RU2532676C2 - Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation - Google Patents

Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2532676C2
RU2532676C2 RU2011148054/02A RU2011148054A RU2532676C2 RU 2532676 C2 RU2532676 C2 RU 2532676C2 RU 2011148054/02 A RU2011148054/02 A RU 2011148054/02A RU 2011148054 A RU2011148054 A RU 2011148054A RU 2532676 C2 RU2532676 C2 RU 2532676C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
resonators
laser
plasma formation
formation
Prior art date
Application number
RU2011148054/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011148054A (en
Inventor
Юрий Александрович Чивель
Original Assignee
Юрий Александрович Чивель
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 Юрий Александрович Чивель filed Critical Юрий Александрович Чивель
Priority to RU2011148054/02A priority Critical patent/RU2532676C2/en
Priority to PCT/IB2012/002588 priority patent/WO2013080032A1/en
Publication of RU2011148054A publication Critical patent/RU2011148054A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532676C2 publication Critical patent/RU2532676C2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes formation in a reactor, which contains a laser, optically connected with a focusing objective, and a system of a reagent supply by means of the plasma source, of the plasma formation, influencing it with the laser radiation, supply of reagents into the said plasma formation and the output of obtained reaction products. A set of lasers with different wavelengths with resonators or with resonators and additional resonators is used, with placement of the plasma formation in the said resonators of the lasers.
EFFECT: reduction of the energy consumption with high production quality.
2 cl, 2 dwg

Description

Данное изобретение относится к области плазмохимии и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров. Известен способ плазмохимического синтеза [1], состоящий в подаче реагентов в плазменное образование, сформированное в межэлектродном промежутке при газовом разряде.This invention relates to the field of plasma chemistry and can be used to create plasma-chemical reactors based on lasers. A known method of plasmachemical synthesis [1], which consists in supplying reagents to a plasma formation formed in the interelectrode gap during a gas discharge.

Недостатком этого способа является загрязнение плазмы элементами материала электродов при их испарении, влияющее на качество продукции синтеза. Известен способ плазмохимического синтеза [2], состоящий в подаче реагентов в плазменное образование - плазму оптического разряда, сформированное в фокальной области объектива, фокусирующего излучение СО2 лазера.The disadvantage of this method is the pollution of the plasma by elements of the material of the electrodes during their evaporation, affecting the quality of the synthesis products. A known method of plasma chemical synthesis [2], which consists in supplying reagents to a plasma formation — an optical discharge plasma formed in the focal region of an objective focusing the radiation of a CO 2 laser.

Недостаток данного способа состоит в сложности использования для ведения плазмохимических реакций излучения коротковолновых лазеров ближнего ИК видимого и ультрафиолетового диапазона ввиду очень слабого поглощения их излучения плазмой. А именно коротковолновое излучение находит применение и перспективно для ведения плазмохимических реакций. Задачей заявляемого изобретения является разработка способа плазмохимического синтеза, обеспечивающего расширение возможностей данного метода получения продукции, повышение производительности и снижение энергозатрат при высоком качестве продукции.The disadvantage of this method is the difficulty of using for conducting plasma-chemical reactions the radiation of short-wavelength near-infrared lasers in the visible and ultraviolet range due to the very weak absorption of their radiation by the plasma. Namely, short-wave radiation finds application and is promising for conducting plasma-chemical reactions. The objective of the invention is the development of a method of plasma chemical synthesis, providing the expansion of the capabilities of this method of obtaining products, increasing productivity and reducing energy consumption with high quality products.

Предлагается способ плазмохимического синтеза, состоящий в подаче реагентов в плазменное образование.A method of plasmachemical synthesis is proposed, which consists in supplying reagents to a plasma formation.

Новым по мнению автора является то, что плазменное образование располагается в резонаторах или в дополнительных резонаторах набора лазеров различных длин волн. Сущность способа поясняется схемой (Фиг.1).What is new in the author’s opinion is that the plasma formation is located in the resonators or in additional resonators of a set of lasers of different wavelengths. The essence of the method is illustrated in the diagram (Figure 1).

С помощью источника плазмы, электроразрядного, высокочастотного поз.2 (как приведено на фиг.1), лазерного формируется квазистационарное плазменное образование 9 в специальной камере 11 (как на фиг.1) или в открытом пространстве. В плазменную область с помощью устройства подачи 1 вводится поток 3 необходимых реагентов в газообразном, жидком или твердом состоянии, а продукты реакции выводятся в виде потока 10.Using a plasma source, electric-discharge, high-frequency pos.2 (as shown in Fig.1), a laser forms a quasistationary plasma formation 9 in a special chamber 11 (as in Fig.1) or in open space. In the plasma region using the feed device 1, a stream of 3 necessary reagents is introduced in a gaseous, liquid, or solid state, and the reaction products are output in the form of a stream 10.

Плазменное образование 9 располагается в резонаторах лазеров 4, 5 определенных длин волн, образованных зеркалами 6, 7 или для управления степенью связи плазма - лазер в дополнительных резонаторах, образованных при введении зеркала 8. Так как плазменное образование располагается в резонаторах лазеров, то за счет огромного числа проходов независимо от длины волны излучение лазеров будет поглощаться полностью, обеспечивая высокую эффективность лазерного воздействия на молекулярном и атомном уровне при соответствующем подборе длин волн. Предложенный способ значительно расширяет возможности плазмохимии.Plasma formation 9 is located in the resonators of lasers 4, 5 of specific wavelengths formed by mirrors 6, 7, or to control the degree of plasma – laser coupling in additional cavities formed upon introduction of mirror 8. Since the plasma formation is located in the resonators of the lasers, due to the huge the number of passes, irrespective of the wavelength, the laser radiation will be completely absorbed, providing high efficiency of laser action at the molecular and atomic levels with the appropriate selection of wavelengths. The proposed method significantly expands the possibilities of plasma chemistry.

Известно устройство [2], содержащее СО2 лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов в фокальную область. Недостаток данного устройства состоит в бесперспективности применять коротковолновое излучение ввиду его крайне слабого поглощения плазмой оптического разряда при характерных температурах 10-1710 К. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [3] устройство для нанесения алмазных покрытий из плазмы оптического разряда, в котором использованы лазерные источники 3 длин волн, включая ультрафиолетовый лазер.A device [2] is known, which contains a CO 2 laser optically coupled to a focusing lens and a system for supplying reagents to the focal region. The disadvantage of this device is the futility of using short-wave radiation due to its extremely weak absorption by the plasma of an optical discharge at characteristic temperatures of 10-1710 K. The closest in technical essence to the claimed device is the device for applying diamond coatings from an optical discharge plasma presented in [3], in which uses laser sources of 3 wavelengths, including an ultraviolet laser.

Недостаток данного устройства состоит в слабом поглощении ультрафиолетового излучения плазмой разряда и повреждающем действии излучения лазерных источников на обрабатываемую поверхность. Задачей заявляемого изобретения является разработка устройства, обеспечивающего возможность использования широкого спектра длин волн лазерного излучения для ведения плазмохимических реакций, повышение производительности и снижение энергозатрат.The disadvantage of this device is the weak absorption of ultraviolet radiation by the discharge plasma and the damaging effect of the radiation of laser sources on the treated surface. The task of the invention is to develop a device that allows the use of a wide range of wavelengths of laser radiation for conducting plasma-chemical reactions, increasing productivity and reducing energy costs.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов.To solve this problem, a device is proposed comprising a laser optically coupled to a focusing lens and a reagent supply system.

Новым, по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено набором лазеров различных длин волн, причем фокальная область фокусирующего объектива располагается в резонаторах или в дополнительных резонаторах набора лазеров.According to the authors, the novelty is that the device is additionally equipped with a set of lasers of various wavelengths, with the focal region of the focusing lens located in the resonators or in additional resonators of the laser set.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.2).The invention is illustrated in the diagram (figure 2).

Устройство содержит лазер 12, оптически связанный с объективом, 13 систему подачи реагентов 1, лазеры 4, 5.The device comprises a laser 12 optically coupled to the lens, 13 a reagent supply system 1, lasers 4, 5.

Устройство работает следующим образом. Луч лазера 12, преимущественно СО2 лазера из-за большой длины волны излучения, с помощью объектива 13 фокусируется в камере или в открытом пространстве (как на Фиг.2) в пятно размером 0,1-1 мм. В эту область с помощью устройства подачи 1 вводятся плазмообразующий инертный газ типа аргона и реагенты. С помощью мощного внешнего источника или путем кратковременного ввода испаряющегося вещества добиваются поджига оптического разряда 9, который непрерывно горит в луче лазера 1. Обычно до 60-70 процентов излучения СО2 лазера поглощается в плазме и затрачивается на поддержание разряда. С помощью лазеров, 4, 5 в резонаторах 6, 7 или дополнительных резонаторах 7, 8 которых горит разряд, осуществляют воздействие излучения определенных длин волн на молекулярные или атомные уровни реагентов и продуктов реакций, обеспечивая получение необходимого продукта, отводимого потоком 10. За счет огромного числа проходов независимо от длины волны излучение лазеров будет поглощаться полностью, обеспечивая высокую эффективность лазерного воздействия. Таким образом заявляемое устройство обеспечит возможность направленного воздействия на молекулярном и атомном уровне на ход плазмохимического процесса, повышение производительности плазмохимического реактора, снижение энергозатрат, при высоком качестве продукции.The device operates as follows. The laser beam 12, preferably a CO 2 laser because of the large wavelength of the radiation by a lens 13 is focused in the camera or in the open space (as in Figure 2) to a spot size of 0.1-1 mm. Plasma-forming inert gas such as argon and reagents are introduced into this region using the feed device 1. Using strong external source or by momentarily evaporating substance input optical achieve ignition discharge 9 which continuously illuminated in the laser beam 1. Generally, 60-70 percent of the CO 2 laser radiation is absorbed in the plasma and consumed in maintaining the discharge. Using lasers 4, 5 in the resonators 6, 7 or additional resonators 7, 8 of which the discharge is on, the radiation of certain wavelengths is affected by the molecular or atomic levels of the reactants and reaction products, providing the necessary product removed by stream 10. Due to the huge the number of passes, irrespective of the wavelength, the laser radiation will be completely absorbed, providing high efficiency of laser exposure. Thus, the claimed device will provide the possibility of directional effects at the molecular and atomic level on the course of the plasma-chemical process, increasing the productivity of the plasma-chemical reactor, reducing energy consumption, with high quality products.

ЛитератураLiterature

1. US Patent 3,622,493 3,658,673.1. US Patent 3,622,493 3,658,673.

2. А.Большаков В. Востриков В.Конов и др. Квант.Электроника 35,4,2005.2. A. Bolshakov V. Vostrikov V. Konov et al. Quantum. Electronics 35,4,2005.

3. P.Mistry.K. Turchan//Materials Research Innovation. V.I, №3 149-156,1997.3. P.Mistry.K. Turchan // Materials Research Innovation. V.I, No. 3 149-156.1997.

Claims (2)

1. Способ плазмохимического синтеза, включающий формирование в реакторе посредством источника плазмы плазменного образования, подачу в упомянутое плазменное образование реагентов и вывод полученных продуктов реакции, отличающийся тем, что на упомянутое плазменное образование воздействуют лазерным излучением, при этом используют набор лазеров с различными длинами волн с резонаторами или с резонаторами и с дополнительными резонаторами, причем плазменное образование располагают в упомянутых резонаторах лазеров.1. A method of plasma chemical synthesis, comprising forming a plasma formation in a reactor through a plasma source, supplying reactants to said plasma formation and outputting reaction products, characterized in that said plasma formation is exposed to laser radiation, using a set of lasers with different wavelengths with resonators or with resonators and with additional resonators, moreover, the plasma formation is located in said laser resonators. 2. Реактор для плазмохимического синтеза, содержащий лазерный источник для формирования плазменного образования, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов в упомянутое плазменное образование в реакторе, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными лазерами различных длин волн с резонаторами или с резонаторами и дополнительными резонаторами, при этом фокальная область фокусирующего объектива лазерного источника формирования плазменного образования расположена в резонаторах дополнительных лазеров или дополнительных резонаторах дополнительных лазеров. 2. A reactor for plasma-chemical synthesis containing a laser source for forming a plasma formation, optically coupled to a focusing lens, and a system for supplying reagents to said plasma formation in a reactor, characterized in that it is equipped with additional lasers of different wavelengths with resonators or with resonators and additional resonators, while the focal region of the focusing objective of the laser source for the formation of the plasma formation is located in the resonators of the additional laser in or additional cavities of additional lasers.
RU2011148054/02A 2011-11-28 2011-11-28 Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation RU2532676C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011148054/02A RU2532676C2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation
PCT/IB2012/002588 WO2013080032A1 (en) 2011-11-28 2012-11-29 Plasma chemical synthesis process and plasma chemical synthesis reactor for the implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011148054/02A RU2532676C2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011148054A RU2011148054A (en) 2013-06-10
RU2532676C2 true RU2532676C2 (en) 2014-11-10

Family

ID=48534750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011148054/02A RU2532676C2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2532676C2 (en)
WO (1) WO2013080032A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597447C2 (en) * 2014-12-12 2016-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Laser method for production of functional coatings

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2023499C1 (en) * 1991-05-30 1994-11-30 Крохв Валентин Викторович Method for preparation of chemical compounds
RU2035218C1 (en) * 1991-04-29 1995-05-20 Крохв Валентин Викторович Equipment for obtaining chemical compounds
RU2416673C2 (en) * 2009-04-28 2011-04-20 Учреждение Российской Академии Наук Сибирское Отделение Ран Институт Лазерной Физики Laser-plasma procedure of synthesis of very hard micro- and nano-structured coatings and device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3622493A (en) 1968-01-08 1971-11-23 Francois A Crusco Use of plasma torch to promote chemical reactions
CH525705A (en) 1968-12-24 1972-07-31 Lonza Ag Use of vortex-stabilized plasma torches to carry out chemical reactions
JPH02250974A (en) * 1989-03-23 1990-10-08 Sony Corp Optical reactor
RU2176132C2 (en) * 2000-01-12 2001-11-20 Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН Technique of laser heating of plasma
KR101434145B1 (en) * 2007-12-27 2014-08-26 주식회사 뉴파워 프라즈마 Inductively coupled plasma reactor with multi laser scanning line

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2035218C1 (en) * 1991-04-29 1995-05-20 Крохв Валентин Викторович Equipment for obtaining chemical compounds
RU2023499C1 (en) * 1991-05-30 1994-11-30 Крохв Валентин Викторович Method for preparation of chemical compounds
RU2416673C2 (en) * 2009-04-28 2011-04-20 Учреждение Российской Академии Наук Сибирское Отделение Ран Институт Лазерной Физики Laser-plasma procedure of synthesis of very hard micro- and nano-structured coatings and device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P.Mistry.K. Turchan//Materials Research Innovation. V.I, N3, 149-156,1997. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2597447C2 (en) * 2014-12-12 2016-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Laser method for production of functional coatings

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013080032A1 (en) 2013-06-06
RU2011148054A (en) 2013-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hädrich et al. Exploring new avenues in high repetition rate table-top coherent extreme ultraviolet sources
US20090323732A1 (en) Optical Wave Generator
Wang et al. Non-diffraction-length Bessel-beam femtosecond laser drilling of high-aspect-ratio microholes in PMMA
RU2532676C2 (en) Method of plasmochemical synthesis and reactor of plasmochemical synthesis for its realisation
Yan et al. Ultrafast Laser Filamentation in Transparent Solids
CN112355483B (en) Method for preparing submicron concentric rings on silicon surface by femtosecond laser
Singh et al. Recent Advances in High-order Harmonic Generation from Laser-Ablated Plumes at the Advanced Laser Light Source Laboratory
CN111682397A (en) Wavelength-tunable monochromatic vacuum ultraviolet light source output device and method
Ganeev et al. Fourth-order harmonic generation during parametric four-wave mixing in the filaments in ambient air
Altucci et al. Diffractionless beams and their use for harmonic generation
WO2019118934A1 (en) Two-color wave-mixing upconversion in structured waveguides
Cao et al. Vibration and jitter of free-flowing thin liquid sheets as target for high-repetition-rate laser-ion acceleration
JP2018114529A (en) Laser cut processing device
Balakin et al. Terahertz emission during interaction of ultrashort laser pulses with gas cluster beam
Zhang et al. Efficient synthesis of Vitamin D3 in a 3D ultraviolet photochemical microreactor fabricated using an ultrafast laser
Li et al. Filament-necklace generated by femtosecond vector beams in fused silica
Grigoriev et al. Tunable dye laser amplifier chain for laser isotope separation
JP2571740B2 (en) Processing apparatus and processing method using vacuum ultraviolet light
Kim et al. Coherent Manipulation of Extreme-Ultraviolet Bessel Vortex Beams from Solids by Active Wavefront Shaping of Driving Fundamental Beams
JP5317897B2 (en) Thin film deposition method and apparatus
Nancy et al. Fabrication of strongly fluorescent graphene quantum dots via liquid phase laser ablation
Alfano et al. Evolution of the supercontinuum light source
CN212210000U (en) Wavelength-tunable monochromatic vacuum ultraviolet light source output device
Baton et al. Fine-scale spatial and temporal structures of second-harmonic emission from an underdense plasma
Carbajo Executive Summary of The Quantum Light-Matter Cooperative

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141129