RU2032259C1 - Excimer laser based on chlorides of noble gases - Google Patents

Excimer laser based on chlorides of noble gases Download PDF

Info

Publication number
RU2032259C1
RU2032259C1 SU4887649A RU2032259C1 RU 2032259 C1 RU2032259 C1 RU 2032259C1 SU 4887649 A SU4887649 A SU 4887649A RU 2032259 C1 RU2032259 C1 RU 2032259C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
getter
gas
laser
chamber
excimer laser
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Миланич
Original Assignee
Александр Иванович Миланич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Иванович Миланич filed Critical Александр Иванович Миланич
Priority to SU4887649 priority Critical patent/RU2032259C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2032259C1 publication Critical patent/RU2032259C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: laser equipment. SUBSTANCE: excimer laser has HCl generator placed into gas stream after getter as source of gaseous hydrogen chloride. Getter is used for preliminary pumping out of laser chamber which enables it to be free from all other systems of exhaust and regeneration. Getter is made on base of alkaline metals (Ba, Ca, Mg, Li, K, Na) or on their mixture. Lack of large supplies of gaseous haloide in cylinders of gas bleeding-in system enhances safety of operation of attending personnel and diminishes risk of ecological pollution of atmosphere. EFFECT: enhanced operational safety and diminished risk of ecological pollution. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к эксимерным лазерам с замкнутой системой регенерации газовой смеси. The invention relates to the field of quantum electronics, in particular, to excimer lasers with a closed system for regenerating a gas mixture.

Известна система регенерации газовой смеси эксимерного лазера на хлоридах благородных газов I с использованием цеолита. A known system for the regeneration of a gas mixture of an excimer laser on noble gas chlorides I using zeolite.

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные характеристики из-за быстрого отравления цеолита остатками галоидов и необходимости его частой замены, а также высокая стоимость эксплуатации лазера из-за большого расхода благородных газов, высокая стоимость самих систем. Кроме того, наличие баллона с чистым галогеном создает опасность отравления обслуживающего персонала в случае утечки газа и требует дополнительных мер. A disadvantage of the known device is its low performance due to the rapid poisoning of the zeolite with halogen residues and the need for its frequent replacement, as well as the high cost of using the laser due to the high consumption of noble gases and the high cost of the systems themselves. In addition, the presence of a cylinder with a clean halogen creates the risk of poisoning the operating personnel in the event of a gas leak and requires additional measures.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является эксимерный лазер на фторидах и хлоридах благородных газов в системе регенерации которого осуществляется последовательно высокотемпературная и криогенная очистка газовой смеси [2]. Для высокотемпературной очистки используется геттер на основе титана (для лазеров на фторидах), либо на основе кальция (для лазеров на хлоридах). В геттере осуществляется химическое взаимодействие продуктов деградации активной среды с Са или Т. Криогенная очистка позволяет адсорбировать примеси, оставшиеся после прохождения газовой смесью геттера. Для обеспечения полной очистки процесс повторяют три раза, пропуская газовую смесь через аналогичных звенья. Все, включая основной галоген, галогенсодержащие соединения отфильтровываются, так как обладают повышенной химической активностью. Поэтому необходимо осуществлять дополнительный напуск галогена в рабочий объем, причем количество его строго дозируется. Галоген часто подается в смеси с благородным газом (Ne или Не), что приводит к увеличению давления активной среды, и начиная с определенного давления требуется дополнительная откачка, в результате которой часть благородных газов выбрасывается в атмосферу, т.е. система является квазизамкнутой. The closest in technical essence to the invention is an excimer laser based on noble gas fluorides and chlorides in the regeneration system of which successively high-temperature and cryogenic purification of the gas mixture is carried out [2]. For high-temperature cleaning, a getter based on titanium (for fluoride lasers) or on the basis of calcium (for chloride lasers) is used. In the getter, chemical interaction of the degradation products of the active medium with Ca or T takes place. Cryogenic purification allows adsorption of impurities remaining after passing through the getter gas mixture. To ensure complete cleaning, the process is repeated three times, passing the gas mixture through similar links. Everything, including basic halogen, halogen-containing compounds are filtered out, as they have increased chemical activity. Therefore, it is necessary to carry out an additional inlet of halogen into the working volume, and its quantity is strictly dosed. Halogen is often mixed with a noble gas (Ne or He), which leads to an increase in the pressure of the active medium, and starting from a certain pressure, additional pumping is required, as a result of which part of the noble gases are released into the atmosphere, i.e. the system is quasi-closed.

Недостатком этой системы является высокая стоимость эксплуатации лазера из-за повышенного расхода дорогостоящих благородных газов. Кроме того, при работе криогенной очистки расходуется жидкий азот, что также повышает стоимость эксплуатации. Другим недостатком системы является необходимость работы с чистыми галогенами (F2, Cl2, газообразный НСl) или их смесями с благородными газами (Не или Ne), поэтому всегда существует опасность отравления обслуживающего персонала в случае утечки газа, общее количество которого может быть значительным для обеспечения необходимого времени работы лазера. Поэтому должны быть приняты соответствующие меры безопасности, например использование дорогостоящей химической стойкой газовой арматуры, вентиляции адсорбентов, что приводит к еще большему удорожанию системы.The disadvantage of this system is the high cost of laser operation due to the increased consumption of expensive noble gases. In addition, during the operation of cryogenic treatment, liquid nitrogen is consumed, which also increases the cost of operation. Another disadvantage of the system is the need to work with pure halogens (F 2 , Cl 2 , gaseous НСl) or their mixtures with noble gases (He or Ne), therefore there is always a danger of poisoning the operating personnel in the event of a gas leak, the total amount of which can be significant for providing the necessary laser time. Therefore, appropriate safety measures should be taken, for example, the use of expensive chemical resistant gas fittings, ventilation of adsorbents, which leads to an even higher cost of the system.

Целью изобретения является снижение стоимости эксплуатации эксимерного лазера на хлоридах благородных газов за счет экономии благородных газов, повышение безопасности эксплуатации лазера, а также снижение стоимости эксимерного лазера за счет упрощения конструкции системы газонапуска. The aim of the invention is to reduce the cost of operation of an excimer laser on noble gas chlorides by saving noble gases, increasing the safety of laser operation, as well as reducing the cost of an excimer laser by simplifying the design of the gas inlet system.

Указанная цель достигается тем, что в качестве источника газообразного хлористого водорода используется управляемый однокамерный или двухкамерный генератор HCl, включенный в газовом потоке вслед за геттером, а также тем, что использование геттера для предварительной откачки лазерной камеры позволяет полностью отказаться от других систем откачки и регенерации. This goal is achieved by the fact that as a source of gaseous hydrogen chloride, a controlled single-chamber or two-chamber HCl generator is used, which is turned on in the gas stream after the getter, and also that the use of a getter for preliminary pumping of the laser chamber allows you to completely abandon other pumping and regeneration systems.

Геттер выполнен на основе щелочных и щелочноземельных металлов (Сa, Ba, Mg, K, Na, Li) или их смеси, которые взаимодействуют с большинством продуктов распада газовой среды эксимерного лазера, а также со всеми компонентами атмосферного воздуха (кроме Ar) с N2, O2, CO2 и Н2О. Это позволяет использовать геттер в качестве форвакуумного насоса для предварительной откачки лазерной камеры эксимерного лазера. Остающийся один процент аргона слабо влияет на кинетику эксимерного лазера. Более того, в случае ArCl лазера атмосферный аргон может служить исходным газом для получения генерации. Рабочий диапазон температур геттера лежит в пределах от 20 до 600оС, в зависимости от используемого металла. Например, более высокие температуры нужны при использовании Са и Mg, которые без нагрева практически не активны.The getter is made on the basis of alkali and alkaline earth metals (Ca, Ba, Mg, K, Na, Li) or their mixtures, which interact with most of the decay products of the excimer laser gas environment, as well as with all atmospheric components (except Ar) with N 2 , O 2 , CO 2 and H 2 O. This allows the use of getter as a fore-vacuum pump for preliminary pumping of the laser chamber of an excimer laser. The remaining one percent of argon weakly affects the kinetics of the excimer laser. Moreover, in the case of an ArCl laser, atmospheric argon can serve as the source gas for generating lasing. Operating temperature range of the getter lies in the range from 20 to 600 ° C, depending on the metal used. For example, higher temperatures are needed when using Ca and Mg, which are practically inactive without heating.

В систему регенерации после геттера по току газа включен управляемый генератор газообразного НСl, который добавляют в газовую смесь, состоящую на выходе из геттера большей частью из смеси благородных газов (Ne:Ar, He: Xe, Ne:Kr и др.). В отличие от многоступенчатой системы регенерации не прореагировавшие примеси будут повторно взаимодействовать с геттером при последующих проходах газовой смеси через геттер. В предлагаемой конструкции генератора HCl выбраны химические реакции, в которых газообразный НСl образуется внутри рабочего объема в результате контролируемой химической реакции, инициируемой нагревом одного или нескольких химических компонентов до температуры от 30 до 600о. Скорость наработки НСl зависит от температуры реагентов. При этом в нерабочем состоянии (при комнатной температуре) скорость выделения НСl практически равна нулю и даже при разгерметизации системы не существует опасности отравления обслуживающего персонала. Кроме того, поскольку устранены большие объем с ядовитыми газами, нет необходимости использовать дорогостоящие химические поглотители.A controlled generator of gaseous HCl is added to the regeneration system after the getter by the gas current, which is added to the gas mixture, which at the outlet from the getter consists mainly of a mixture of noble gases (Ne: Ar, He: Xe, Ne: Kr, etc.). Unlike a multi-stage regeneration system, unreacted impurities will re-interact with the getter during subsequent passes of the gas mixture through the getter. In the proposed design of the HCl generator, chemical reactions are selected in which gaseous HCl is formed inside the working volume as a result of a controlled chemical reaction initiated by heating one or more chemical components to a temperature of 30 to 600 about . The rate of HCl production depends on the temperature of the reagents. At the same time, in the inoperative state (at room temperature), the HCl release rate is practically equal to zero, and even during depressurization of the system there is no danger of poisoning the operating personnel. In addition, since large volumes of toxic gases have been eliminated, there is no need to use expensive chemical absorbers.

Система позволяет осуществить качественную регенерацию газовой смеси, которая не сопровождается повышением давления в лазерной камере. Поэтому не требуется дополнительная откачка камеры, что позволяет существенно повысить экономию дорогостоящих благородных газов. The system allows for high-quality regeneration of the gas mixture, which is not accompanied by an increase in pressure in the laser chamber. Therefore, additional pumping of the chamber is not required, which can significantly increase the saving of expensive noble gases.

На фиг.1 представлен общий вид системы регенерации; на фиг.2 и 3 представлены варианты конструкций генератора газообразного НСl. Figure 1 presents a General view of the regeneration system; Figures 2 and 3 show design options for a gaseous HCl generator.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Газовая смесь откачиваемая из лазерной камеры 1 с помощью системы прокачки 2 попадает в геттер 3, где происходит удаление примеcей в результате химичеcких реакций. Уcтройcтво управления 4 генератором НСl 5 поддерживает требуемую в данный момент времени концентрацию HСl в лазерной смеси. Изменяя температуру нагревателя 6 в диапазоне от 30 до 600оС можно контролировать количество и скорость выработки хлористого водорода.The gas mixture pumped out of the laser chamber 1 by means of a pumping system 2 enters the getter 3, where impurities are removed as a result of chemical reactions. The control device 4 of the Hcl 5 generator supports the currently required concentration of Hcl in the laser mixture. By varying the temperature of the heater 6 in the range from 30 to 600 ° C can control the amount and rate of production of hydrogen chloride.

В генераторе НСl с однокамерным объемом, представленном на фиг.2, осуществляется нагрев смеси из двух компонентов: твердого хлорида и бисульфата щелочного металла. Нагрев инициирует химическую реакцию, в результате которой образуется газообразный хлористый водород:
MCl + MHSO4 = M2SO4 + HCl (1) где М - один из щелочных металлов (К, Li, Na, Rb, Cs).
In the Hcl generator with a single chamber volume shown in FIG. 2, a mixture of two components is heated: solid chloride and alkali metal bisulfate. Heating initiates a chemical reaction, resulting in the formation of gaseous hydrogen chloride:
MCl + MHSO 4 = M 2 SO 4 + HCl (1) where M is one of the alkali metals (K, Li, Na, Rb, Cs).

Температура может быть доведена до 600оС, что сильно повышает скорость химической реакции и, следовательно, скорость выработки HCl.The temperature can be brought up to 600 ° C, which greatly increases the rate of the chemical reaction and, consequently, the rate of HCl production.

В генераторе НСl с двухкамерным объемом, представленном на фиг.3, осуществляется нагрев только одного химического компонента - серной кислоты, которая заполняет нижнюю камеру 7. Температура нагрева 20 - 200оС. Образующиеся в результате нагрева пары серной кислоты проникают сквозь решетку 8 в верхнюю камеру 9, в которой находится твердый хлорид щелочного металла.In the Hcl generator with a two-chamber volume shown in Fig. 3, only one chemical component is heated - sulfuric acid, which fills the lower chamber 7. The heating temperature is 20 - 200 ° C. The sulfuric acid vapors resulting from heating penetrate through the lattice 8 into the upper chamber 9, in which solid alkali metal chloride is located.

2MCl + H2SO4 = M2SO4 + 2HCl (2) (пары)
Давление паров серной кислоты зависит от температуры и возрастает до 1 атм при увеличении температуры до 200оС. Конструкция устройства может быть дополнена терморегулятором.
2MCl + H 2 SO 4 = M 2 SO 4 + 2HCl (2) (pairs)
Sulfuric acid vapor pressure varies with temperature and increases to 1 atm with increasing temperature up to 200 C. The design of the device can be supplemented by a thermoregulator.

В устройстве газообразный хлористый водород образуется внутри объема в результате химической реакции, инициируемой нагревом не агрессивных веществ. В обоих случаях отпадает необходимость хранения чистого НСl, что повышает безопасность работы с эксимерным лазером. Использование химических веществ в одном случае в твердой фазе, а в другом случае в твердой и жидкой фазах позволяет увеличить удельную емкость по хлористому водороду в пересчете на 1 л объема газовой системы не менее, чем в 5 раз. In the device, gaseous hydrogen chloride is formed inside the volume as a result of a chemical reaction initiated by heating non-aggressive substances. In both cases, there is no need to store pure Hcl, which increases the safety of working with an excimer laser. The use of chemicals in one case in the solid phase, and in the other case in the solid and liquid phases allows to increase the specific capacity for hydrogen chloride in terms of 1 liter of the volume of the gas system by at least 5 times.

В качестве примера рассмотрим геттер на основе Mg:
2Mg+O2__→ 2MgO (3)
Mg+2H2O __→ Mg(OH)2+H2 (4)
MgO+H2O __→ Mg(OH)2 (5)
То есть реагирует не только сам магний, но и продукты первичных реакций.
As an example, consider a getter based on Mg:
2Mg + O 2 __ → 2MgO (3)
Mg + 2H 2 O __ → Mg (OH) 2 + H 2 (4)
MgO + H 2 O __ → Mg (OH) 2 (5)
That is, not only magnesium itself reacts, but also the products of the primary reactions.

3Mg+N2__→ Mg3N2 (6)
MgO+CO2__→ MgCO3 (7)
Mg+H2__→ MgH2 (8)
Mg+2HCl __→ MgCl2+H2 (9)
Это основание реакции, протекающие в геттере, в результате которых образуются твердые, не летучие вещества. Реакции с (3) по (7) показывают возможность использования геттера в качестве насоса атмосферного воздуха. Реакции (8) и (9) наряду с реакциями (3)-(7) важны для регенерации газовой смеси. Аналогичные реакции происходят с другими щелочными металлами и с другими примесями.
3Mg + N 2 __ → Mg 3 N 2 (6)
MgO + CO 2 __ → MgCO 3 (7)
Mg + H 2 __ → MgH 2 (8)
Mg + 2HCl __ → MgCl 2 + H 2 (9)
This is the basis of the reactions occurring in the getter, as a result of which solid, non-volatile substances are formed. Reactions (3) to (7) show the possibility of using a getter as a pump of atmospheric air. Reactions (8) and (9) along with reactions (3) - (7) are important for the regeneration of the gas mixture. Similar reactions occur with other alkali metals and with other impurities.

Генератор газообразного хлористого во- дорода может быть выполнен на основе любой из приведенных выше реакций: (1) или (2). A hydrogen chloride gas generator can be made based on any of the above reactions: (1) or (2).

Большое значение на характеристики эксимерного лазера оказывает чистота газовой смеси, которая заполняет лазерный объем. Это связано с тем, что излучение эксимерного лазера лежит в области ультрафиолета: ArCl - 175 нм, KrCl - 223 нм, ХеСl - 30 М нм. Любая примесь, поглощающая в этой области, уменьшает энергию лазерного излучения и ухудшает характеристики эксимерного лазера. В состав газовой смеси входят дорогостоящие благородные газы, такие как Хе, Kr, Ne, He. В процессе эксплуатации газовую смесь приходится периодически заменять из-за ее быстрой деградации. Of great importance on the characteristics of an excimer laser is the purity of the gas mixture, which fills the laser volume. This is due to the fact that the excimer laser radiation lies in the ultraviolet region: ArCl - 175 nm, KrCl - 223 nm, XeCl - 30 M nm. Any impurity absorbing in this region reduces the energy of laser radiation and degrades the characteristics of the excimer laser. The composition of the gas mixture includes expensive noble gases such as Xe, Kr, Ne, He. During operation, the gas mixture has to be replaced periodically due to its rapid degradation.

Устройство эксимерного лазера на хлоридах благородных газов, включающего геттер на основе щелочных и щелочнозе- мельных металлов и генератор газообразного хлористого водорода, включенного в газовом потоке вслед за геттером, обеспечивает высокую экономию благородных газов. Кроме того, отсутствие больших запасов газообразного галоида в баллонах системы газонапуска повышает безопасность работы обслуживающего персонала и снижает опасность экологического загрязнения атмосферы. The device of an excimer laser based on noble gas chlorides, including a getter based on alkali and alkaline earth metals and a generator of gaseous hydrogen chloride included in the gas stream after the getter, provides high saving of noble gases. In addition, the absence of large stocks of gaseous halogen in the cylinders of the gas inlet system increases the safety of staff and reduces the risk of environmental pollution.

Claims (1)

ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР НА ХЛОРИДАХ БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ, содержащий лазерную камеру, замкнутую систему регенерации газовой смеси, включающую устройство прокачки, геттер, систему напуска благородных газов и источник газообразного хлористого водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и безопасности эксплуатации лазера, в качестве источника газообразного хлористого водорода он содержит однокамерный или двухкамерный управляемый генератор HCl соответственно на основе реакции взаимодействия хлорида щелочного металла и бисульфата щелочного металла, нагреваемых до 600oС, или на основе реакции взаимодействия хлорида щелочного металла с парами серной кислоты, нагреваемой до 200oС, установленный в системе регенерации по потоку газовой смеси после геттера, выполненного на основе щелочных металлов Ba, Ca, Mg, Li, K, Na или их смеси, нагреваемого до 600oС и служащего для очистки газовой смеси и предварительной откачки лазерной камеры.NON-GAS CHLORIDE EXXIMER LASER containing a laser chamber, a closed gas mixture regeneration system including a pumping device, getter, noble gas inlet system and a source of gaseous hydrogen chloride, characterized in that, in order to increase the economy and safety of the laser operation, as a source hydrogen chloride gas it contains a single-chamber or two-chamber controlled HCl generator, respectively, based on the reaction of interaction of alkali metal chloride and bisul alkali metal veil, heated to 600 o C, or by reaction of alkali metal chloride interact with vapors of sulfuric acid heated to 200 o C, mounted in the recovery system downstream of the gas mixture after the getter performed based on alkali metals Ba, Ca, Mg , Li, K, Na, or a mixture thereof, heated to 600 ° C. and used to clean the gas mixture and pre-pump the laser chamber.
SU4887649 1990-11-02 1990-11-02 Excimer laser based on chlorides of noble gases RU2032259C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4887649 RU2032259C1 (en) 1990-11-02 1990-11-02 Excimer laser based on chlorides of noble gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4887649 RU2032259C1 (en) 1990-11-02 1990-11-02 Excimer laser based on chlorides of noble gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2032259C1 true RU2032259C1 (en) 1995-03-27

Family

ID=21548147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4887649 RU2032259C1 (en) 1990-11-02 1990-11-02 Excimer laser based on chlorides of noble gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2032259C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730098C1 (en) * 2019-11-19 2020-08-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") Gas-dynamic laser
CN111928967A (en) * 2020-07-27 2020-11-13 北京航空航天大学 Inside temperature measuring device of alkali metal air chamber

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4674098, кл. 372-59, опубл.1987. *
Патент США N 4740972, кл. 372-59, опубл.1987. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2730098C1 (en) * 2019-11-19 2020-08-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") Gas-dynamic laser
CN111928967A (en) * 2020-07-27 2020-11-13 北京航空航天大学 Inside temperature measuring device of alkali metal air chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6030591A (en) Process for removing and recovering halocarbons from effluent process streams
US5779998A (en) Method and apparatus for concentration and recovery of halocarbons from effluent gas streams
US4674099A (en) Recycling of gases for an excimer laser
Kaczur Oxidation chemistry of chloric acid in NOx/SOx and air toxic metal removal from gas streams
JPS5953205B2 (en) Method of producing high purity chlorine dioxide
US5102638A (en) Process for the selective absorption of chlorine from CO2 -containing off-gases
KR100974521B1 (en) Method and apparatus for gas purification
WO2008072392A1 (en) Method of treating discharge gas and apparatus therefor
RU2032259C1 (en) Excimer laser based on chlorides of noble gases
JP2010076972A (en) Method for treating impure rare gas
KR970061340A (en) Hazardous Gas Purification Method
US6206952B1 (en) Method of separating and selectively removing hydrogen contaminant from process streams
JPH04279179A (en) Decomposition of fluorocarbons
CA1115235A (en) Deuterium enrichment by selective photoinduced dissociation of a multihalogenated organic compound
JP5219372B2 (en) Production method of high purity liquefied chlorine
JP3490751B2 (en) Decomposition method of gaseous fluoride
JP2008063175A (en) Start-up method
CN112850668A (en) Chlorine-containing tail gas helium purification system
JP2003081614A (en) High purity gaseous fluorine, production method therefor, and its use
CN113621910A (en) Heat treatment controllable atmosphere recovery device
Sismanoglu et al. Argon properties, production and recent applications
US6858194B2 (en) Method for reducing elementary halogen in a gaseous effluent
JPH0679138A (en) Method for pretreating nf3 gas
WO2022044613A1 (en) Halon purification method
JP3499657B2 (en) How to treat chlorine gas