The object of the present invention is to overcome these drawbacks and to make a chemical hydrochloric acid laser, including the ~ az of escape pement are ab ~ orbited by a material which does not require preheating-~ age.
The present invention relates to a chemical laser with chloric acid.
hydric comprising - at least two opposite electrodes, placed in an enclosure of dissociation, - means comm.andable3 ~ '-nt-oduction in the enclosure of dissocia-tion, of an initial ga7 based on molecular chlorine, - _n generator - electric co ~ m ~ ndable whose outputs are respective-~ er.t connected to the two Plectrode2, - a nozzle comprising, in its ~ rQe at its outlet, a convergent part gente, a collar and a divergent partS the er.trée of the ~ uyèrQ being in communication with the output of the d3 dissociation enclosure, ~, ``
- 2 - i~GZ~044 - des moy~sns pour injecter de l'acide iodhydrique ~ la sortis de la tuyère, - une enceinte laser placée ` la sortie de la tuyère, cette enceinte comportant des moyens pour définir une cavité optique ré~onnante, - un système dia~piration gazeuse en communication avec la sortie de l'enceinte laser - et un sy3tème de déclenchement simultané du générateur électrique, des moyens d~introduction du gaz initial et de~ ~oyen3 d~injection d~aci~e iodhydrique, caractéri~é 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 daclenchement ~imultané, le système d'a~piration gazeuse est constitué par de la zéo-lithe disposée dans une chambre sous vide en communication avec la sortie de l'enceinte l~ser, de sorte que, dès la mi~e en marche du système de déclenchement simultané, le chlore moléculaire est introduit dans l'en-ceinte de dissoci~tion et ure décharge électrique est crése entre les électrodes, cette décharge entrainant la format on 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, leq 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 le~ gaz sortant de l'enceinte la~er pendant toute la durée de fonctionnement du laser.
Une forme ?ar~iculière d'exécution de l'objet de la prosente invention est décrite ci-dessous, ` titre d'exemple, en ré~rence ~ux dessin3 annexé~ dans lesquels :
- la figure l repr~sente schématiquemert un mode de rsallsa~ion du laser selon l'invention - et la figure ~ est une vue en coupe suiv~nt un ?lan IT-TI de la figurs 1.
Sur la figure l scnt re?rssentés tro- 3 tubes isolants 3, ", ~, ?ar exemple en verre. Une extr~mité de chaque tube est reliée ` la sortie d'un réservoir de chlore mol-culairs 1 ?ar des canalis2tions -~ ~rave-s 1222~
une électrovanne 2. Les axes de ce3 tubes sont parallèles entre eux dans un même plan qui est celui de la figure. Une électrode métallique telle qu'une anode 6 est di~po~ée à l'intérieur du tube Q chaque -extrémité
reliée au réservoir 1. Cette électrode a une ~orme conique et comporte une fine ouverture axiale calibrée pour ?ermettre l'introduct on du chlore dans le tube à une vitesse sonique. Les autres extr~mités des tubes aboutissent à l'entrée d'une tuyère 7 et comportent deq électrodes - de signe opposé, telles que la cathode 8. Les anodes sont reli-es au pôle positi~ d'un générateur électrique commandable 9 dont le pôle négati~
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 t2. Dans un mode de réalisation avanta~eux, les électrodes 8 sont solidaire~ de la partie convergente. La section du col 11 de la tuyère à la ~orme d'un rectangle allongé dont les srand3 côtas sont disposé~ parallèlement au plan de la ~igure 1, de part et d'autre de ce plan, suivant un plan 17 perpendiculaire aux axes des tubes. Des ouver-tures t3 traversent la partie divergente 12 de la tuyère. Ces ouvertures peuvent comporter une portion extérieure cylindrique 14 dont l'axe est perpendiculaire au plan de s~métrie 15 de la tuyère et une ?ortion intérieure 16 également cylindrique, de plus ~aible diamètre, dont l'axe est incliné, par rapp~rt à celui de la portion 14, d'un angle faible 28 de l'ordre de 10, dans le sens indiqué sur la ~igure 2. Las ouvertures 13 sont alignées le long de la tuyere 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 réqervoir d'acide iodhydrique 24 à ouverture commandable. L'élec-trovanne 2, le générateur 9 et la commande d'ouverture du r~servoir 2 sont électriquement connectés à un circuit de déclenchement 25.
Une enceinte laser 19 est disposée en communication avec la sor~ie de la tuy~re 7. Deux miroirs opposés 20 et 21 sont montés dans l'enceir.te 19 ?our constituer une cavité optique resonnante dont l'~e 22 est s ~ué
dans le ?lan des axes des tubes 3 à 5, Derpendiculairement à ces axes. Le D' roir 21 est 3ar~ie lement tr~nsparent. ~ne chambre 23 contenant de ~22204~
la zéolithe industrielle est disposée en co~munication avec la sortie de l'enceinte 19. A titre indicatif, la zéolithe peut etre du type 200 vendu par la Société NORTON sous la marque ZEOLON.
Le laser décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante.
Au départ, les volume3 internes de la chambr~ 23, de ]'enceinte 19, de la tuyère 7 et des tubes 3 à 5 sont maintenus 30US vide.
Lorsqu'on veut mettre en marche le laser, on agit sur le circuit 25 pour simultanément ouvrir la vanne 2, a?pliquer la tension du généra-teur 9 sur les électrodes des tubes 3 à 5 et injecter l'acide iodhydrique à traver~ les ouvertures 13. Le réservoir 1 contient du chlore molécu-laire 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 5. La ten~ion appliquée ~ur les électrodes provoque la formation d'une décharge longitudinale dans le gaz, entrainant une dissociation partielle du chlore moléculaire. Le gaz for~é de chlore atomique et de chlore mo7éculaire est aspiré vers l'enceinte 19 a traver~ 19 col 11 de la tu~ère 7 3uivant la flèche 27 (~igure 2).
L'acide iodhydriqus est in~ecté à t.avers les ouvertures 13 à la ~ortie du col de la tuyère, l'inclinaison 28 de l'ouverture interne 16 favori~ant son mélan~e avec le gaz contenant du chlore atomique s'~cou-lant suivant la ~lèche 27. Le chlore atomique réagit avec l'acide iodhy-drique suivant la réaction Cl + HI = H Cl + I
L'acide chlorhydrique excité traverse la cavité optique résonnante et ?rovoque 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 iodh-ydrique et de l'iode sont absorbés ?ar la zéolithe. Celle-ci se trouve dans la ch.æm-bre 23 en quantité su~fisante ?our absorber les 3az d'échappement pen-dant toute la durée ~révue du fonctionnement du laser.
Il y a l~eu de noter que la zéolithe absorbe r~pidement C9S gaz ~
'a température ambiante (20C) et que sa capacite d'absor?tion aug~ente l `
~Z220~4 lorsque la température descend en dessou3 de 20~. L'utilisation de ce matériau procure donc un avantage imDortant par rapport aux dispositifs connus employant du calcium comme matériau absorbant, celui-ci exigeant un chauf~age à 400C pour obtenir un pompage su~isamm0nt rapide. La zéolithe qaturée peu~ être régénérée par un chauf~age sous vide a 250C.
L'ab30rption des gaz d'échappement du laser par la zéoLithe exige que le3 gaz roacti~3, et notamment le chlore, ~,oient des gaz purs. ~n particulier, le chlore ne peut être dilué dans de l'hélium, comme dans le ca~ des laser~ connus. .
Pour obtenir une décharge électrique homogène dans du chlore pur, -il est nécessaire que les dimen~ions des tube~ soient choisies de ~çon 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 le3 électrodes le long du tube est compri3e entre 10 et 15 centimètres.
A titre indicatif, le diamètre intérieur du tube étant de 3 centi-mètres, la distance entre les électrodes de 10 centimètres et la tension de décharge électrique de 3500 volts, le débit de chlore dans leq tubes est de 12 millimole3 par 3econde, la pre3sion 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 pui3sance laser délivrée est de 10 watts, le rendement électrique étant de un pour cent. D'autre part 4 kg de Z30LON, contenus dans une chambre de volume 5 litre~" suffisent pour 2bsorber le~, gaz d'échappement du laser pendant une dur~e de fonctionne-ment de 20 seconde3, la pureté de3 gaz réacti~s étant de 99,5~.
Le laser chimique selon la présente invention peut être utilisé
comme équipement à bord d'avions.
3o - 2 - i ~ GZ ~ 044 - Moy ~ sns for injecting hydroiodic acid ~ out of the nozzle, - a laser enclosure placed at the outlet of the nozzle, this enclosure comprising means for defining an optical cavity ré ~ onnante, - a gas dia ~ piration system in communication with the outlet of the laser speaker - and a system for simultaneously triggering the electric generator, means for the introduction of the initial gas and for the injection of steel hydroiodic, caractéri ~ é in that the initial gas being constituted by chlorine pure molecular, the laser enclosure and the dissociation enclosure being maintained under vacuum before switching on the trigger system ~ simultaneous, the gas apiration system consists of zeo-lithe arranged in a vacuum chamber in communication with the outlet of the enclosure l ~ ser, so that, from mid ~ e on the system of simultaneous activation, molecular chlorine is introduced into the dissociation girdle ~ ure and electrical discharge is created between the electrodes, this discharge causing the on format of atomic chlorine, the mixture of atomic chlorine and molecular chlorine being drawn towards the laser enclosure through the nozzle neck, hydroiodic acid being injected downstream of the nozzle neck and reacting with chlorine atomic to form excited hydrochloric acid, the gas containing excited hydrochloric acid passing through the resonant optical cavity perpendicular to its axis to create a laser beam coming out of the cavity, the zeolite being in sufficient quantity to absorb the ~ gas leaving the enclosure the er during the entire operating time of the laser.
An ar? Icular form of execution of the object of the prosente invention is described below, by way of example, in re ~ rence ~ ux drawing3 attached ~ in which:
- Figure l shows ~ schematically a mode of rsallsa ~ ion of the laser according to the invention - And Figure ~ is a sectional view followed ~ nt an IT-TI lan of the figures 1.
In Figure l scnt re? Rssentés tro- 3 insulating tubes 3, ", ~,? Ar glass example. One end of each tube is connected to the outlet of a mol-culairs chlorine tank 1? ar des canalis2tions - ~ ~ rave-s 1222 ~
a solenoid valve 2. The axes of ce3 tubes are parallel to each other in the same plane which is that of the figure. A metal electrode such an anode 6 is di ~ po ~ ée inside the tube Q each end connected to reservoir 1. This electrode has a conical shape and has a fine axial opening calibrated to allow the introduction of the chlorine in the tube at a sonic speed. The other ends of the tubes lead to the inlet of a nozzle 7 and have two electrodes - of opposite sign, such as the cathode 8. The anodes are connected to the pole positi ~ of a controllable electric generator 9 whose negative pole ~
is connected to the cathodes.
As it appears in FIG. 2, the nozzle 7 comprises, from entry to exit, a converging part 10, a neck 11 and a part divergent t2. In one embodiment before them, the electrodes 8 are integral with the converging part. The section of pass 11 of the nozzle to the ~ elm of an elongated rectangle whose srand3 cotas are arranged ~ parallel to the plane of ~ igure 1, on either side of this plane, along a plane 17 perpendicular to the axes of the tubes. Openings tures t3 cross the divergent part 12 of the nozzle. These openings may include a cylindrical outer portion 14 whose axis is perpendicular to the plane of s ~ metry 15 of the nozzle and a? ortion inner 16 also cylindrical, plus ~ small diameter, whose axis is inclined, by rapp ~ rt to that of the portion 14, by a small angle 28 of the order of 10, in the direction indicated on ~ igure 2. Las openings 13 are aligned along the nozzle along two straight lines 18 parallel to the large dimension of the neck of the nozzle 7, on either side of this collar.
-The openings 13 are connected by pipes to the outlet a hydroiodic acid container 24 with controllable opening. The elect valve 2, the generator 9 and the command to open the tank 2 are electrically connected to a trigger circuit 25.
A laser enclosure 19 is arranged in communication with the outlet.
of the re ~ 7. Two opposite mirrors 20 and 21 are mounted in the enclosure.
19? Our constitute a resonant optical cavity whose ~ e 22 is s ~ ué
in the axis axis of tubes 3 to 5, specific to these axes. The To laugh 21 is 3ar ~ ie slightly trsnparent. ~ no chamber 23 containing ~ 22204 ~
the industrial zeolite is arranged in co ~ munication with the outlet of enclosure 19. As an indication, the zeolite may be of the 200 type sold by NORTON under the brand ZEOLON.
The laser described above operates in the following manner.
At the start, the internal volume3 of the chamber ~ 23, from the enclosure 19, of the nozzle 7 and the tubes 3 to 5 are kept empty 30US.
When we want to turn on the laser, we act on circuit 25 to simultaneously open valve 2, apply the voltage of the generator 9 on the electrodes of tubes 3 to 5 and inject the hydroiodic acid to cross ~ openings 13. Reservoir 1 contains molecular chlorine pure air which penetrates at a sonic speed according to arrow 26 in the tubes 3 to 5 through the fine axial opening of the electrodes 5. The ten ~ ion applied ~ ur the electrodes causes the formation of a longitudinal discharge in the gas, causing dissociation partial molecular chlorine. Gas for ~ ed of atomic chlorine and mo7ecular chlorine is sucked towards the enclosure 19 to cross ~ 19 col 11 of the tu ~ era 7 3uivant arrow 27 (~ igure 2).
The iodhydriqus acid is in ~ ected at t.avers the openings 13 to the ~ nettle from the nozzle neck, the inclination 28 of the internal opening 16 favorite ~ ant his melan ~ e with the gas containing atomic chlorine s ~ cou-lant following ~ licks 27. Atomic chlorine reacts with iodhy acid-drique according to the reaction Cl + HI = H Cl + I
Excited hydrochloric acid passes through the resonant optical cavity and revokes 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 contain atomic chlorine and molecular, hydrochloric acid, iodh-ydric acid and iodine are absorbed by the zeolite. This is found in ch.æm-bre 23 in sufficient quantity to absorb the exhaust exhaust 3az for the duration ~ review of the operation of the laser.
There were ~ noted that the zeolite quickly absorbs C9S gas ~
at room temperature (20C) and its absorption capacity increases l `
~ Z220 ~ 4 when the temperature drops below 20 ~. The use of this material therefore provides a significant advantage over devices known employing calcium as an absorbent material, the latter requiring a chauf ~ age at 400C to get pumping su ~ isamm0nt fast. The qaturated zeolite little ~ to be regenerated by heating ~ vacuum age at 250C.
The absorption of laser exhaust gases by zéoLithe requires that le3 roacti gas ~ 3, including chlorine, ~, oent pure gases. ~ n in particular, chlorine cannot be diluted in helium, as in ca ~ known laser ~. .
To obtain a homogeneous electrical discharge in pure chlorine, -it is necessary that the dimen ~ ions of the tube ~ are chosen from ~ lesson suitable. Thus for an electrical discharge voltage of 3500 to 4000 volts, the inner diameter of the tubes is between two and five centimeters and the distance between the 3 electrodes along the tube is between 10 and 15 centimeters.
As an indication, the inside diameter of the tube is 3 centi-meters, the distance between the electrodes of 10 centimeters and the voltage electric discharge of 3500 volts, the chlorine flow rate in the tubes is 12 millimole3 by 3 second, the pres3sion in the tubes is included 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 Z30LON, contained in a chamber of volume 5 liter ~ "sufficient for 2 Absorb the ~, laser exhaust gas during a hard ~ e of operation-ment of 20 second3, the purity of 3 reacted gas ~ s being 99.5 ~.
The chemical laser according to the present invention can be used as equipment on board aircraft.
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