RU2649025C2 - Method for iodine atom production - Google Patents

Method for iodine atom production Download PDF

Info

Publication number
RU2649025C2
RU2649025C2 RU2016124084A RU2016124084A RU2649025C2 RU 2649025 C2 RU2649025 C2 RU 2649025C2 RU 2016124084 A RU2016124084 A RU 2016124084A RU 2016124084 A RU2016124084 A RU 2016124084A RU 2649025 C2 RU2649025 C2 RU 2649025C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iodine
oxygen
laser
gas mixture
containing molecules
Prior art date
Application number
RU2016124084A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016124084A (en
Inventor
Павел Анатольевич Михеев
Андрей Владимирович Демьянов
Валерий Николаевич Азязов
Марсель Вакифович Загидуллин
Николай Иванович Уфимцев
Анна Руслановна Гильдина
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority to RU2016124084A priority Critical patent/RU2649025C2/en
Publication of RU2016124084A publication Critical patent/RU2016124084A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649025C2 publication Critical patent/RU2649025C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/2215Iodine compounds or atomic iodine

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method of iodine atom production for active oxygen-iodine laser medium includes a successive passing through an electric discharge generator and transportation node of a gas mixture, consisting of inert gas, iodine containing molecules and iodine atoms. Molecular oxygen is added to the gas mixture at the input of the electric discharge generator in an amount equal to the concentration of iodine-containing molecules.
EFFECT: providing the possibility of eliminating losses of iodine atoms during transportation from an atom generator to an active medium of an oxygen-iodine laser.
1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке кислородно-йодных лазеров.The invention relates to quantum electronics and can be used in the development of oxygen-iodine lasers.

Кислородно-йодный лазер использует для генерации переход атомарного йода I(2Р1/2)→I(2Р3/2) с длиной волны излучения 1,315 мкм, который инвертируется в ходе передачи энергии от молекулы кислорода в синглетном состоянии O2(1Δ). Обычно атомы йода I образуются в результате диссоциации молекул I2 синглетным кислородом непосредственно в активной среде лазера (Antonov I.O., Azyazov V.N., Mezhenin A.V., Popkov G.N., Ufimtsev N.I., "Chemical oxygen-iodine laser with CO2 buffer gas", Appl. Phys. Lett., vol. 89, p. 051115 (2006)). В этой статье описаны механизмы генерации кислородно-йодного лазера, где энергоносителем служит электронно-возбужденная молекула кислорода в синглетном состоянии О2(1Δ). Но при ее получении путем хлорирования щелочного водного раствора перекиси водорода в газожидкостных генераторах возникает проблема дезактивации электронного возбуждения присутствующими в кислородном потоке парами воды. Авторы предлагают способ решения этой проблемы за счет увеличения длины усиления активной среды.An oxygen-iodine laser uses an atomic iodine transition I ( 2 P 1/2 ) → I ( 2 P 3/2 ) with a radiation wavelength of 1.315 μm, which is inverted during the transfer of energy from an oxygen molecule in a singlet state O 2 ( 1 Δ). Usually, iodine I atoms are formed as a result of the dissociation of I 2 molecules by singlet oxygen directly in the active medium of the laser (Antonov IO, Azyazov VN, Mezhenin AV, Popkov GN, Ufimtsev NI, "Chemical oxygen-iodine laser with CO 2 buffer gas", Appl. Phys Lett., Vol. 89, p. 051115 (2006)). This article describes the generation mechanisms of an oxygen-iodine laser, where the electron-excited oxygen molecule in the singlet state of O 2 ( 1 Δ) serves as the energy carrier. But when it is obtained by chlorination of an alkaline aqueous solution of hydrogen peroxide in gas-liquid generators, the problem arises of the deactivation of electronic excitation by water vapor present in the oxygen stream. The authors suggest a way to solve this problem by increasing the gain length of the active medium.

Наиболее близким к заявляемому является способ, при котором повышение эффективности кислородно-йодного лазера, а также расширение диапазона его рабочих параметров достигается за счет внешней наработки атомов йода (Bruzzese J.R., "Development of an Electric Discharge Oxygen-Iodine Laser", Dissertation, Ohio State University, 2011). Такая наработка атомов йода может осуществляться с помощью генератора, на вход которого подается смесь инертного газа (Rg) с небольшим (порядка единиц процентов) количеством йодсодержащих молекул (XI), и в плазме тлеющего разряда происходит диссоциация йодсодержащих молекул. Но часть атомов йода I теряется при их транспортировке с выхода генератора до места смешения с потоком синглетного кислорода, в рекомбинационном процессе:Closest to the claimed is a method in which increasing the efficiency of the oxygen-iodine laser, as well as expanding the range of its operating parameters is achieved through the external production of iodine atoms (Bruzzese JR, "Development of an Electric Discharge Oxygen-Iodine Laser", Dissertation, Ohio State University, 2011). Such generation of iodine atoms can be carried out using a generator, to the input of which a mixture of inert gas (Rg) with a small amount (of units of percent) of iodine-containing molecules (XI) is supplied, and iodine-containing molecules dissociate in the glow discharge plasma. But some of the iodine I atoms are lost during their transportation from the generator exit to the place of mixing with the flow of singlet oxygen, in the recombination process:

Figure 00000001
Figure 00000001

А также в ходе транспортировки в процессе (1) нарабатывается молекулярный йод I2, который деактивирует электронно-возбужденный атомарный йод I21/2) в активной среде лазера в процессеAnd also during transportation, during process (1), molecular iodine I 2 is produced, which deactivates electronically excited atomic iodine I 2 (P 1/2 ) in the active medium of the laser during

Figure 00000002
Figure 00000002

В потоке, идущем от электроразрядного генератора синглетного кислорода, содержится атомарный кислород, но он никак не может препятствовать убыли атомов йода в тракте транспортировки. Эти недостатки препятствует эффективному извлечению запасенной в активной среде кислородно-йодного лазера энергии.The stream coming from the electric discharge generator of singlet oxygen contains atomic oxygen, but it cannot in any way prevent the loss of iodine atoms in the transport path. These drawbacks prevent the efficient extraction of energy stored in the active medium of the oxygen-iodine laser.

Целью заявляемого изобретения является исключение потерь атомов йода при транспортировке от генератора к активной среде лазера. Достижение технического результата происходит за счет того, что способ включает последовательное прохождение через электроразрядный генератор и узел транспортировки газовой смеси, состоящей из инертного газа, йодсодержащих молекул и атомов йода и в газовую смесь на входе электроразрядного генератора добавляется молекулярный кислород в количестве, равном концентрации йодсодержащих молекул. Схема устройства для реакционного способа изображена на чертеже. Устройство содержит генератор атомов йода 1, тракт транспортировки 2, инжектор 3 и резонатор 4. При этом при прохождении газовой смеси по тракту транспортировки 2 (заштрихованный прямоугольник) в плазме разряда образуются атомы кислорода, которые реагируют с молекулярным йодом, образующимся в результате рекомбинации в процессе (1), в реакциях:The aim of the invention is to eliminate the loss of iodine atoms during transportation from the generator to the active medium of the laser. The achievement of the technical result is due to the fact that the method includes sequential passage through the electric-discharge generator and the transportation unit of the gas mixture consisting of inert gas, iodine-containing molecules and iodine atoms, and molecular oxygen is added to the gas mixture at the inlet of the electric-discharge generator in an amount equal to the concentration of iodine-containing molecules . A diagram of a device for the reaction method is shown in the drawing. The device contains an iodine atom generator 1, a transport path 2, an injector 3, and a resonator 4. In this case, when a gas mixture passes through a transport path 2 (a shaded rectangle), oxygen atoms are formed in the discharge plasma that react with molecular iodine resulting from recombination in the process (1) in the reactions:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

В последовательности этих реакций происходит регенерация атомов йода. Реакции (3) и (4) протекают с газокинетическими скоростями и способны поддерживать концентрацию атомов йода при давлениях, характерных для системы транспортировки йода в кислородно-йодном лазере, в течение нескольких миллисекунд. В дальнейшем газовая смесь Rg:I:I2:O:O2 подается в поток синглетного кислорода O2(1Δ) через инжектор 3. При смешении двух газовых потоков формируется активная среда, которая поступает в резонатор 4, где формируется лазерное излучение. В прототипе процессы (3) и (4) также участвуют в диссоциации молекулярного йода, но уже в зоне формирования активной среды лазера. В этом случае неизбежными становятся потери электронно-возбужденных частиц в процессе (2). В предлагаемом решении удается предотвратить потери в активной среде лазера.In the sequence of these reactions, iodine atoms are regenerated. Reactions (3) and (4) proceed with gas kinetic velocities and are able to maintain the concentration of iodine atoms at pressures characteristic of the iodine transport system in an oxygen-iodine laser for several milliseconds. Subsequently, the gas mixture Rg: I: I 2 : O: O 2 is supplied to the singlet oxygen stream O 2 ( 1 Δ) through the injector 3. When two gas streams are mixed, an active medium is formed, which enters the resonator 4, where laser radiation is generated. In the prototype, processes (3) and (4) also participate in the dissociation of molecular iodine, but already in the zone of formation of the active medium of the laser. In this case, the loss of electronically excited particles in the process (2) becomes inevitable. In the proposed solution, it is possible to prevent losses in the active medium of the laser.

Небольшое количество молекул кислорода, попадающих в активную среду вместе с йодом, не оказывает существенного влияния на работу лазера. Выбор йодсодержащей молекулы осуществляется таким образом, чтобы продукты ее диссоциации и плазмохимических реакций не являлись сильными тушителями активной среды кислородно-йодного лазера.A small number of oxygen molecules entering the active medium together with iodine does not significantly affect the operation of the laser. The choice of the iodine-containing molecule is carried out in such a way that the products of its dissociation and plasma-chemical reactions are not strong quenchers of the active medium of the oxygen-iodine laser.

Claims (1)

Способ получения атомов йода для активной среды кислородно-йодного лазера, включающий последовательное прохождение через электроразрядный генератор и узел транспортировки газовой смеси, состоящей из инертного газа, йодсодержащих молекул и атомов йода, отличающийся тем, что в газовую смесь на входе электроразрядного генератора добавляется молекулярный кислород в количестве, равном концентрации йодсодержащих молекул.A method of producing iodine atoms for an active medium of an oxygen-iodine laser, comprising sequential passage through an electric-discharge generator and a node for transporting a gas mixture consisting of inert gas, iodine-containing molecules and iodine atoms, characterized in that molecular oxygen is added to the gas mixture at the inlet of the electric-discharge generator amount equal to the concentration of iodine-containing molecules.
RU2016124084A 2016-06-16 2016-06-16 Method for iodine atom production RU2649025C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124084A RU2649025C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method for iodine atom production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124084A RU2649025C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method for iodine atom production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016124084A RU2016124084A (en) 2017-12-21
RU2649025C2 true RU2649025C2 (en) 2018-03-29

Family

ID=61867094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124084A RU2649025C2 (en) 2016-06-16 2016-06-16 Method for iodine atom production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649025C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07254738A (en) * 1994-03-14 1995-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd Iodine laser and equipment
RU2013148229A (en) * 2013-10-29 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук METHOD FOR TRANSPORTING IODINE ATOMS FOR AN OXYGEN-IODINE LASER

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07254738A (en) * 1994-03-14 1995-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd Iodine laser and equipment
RU2013148229A (en) * 2013-10-29 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук METHOD FOR TRANSPORTING IODINE ATOMS FOR AN OXYGEN-IODINE LASER

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.Н. Азязов "Возбужденные состояния в активных средах кислородно-иодных лазеров", журнал "Квантовая электроника", 2009, том 39, номер 11, страницы 989-1007. *
С. Ю. Пичугин "Трехблочная модель кинетики колебательно-возбужденных молекул I 2 (X) в активной среде кислородно-иодного лазера", журнал "Квантовая электроника", 2012, том 42, номер 9, 858-862. *
С. Ю. Пичугин "Трехблочная модель кинетики колебательно-возбужденных молекул I 2 (X) в активной среде кислородно-иодного лазера", журнал "Квантовая электроника", 2012, том 42, номер 9, 858-862. В.Н. Азязов "Возбужденные состояния в активных средах кислородно-иодных лазеров", журнал "Квантовая электроника", 2009, том 39, номер 11, страницы 989-1007. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016124084A (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lupo et al. IR-laser photochemistry
Patel et al. Plasma-activated electrolysis for cogeneration of nitric oxide and hydrogen from water and nitrogen
Heaven Recent advances in the development of discharge‐pumped oxygen‐iodine lasers
RU2649025C2 (en) Method for iodine atom production
Barmashenko et al. Chemical lasers: COIL
Mezhenin et al. Analysis of cw oxygen-iodine laser performance using similarity criteria
Shuler et al. Nonequilibrium chemical excitation and chemical pumping of lasers
Chernyak et al. Plasma catalysis of chemical reactions
Baranov High repetition rate pulsed gas lasers and their applications in chemistry and isotope separation
Yi et al. The promotion of Argon and water molecule on direct synthesis of H2O2 from H2 and O2
Zagidullin et al. Kinetics of an oxygen–iodine active medium with iodine atoms optically pumped on the transition
RU2548622C1 (en) Method of obtaining population inversion on iodine atoms
RU2572413C2 (en) Method for obtaining molecular singlet oxygen
RU2558648C2 (en) Electric-discharge oxygen-iodine laser with buffer gas
Schmiedberger et al. Novel concept of electric discharge oxygen-iodine laser
Whitefield A review of studies investigating a potential chemical laser pumping scheme: IF (B3Π (O+)) pumping by energy transfer from O2 (1Δ) to IF (X1Σ+)
US6690707B1 (en) Plasma assisted oxygen-iodine laser
Carroll et al. Recent work on the development of an electric discharge oxygen iodine laser
Kodymova COIL--Chemical Oxygen Iodine Laser: advances in development and applications
US3529261A (en) Laser having an active medium which is an excited halogen whose lower energy state is depleted by reacting with an alkali metal
Zagidullin et al. Comparative characteristics of subsonic and supersonic oxygen—iodine lasers
Solimeno Chemical Lasers
Lee et al. Catalytic enhancement of singlet oxygen production and optical gain in electric discharge oxygen-iodine laser systems
Bashkin et al. Photorecombination lasers
Mezhenin et al. Modeling of cw OIL energy performance based on similarity criteria

Legal Events

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

Effective date: 20180617

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210713