NL1010246C2

NL1010246C2 - CO#2-laser voorzien van koolmonoxide en een goud-omvattende katalysator.

Info

Publication number: NL1010246C2
Application number: NL1010246A
Authority: NL
Inventors: Iouri Borisovitch Oudalov; Serguei Alexandrovi Starostine; Peter Jacobus Maria Peters; Wilhelmus Jacobus Witteman
Original assignee: Stichting Tech Wetenschapp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-06
Also published as: EP1119889B1; ATE243889T1; DE69909113D1; WO2000021167A1; EP1119889A1; DE69909113T2

Description

C02-laser voorzien van koolmonoxide en een goud-omvattende katalysator

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een C02~laser met ten minste twee elektroden welke elektrisch van elkaar gescheiden een langwerpige excitatieholte definiëren, - welke C02-laser verder een RF-voedingsbron omvat waarmee 5 een wisselende spanning over de elektroden kan worden aangelegd, - over in hoofdzaak de gehele lengte van de excitatieholte een goud-omvattende katalysator is aangebracht; en - in de excitatieholte een kooldioxide- en koolmonoxide hou-10 dend gas aanwezig is.

Een dergelijke C02-laser is bekend uit de Amerikaanse octrooipublicatie 4.756.000, en in het bijzonder wordt daarin een RF-bedreven laser beschreven voorzien van een goud-katalysator. Bij het bedrijven van een C02-laser wordt 15 een deel van het kooldioxide ontleed in koolmonoxide en zuurstof. Bepaalde ontledingsproducten daarvan hebben een nadelig effect op het vermogen dat door de laser kan worden geleverd (kolom 1, regel 32). Teneinde dit nadelige effect tegen te gaan is de beschreven C02-laser voorzien van een 20 goud-katalysator die de vorming van C02 uit CO en 02 bevordert. In het licht van het beschreven inzicht dat CO op het goud een monolaag vormt, wordt volgens deze publicatie de voorkeur gegeven aan een gasmengsel voor een C02-laser die een geringe overmaat CO bevat.

25 De onderhavige uitvinding beoogt een verbeterde RF

C02-laser te verschaffen met een verkorte opstarttijd en een verhoogd rendement. Daarenboven wordt beoogd een goedkopere C02-laser te verschaffen voor een gegeven lichtvermogen.

Hiertoe wordt de C02-laser volgens de uitvinding 30 gekenmerkt doordat de molverhouding koolmonoxide op kooldioxide ten minste 0,3 is en de oppervlakte van het goud-omvat-tende deel van de goud-omvattende katalysator ten minste 10% van het naar de excitatieholte gekeerde oppervlak van één van de elektroden bedraagt.

35 Verrassenderwijze heeft aanvraagster gevonden dat, 1010246 2 tegen de heersende en in US 4.756.000 verwoorde opinie in dat (ontledingsproducten van) CO een nadelige invloed heeft op het laservermogen, een aanzienlijke relatieve hoeveelheid koolmonoxide een verhoogd rendement oplevert. Dit betekent 5 ook dat, voor een gelijkblijvende lichtopbrengst, de RF-voedingsbron welke een aanzienlijk deel van de kosten uit-maakt van een C02-laser, kleiner en daarmee goedkoper kan worden uitgevoerd. De relatief hoge concentratie CO zorgt er tevens voor dat de goud-omvattende katalysator niet hoeft te 10 worden verwarmd. Naast C02 en CO zal een gasmengsel voor een C02-laser ook de in het vak voor dit doel bekende gassen zoals He en N2 bevatten. In de onderhavige aanvrage wordt onder de term 'in hoofdzaak gehele lengte' verstaan een al dan niet onderbroken traject waarbij een onderbreking (over 15 de volle breedte) in de lengterichting ten hoogste twee keer de afstand tussen de elektroden is.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm is de molver-houding koolmonoxide op kooldioxide ten minste 0,5, met meer voorkeur ten minste 0,6.

20 Met dergelijke molverhoudingen kunnen kortere op starttijden en nog betere rendementen worden bereikt, of kan de RF-voedingsbron nog kleiner zijn.

Volgens een interessante uitvoeringsvorm is in de excitatieholte tussen de elektroden en in hoofdzaak plan-25 parallel daarmee een van de goud-omvattende katalysator voorzien element aangebracht.

Hierdoor wordt bereikt dat de gemiddelde diffusie-afstand van zuurstof en koolmonoxide tot de katalysator wordt bekort.

30 Daarbij kan het van de goud-omvattende katalysator voorziene element een van doorgaande openingen voorzien element zijn.

De aanwezige openingen maken het mogelijk dat de RF-voedingsbron tussen de elektroden een plasma kan opwekken.

35 Het element kan bijvoorbeeld de vorm hebben van een geperforeerde plaat, een kam-vormige plaat, of een gaasje.

Volgens een interessante uitvoeringsvorm is de goud-omvattende katalysator op een elektrode aangebracht.

Hiermee worden in feite twee excitatieholten 1010246 3 gecreëerd, die, bijvoorbeeld via eventueel in de elektrode aanwezige doorgaande openingen, met elkaar in verbinding kunnen staan. Bij deze uitvoeringsvorm zijn de buitenste twee elektroden elektrisch met elkaar verbonden en tezamen aange-5 sloten op de RF-voedingsbron en bezitten een gemeenschappelijke potentiaal ten opzichte van de katalysator omvattende elektrode.

In een dergelijk geval kan de elektrode natuurlijk ook een niet van doorgaande openingen voorziene elektrode 10 zijn.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm is de van katalysator voorziene elektrode een aan de aarde gelegen elektrode.

Een dergelijke elektrode vergt minder koeling, 15 hetgeen in het bijzonder gunstig is voor koeling van een van katalysator voorziene elektrode die zich in hoofdzaak planpa-rallel tussen twee andere elektroden in de excitatieholte bevindt aangezien warmte-afvoer alleen kan geschieden in het vlak van de elektrode.

20 De onderhavige uitvinding zal thans worden toege licht aan de hand van de bijgevoegde tekening, waarin fig. 1 een schematische longitudinale dwarsdoorsnede voorstelt van een C02~laser volgens de uitvinding; fig. 2 een transversale doorsnede voorstelt van de 25 in fig. 1 weergegevens C02-laser volgens lijn II-II; en fig. 3 een grafiek voorstelt waarin voor de C02-laser volgens de uitvinding en een referentie C02-laser het genormaliseerde vermogen is uitgezet tegen de tijd.

De schematisch in fig. 1 weergegeven C02-laser 1 30 omvat een eerste elektrode 2 en een tweede elektrode 3. Beide elektroden zijn vervaardigd uit koper en aangesloten op een RF voedingsbron 4 (Rohde & Schwartz, VU-315, Duitsland) zoals weergegeven in fig. 2. Beide elektroden waren door middel van opdampen voorzien van een laagje goud met een dikte van 2 35 micrometer. De elektroden worden op afstand gehouden door diëlektrische afstandsstukken 5, 6, welke zijn vervaardigd uit keramisch materiaal. De afstandsstukken zorgen ervoor dat, bij de hier beschreven uitvoeringsvorm, de elektroden 2, 3 zich op een afstand van 2 mm van elkaar bevinden. Het deel 1010246 4 van elke elektrode dat de excitatieholte begrenst heeft een lengte van 37 cm en een breedte van 15 mm. De elektroden 2, 3 zijn op in het vak bekende wijze met elkaar verbonden door middel van shuntspoelen 7. De C02-laser omvat verder twee 5 spiegels 8 en 8'.

De elektroden 2, 3 en de diëlektrische afstandsstuk-ken 5, 6 definiëren een excitatieholte 9. Hierin bevindt zich een C02-houdend gas.

De hiervoor beschreven C02-laser, welke in het vak algemeen 10 bekend is, werd bedreven met diverse gassamenstellingen, zoals weergegeven in tabel I. Het effect op het rendement werd gemeten.

TABEL I

15 Uitvinding C02 N2 He CO Xe C0/C02 Pmax (Watt)

Samenstelling 1 6,141 9,21 73,68 6 5 0,98 160 (17)2

Samenstelling 2 6,41 9,62 76,37 2 5 0,31 95 (2)

Referentie 6,55 9,83 78,62 050 80 (1) 20 ^ Gassenhoeveelheden uitgedrukt als volumepercentage van de totale gassamenstelling 2 tussen haakjes staat het rendement in procent

De totale gasdruk bedroeg in elk van de gevallen 16 25 kPa.

Het effect van de gassamenstelling op de opstarttijd is weergegeven in fig. 3. Uit de grafiek blijkt duidelijk dat, verrassenderwijs, een grote overmaat CO een gunstig effect heeft op de opstarttijd. Een stabiele output wordt 30 reeds na verloop van enkele minuten in plaats van na meer dan een uur bereikt. Normalisatie geschiedde door voor elke gassamenstelling het output vermogen te delen door het uiteindelijk bereikte constante output vermogen te delen.

Uit tabel I is te zien dat met de gassamenstelling 35 volgens de uitvinding een hoger maximaal vermogen kan worden bereikt. Bij een output vermogen van 160 W bleek het rendement 17% te zijn.

1010246

Claims

1. C02-laser met ten minste twee elektroden welke elektrisch van elkaar gescheiden een langwerpige excitatie-holte definiëren, - welke C02-laser verder een RF-voedingsbron omvat waarmee 5 een wisselende spanning over de elektroden kan worden aangelegd, - over in hoofdzaak de gehele lengte van de excitatieholte een goud-omvattende katalysator is aangebracht; en - in de excitatieholte een kooldioxide- en koolmonoxide hou-10 dend gas aanwezig is, met het kenmerk, dat de molverhouding koolmonoxide op kooldioxide ten minste 0,3 is en de oppervlakte van het goud-omvat-tende deel van de goud-omvattende katalysator ten minste 10% van het naar de excitatieholte gekeerde oppervlak van één van 15 de elektroden bedraagt.

2. C02-laser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de molverhouding koolmonoxide op kooldioxide ten minste 0,5 is.

3. C02-laser volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat de molverhouding koolmonoxide op kooldioxide ten minste 0,6 is.

4. C02-laser volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de excitatieholte tussen de elektroden en in hoofdzaak planparallel daarmee een van de goud- 25 omvattende katalysator voorzien element is aangebracht.

5. C02-laser volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het van de goud-omvattende katalysator voorziene element een van doorgaande openingen voorzien element is.

6. C02-laser volgens één der voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk, dat de goud-omvattende katalysator op een elektrode is aangebracht.

7. C02-laser volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de van katalysator voorziene elektrode een aan de aarde gelegen elektrode is. 35 1010246