Haftungsausschluss: Dieses Projekt wurde aufgrund meiner großen Liebe zur Kunst des Erhaltens von Laserstrahlung durchgeführt, hauptsächlich im Hinblick auf den Prozess seiner Implementierung. Deshalb bitte ich Sie, in den Kommentaren nicht die Frage zu stellen, warum dies notwendig ist. Die folgenden Informationen dienen nur zur Orientierung. Der Autor ist nicht verantwortlich für die Folgen von Versuchen, das Beschriebene zu wiederholen
Zusammenfassung des
ersten Teils :
- Ein Modell einer Stromquelle für einen Kupferdampflaser UL-102 wurde gebaut
- Durch Versuch und Irrtum wurden Bedingungen gefunden, unter denen Strahlungserzeugung erhalten werden konnte
- Erhielt eine signifikante Strahlungsleistung von etwa 1 W.
- Die endgültige Version des Emitters wird zusammengebaut
- Dann folgte eine seltsame Reihe von Fehlern, die das Projekt in Gefahr brachten, geschlossen zu werden.
Was ist als nächstes passiert? Schau unter den Schnitt.
Das Projekt wurde wegen Undichtigkeit des aktiven Elements UL-102 ausgesetzt. Das aktive Element wurde in betriebsbereitem Zustand eingelagert, nach 2 Monaten wurde ein Leck festgestellt. Gemessen am stationären Gasdruck war die Leckage sehr langsam, da es immer noch möglich war, eine Streamer-Entladung einer charakteristischen Form in Brand zu setzen, die sich jedoch entlang des Entladungskanals nicht mehr entzündete. Ein Versuch, ein Leck zu finden, war erfolglos. Und das alles trotz der Tatsache, dass der Rahmen für diesen speziellen Typ von aktivem Element bereits zusammengebaut wurde und die Installation eines anderen Typs dort unmöglich ist.
So sahen die Entladungen in der AE aus, nachdem sie geflossen waren.
Es blieb nichts anderes übrig, als nach einem neuen UL-102 zu suchen. Ich musste alle meine Verbindungen in verschiedenen Forschungsinstituten und Laserlabors in verschiedenen Städten mobilisieren, aber dies ergab immer noch mein Ergebnis - ein neues aktives Element, auch ein neues, wurde in der Fabrikbox erhalten. Darüber hinaus war er ein jüngeres Jahr der Veröffentlichung.
Auspacken einer neuen AE:
Bei der Suche nach einer neuen AE habe ich einen guten Spezialisten für die Stromversorgung von CVL kennengelernt, der auf einige meiner Fehler hingewiesen hat. Die neue AE wurde sofort in den fertigen Emitter montiert und die Experimente wurden fortgesetzt. Das "direkte Anregungsschema" wurde erneut als das einfachste zurückgegeben, jedoch mit kleinen Modifikationen des Thyratron-Gitterkreises, wodurch die Stabilität seines Betriebs auf das Niveau des Blumlyayn-Generators erhöht werden konnte, aber immer noch nicht genug. Und wieder ein epischer Fehler - bei längerem Betrieb mit Nennleistung brannte die Sekundärwicklung eines der Leistungstransformatoren des IVN ab, was mit der Freisetzung einer riesigen gelben Rauchwolke einherging. Als vorübergehende Lösung wurden diese Transformatoren durch Hochspannungstransformatoren aus sowjetischen Mikrowellenherden ersetzt (auch ein Erbe meiner Arbeit).
"Eine vorübergehende Lösung für das Transformatorproblem." Der Preis dafür war, die erreichbare Anodenspannung zu reduzieren.
Der verbrannte Transformator wurde zerlegt, um sein Eisen zum Wickeln neu zu erhalten. Auf diesem Foto ist der Grund für die Überhitzung deutlich zu erkennen - gute Wärmedämmung der Wicklung. Sobald die aktuelle Abtastung (die für sowjetische Transformatoren um 20-30% überschritten werden kann) leicht überschritten wurde, war die Wicklung leicht überhitzt. Ich habe noch nie zuvor getroffen, dass der gesamte Rest des Fensters im Bügeleisen (fast 1 cm auf jeder Seite und 5 mm an den Seiten) mit Epoxidharz gefüllt ist ...
Es gab ein Problem mit der Stromquelle, das zu diesem Zeitpunkt nicht überwunden werden konnte, nämlich die schlechte Stabilität des Thyratrons im Betriebsmodus. Die Erzeugung kann immer noch erreicht werden, aber die Aufrechterhaltung eines langfristigen normalen Betriebs des Lasers ist bereits sehr schwierig. Eine Überprüfung vieler Artikel in wissenschaftlichen Fachzeitschriften ermöglichte es zu argumentieren, dass der Grund die überschüssige Sperrspannung an der Thyratronanode zum Zeitpunkt ihrer Verriegelung ist. Die Besonderheit gepulster Wasserstoff-Thyratrons besteht darin, dass die maximale Sperrspannung, beispielsweise 25 kV, für tgi700 \ 25 und tgi1000 \ 25 nur 25 Mikrosekunden angelegt werden kann, nachdem der Strom durch das Thyratron aufgehört hat, wenn sich das gesamte Plasma bereits aufgelöst hat. Es war ziemlich logisch anzunehmen, dass diese Regel nicht verletzt wird, da der Frequenzgang 10 kHz beträgt, was bedeutet, dass die „Lücke“ zwischen den Impulsen 100 μs beträgt. Aber einen Faktor habe ich nicht berücksichtigt. Das Plasma der Lichtbogenentladung im Thyratron ist inert. Wenn nicht alle, dann erinnern sich viele wahrscheinlich daran, dass Sie beim Betrachten des Storyboards über das Erlöschen eines Lichtbogens, der an einem großen Umspannwerk gezündet wurde, feststellen können, dass der Lichtbogen nicht sofort verschwindet, aber im Verlauf einiger Frames das Video allmählich in separate Teile zerfällt, die dann allmählich erlöschen. Das gleiche passiert in einem gepulsten Wasserstoff-Thyratron - nachdem der Strom aufgehört hat (Abschaltung), kühlt sich die Lichtbogenentladung auch relativ langsam ab, zerfällt in Fetzen und verschwindet dann vollständig. Erst nach dem Ende dieses Prozesses können 25 Kilovolt Sperrspannung an ihn angelegt werden. Wenn Sie dies früher tun, tritt ein neuer, nicht autorisierter Ausfall des Thyratrons in die entgegengesetzte Richtung auf, der einen Kurzschluss des IVN und den Betrieb seines Stromschutzes verursacht. Vielmehr ist nicht alles so höllisch. Zum Zeitpunkt der Entladungsresorption (vor Ablauf des vereinbarten Nachimpulses von 25 μs) kann eine Sperrspannung angelegt werden, und das Thyratron bricht nicht durch. Aber nur 5 Kilovolt. Wenn ein Thyratron in einem Kupferdampflaser-Pumpkreis arbeitet, wird diese Spannung folglich aufgrund verschiedener instationärer Prozesse zum Zeitpunkt des Schließens des Thyratrons überschritten. Darüber hinaus wird es am größten, wenn Kupfer in der Laserentladung auftritt, was die Eigenschaften der AE als Last für den Generator sehr verändert, was zu einer Fehlanpassung führt.
Es wurden viele Methoden ausprobiert, um dieses Phänomen durch Optimierung der Anpassung bei verschiedenen Betriebsarten zu beseitigen. Es wurde jedoch kein radikales Ergebnis erzielt. Die Bedingungen, die einen stabilen Betrieb im Strahlungserzeugungsmodus ergaben, erwiesen sich als ungeeignet für den Heizmodus und umgekehrt. Eine radikale Lösung bestand nur darin, die Topologie des Aggregats durch Hinzufügen neuer Elemente zu ändern.
Das Aggregatdiagramm wurde erneut in eine scheinbar vielversprechende „Arkadyev-Marx-Generator“ -Schaltung auf zwei Thyratrons umgewandelt. Dies versprach die Verwendung der einfacheren und zugänglicheren Thyratrons TGI1-700 \ 25, ohne die an der Anode verbrauchte Leistung zu überlasten. Dazu wurde auch der Steuerimpulsgenerator überarbeitet, um gleichzeitig 2 Thyratrons freizuschalten. Die Idee der aktualisierten Schaltung war, dass sie zwei Kondensatoren hat, die zum Zeitpunkt des Ladens parallel geschaltet sind. Zum Zeitpunkt des gleichzeitigen Entriegelns von zwei Thyratrons werden diese Kondensatoren in Reihe geschaltet, wodurch ihre Spannungen addiert und an die AE-Elektroden angelegt werden. Dies versprach auch eine gewisse Verbesserung der Steilheit der Impulsfront an der AE und infolgedessen eine Erhöhung der Ausgangsstrahlungsleistung, da die momentane Spannungsamplitude an den Elektroden zunahm. Es wurde ein neues Layout des Aggregats zusammengestellt, das folgendermaßen aussah:
Und auf dem Diagramm sieht es immer noch recht einfach aus, obwohl es mehr Details gibt.
Tests zeigten die vollständige Inoperabilität der Schaltung in meiner Leistung - Thyratrons öffneten sich auseinander. Vielleicht habe ich etwas falsch gemacht. Danach habe ich mich nach Rücksprache mit einem Spezialisten entschlossen, die Topologie des Aggregats erneut zu ändern. Also ein modifizierter Blumlyayn-Generator. Es ist fast identisch mit dem üblichen Blumlyayn-Generator, aber es werden einige weitere Elemente hinzugefügt. Das heißt, die sogenannte "magnetische Impulskompressionsschaltung". Das Wesentliche seiner Arbeit ist, dass die Amplitude des durch einen sättigbaren Induktor fließenden Impulsstroms zum Zeitpunkt der Sättigung des Induktors stark zunimmt. Da die von einem Impuls übertragene Energiemenge begrenzt ist und auch die anfängliche Impulsdauer begrenzt ist, hat dieser Energieanteil zum Zeitpunkt der Drosselsättigung und des Stromanstiegs in der Schaltung nichts anderes zu tun, als zeitlich zu "komprimieren", und der Stromimpuls auf der AE (Laserröhre) ist signifikant schrumpft. Wenn dies der Fall ist, kann die Dauer des durch das Thyratron fließenden Stromimpulses erhöht werden, und auf der Laserröhre kann die Impulsdauer verringert werden, und vor allem können Sie die Steigung der Front auf der AE erhöhen und die Ausgangsstrahlungsleistung erhöhen. Es sieht sehr verlockend aus.
So sieht die Schaltung aus, die ich mit den angegebenen Werten der Teile zusammengebaut habe.
Der Induktor L2 streckt den Stromimpuls zeitlich durch das Thyratron, und der Induktor L4 ist ein sättigbarer Induktor für die "magnetische Kompression" des Impulses auf der Laserröhre. Und diese Schaltung begann endlich stabil zu arbeiten! Das Ergebnis rechtfertigte definitiv den Aufwand für die Herstellung einer nichtlinearen Drossel. Ich werde näher darauf eingehen. Wieder entschied ich mich, das in der Literatur beschriebene Design zu wiederholen. Und dort wurde vorgeschlagen, eine Drosselklappe herzustellen, die aus einer "Umdrehung" eines dicken Kupferrohrs besteht und durch 120 kleine Ferritringe geführt wird. Ein Stück Kupferrohr mit einem Durchmesser von 12 mm wurde in einem Geschäft für Kühlschränke gekauft. Es wurden Ferritringe mit einem kleinen Rand gekauft. Das einzige, was noch übrig war, war, sie an der Pfeife zu befestigen. Es war irrational, sie alle auf einmal zu bespannen - die Wurst war zu lang. Dann beschloss ich, zwei Stücke der Röhre herzustellen, 60 Ringe darauf zu fädeln und sie in U-Form zu falten. Leichter gesagt als getan. Tatsache ist, dass das Rohr nicht perfekt glatt ist und in den Ringen der Durchmesser ein wenig um Zehntel Millimeter beträgt, aber er unterscheidet sich. Ich bin sogar auf Ringe gestoßen, in denen das Loch konisch oder elliptisch war. Und dann eins und das zweite gleichzeitig.
Ein Versuch, den Ring mit Gewalt zu ziehen, führte dazu, dass er sofort in Stücke zerbrach. Etwa die Hälfte war ohne Probleme frei gekleidet. Dann musste ich das Kupferrohr mit Sandpapier behandeln, bis die nächsten Ringe zu klettern begannen. Dann wieder Skins, wieder anziehen ... Und so bis zum Ende wiederholen. Als Ergebnis haben wir ein solches Design bekommen.
Es wurde in einem neuen Layout des Aggregats installiert.
Die Installation läuft. Der Laser erwärmt sich. Eine halbe Stunde lang keine einzige Schutzoperation. Es ist ein Erfolg! Schließlich tritt eine spontane Emission von Kupfer auf, gefolgt von einer schwachen Erzeugung. Dann die Resonatorspiegel abstimmen. Und der Raum wird von einem starken Laserstrahl von giftiger grüner Farbe beleuchtet!
Der Lichtpunkt an der weiß gefliesten Wand ist so hell, dass der gesamte Raum hell beleuchtet ist. Gleichzeitig nahm die Helligkeit des Lichts weiter zu, bis es einen konstanten Wert erreichte. Mit zunehmender Helligkeit änderte sich die Farbe des Strahls von giftigem Grün zu grüner Zitrone, was auf die effektive Erzeugung einer gelben Linie hinwies. Die Strahlungsleistung überschritt das zuvor erhaltene Minimum mehrmals, die Untergrenze wurde mit nicht weniger als 3 Watt angenommen. Mit einem Stromverbrauch von 1800 Watt.
Der durch die Linse geleitete Strahl brennt auf Karton sehr heftig aus.
Lasertests sind auch auf Video:
Der Laserstrahl ist deutlich sichtbar. Sein Durchmesser entspricht dem Durchmesser des Entladungskanals von 20 mm.
Der Entladungskanal innerhalb der AE ist bei Betriebstemperatur fast weißglühend.
Der Laserstrahl ist in einem beleuchteten Raum deutlich sichtbar.
Hinter der Kurzfokuslinse ist der Kegel des Strahls, der zuerst vor dem Fokus konvergiert und dann divergiert (der Bereich der „Verengung“ der Strahlen), gut sichtbar. Es ist besser, brennbare Gegenstände nicht scharf zu stellen.
Mit einem Fragment einer CD-ROM können Sie den Strahl in das Spektrum zerlegen. Es ist deutlich zu sehen, dass der Strahl grüne und gelbe Linien hat, während der gelbe viel stärker geworden ist als zuvor.
Die gelbe Linie kann separat durch einen Filter unterschieden werden, der grünes Licht blockiert, nämlich orange.
Jetzt war es möglich auszuatmen und den Übergang vom Layout zum fertigen Produkt zu beginnen. Das erste Aggregat wurde in den Koffer gepackt. Als Material für das Gehäuse wurden Holz und Sperrholz ausgewählt, beispielsweise diejenigen, die am einfachsten mit einem Haushaltswerkzeug verarbeitet werden können. Alle Elemente wurden auf eine kompakte Basis gestellt, die magnetische Kompressionsdrossel wurde in einem Abschnitt des Abwasserrohrs versteckt und dort von einem Ventilator geblasen. Die Thyratronanode wird von ihrem Lüfter geblasen. Damit sich im geschlossenen Gehäuse keine heiße Luft ansammelt, wird der drittstärkste Lüfter installiert, der einen Luftzug im Gerät erzeugt. Während der Komponenteninstallation sah es so aus.
Und zusammengebaut - so.
Als nächstes kam der Steuergenerator für das Strom-Thyratron-Netz. Der Hauptoszillator und der Verstärker wurden in ein gemeinsames Gehäuse bewegt, so dass seine Breite und Tiefe der Breite und Tiefe des Netzteils entsprachen.
Es stellte sich so etwas wie ein Armaturenbrett heraus. Der IVN-Block war bereits fertig, im Allgemeinen mussten nur die Seitenwände hinzugefügt werden. Gleichzeitig wurde die Außendekoration der Blöcke fortgesetzt - es wurde beschlossen, sie schwarz zu streichen.
Der fertige Stand stellte sich so heraus.
Trotzdem hatte ich das Gefühl, dass der Laserbetrieb noch verbessert und die Strahlungsleistung noch gesteigert werden könnte. Da es im IVN noch „temporäre“ Transformatoren aus Mikrowellen gab, die es nicht ermöglichten, nach dem Gleichrichter eine Ausgangsspannung von mehr als 5 kV zu erhalten. Es wurde eine willensstarke Entscheidung getroffen - einen komplett neuen Hochspannungstransformator mit Ölisolierung und Wasserkühlung herzustellen. Die Aufgabe ist eingestellt: Ausgangswechselspannung von 7 kV, kontinuierlicher Ausgangsstrom - 400 mA. Von der Sekundärwicklung habe ich beschlossen, alle 500 V Biegungen vorzunehmen, beginnend mit einer Spannung von 4,5 kV. Berechnungen ergaben, dass es möglich ist, einen Kern aus einem ausgebrannten Transformator zu verwenden, während das Fenster vollständig gefüllt war. Wickelte zuerst den Transformator selbst.
Dann wurde es zu einer Textolitplatte verstärkt, durch die alle Schlussfolgerungen gezogen wurden.
Dann wurde beim Empfang von Schrott ein Blechtank gefunden.
Im Inneren ist eine Spule eingesetzt, um das Öl abzukühlen.
Dann wurde der Transformator zusammengebaut.
Und an den richtigen Ort setzen.
Durch das Starten eines Lasers mit einem neuen Transformator wurde die Leistung auf ca. 5 Watt erhöht! Das heißt, Es stellte sich heraus, dass dies der am Anfang des Artikels erwähnten Werkseinstellung entspricht. Nur kleinere Größe, Gewicht und weniger Energieverbrauch.
Bei voller Leistung wird die Farbe des Strahls gelber.
Das gewünschte Ergebnis wird erreicht! Es gibt nur ein kosmetisches Design. Zuerst bestellte ich den Druck von stilvollen Typenschildern in Englisch, um alle Steuerelemente anzuzeigen. Zur gleichen Zeit wurde der Name des Lasers geboren - Lichtschwert. Weil die Leistung des Laserstrahls, seine Dicke und die charakteristischen Soundeffekte, die den Betrieb des Lasers begleiten, sehr an die Jedi-Lichtschwerter erinnern. Und mein einstiger Kindheitstraum von einem solchen Schwert wurde erfüllt, wenn auch in einer so verzerrten Form. Vielleicht sind sich die Anhänger von Hochleistungslaserzeigern nicht einig über die Ähnlichkeiten mit dem Lichtschwert, aber meiner Meinung nach hat dieser Laser mehr Ähnlichkeiten, obwohl sie nicht wie ein Zeiger winken können.
Hier ist eine Videoüberprüfung des resultierenden Lasersystems von meinem Freund, der uns besuchte.
Es blieb das äußere Gehäuse des Emitters zu machen und zu stehen. Rohstoffe dafür wurden bereits vorbereitet - ein Kunststoff-Abwasserrohr mit einem Durchmesser von 250 mm. Es wurde zugeschnitten, eine Glocke wurde so geschnitten, dass sie nicht wahrnehmbar war, und Belüftungslöcher wurden gebohrt. Der Ständer bestand ebenfalls aus Holz, speziell aus der Wand eines alten Schranks. Ein schöner Tragegriff wurde an der Oberseite des Gehäuses angebracht.
Dann wurde alles gestrichen und zusätzliche falsche Paneele wurden hergestellt, die den Fall von den Enden abdeckten. Der Laseremitter erlangte schließlich seine endgültige Form zurück.
Das bedrohliche orange Leuchten der Laserröhre im Dunkeln lässt niemanden gleichgültig. Besonders wenn es dann durch ein nicht weniger unheimliches grünes Leuchten ersetzt wird.
Und die Stromquelle in ihrer endgültigen Form war halb so groß wie ein gewöhnlicher Kühlschrank und hatte ein Gesamtgewicht von nicht mehr als 100 Kilogramm. Was auch den Fabrikschrank schlägt. Gleichzeitig passt es gut in den Innenraum.
Hier ist eine Geschichte über ein selbstgemachtes Lasersystem, das mir enorme Erfahrung in der Lasertechnologie, der Hochspannungsimpulstechnologie und anderen verwandten Disziplinen gebracht hat. Dieses Projekt wäre ohne die Unterstützung meiner Freunde und Bekannten nicht umgesetzt worden. Ich möchte mich ganz besonders bei den Personen bedanken, die mir geholfen haben, zwei aktive Elemente von UL-102, Pavel Gugin vom Institut für Physik und Technologie der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, zu erhalten, die mit Tipps und Links zur Literatur bei der Optimierung des Leistungsteils der Stromquelle geholfen haben, Alex Neuromantix, für die Suche nach wissenschaftlichen Artikeln Verwandte und fruchtbare Diskussion, Alexander „Igel“ Larionov für die Tatsache , dass ich mehr Thyratronen verkauft, und vor allem will die danken
Träger und seinen Freund, der mit der Lieferung dieser Thyratronen aus Russland geholfen, gut und schließlich würde ich mag zu danken Dennis „Neutronen Sturm „für die Inspiration, dieses Projekt zu tun, für das, was Kindheitstraum wieder erwecken könnte. Und auch alle, die die Umsetzung dieses Projekts überwacht und moralische Unterstützung geleistet haben. Vielen Dank für das Lesen. Und für diejenigen, die noch die Frage haben, warum all dies benötigt wurde, lesen Sie den Haftungsausschluss.
Das Ende des Epos über UL102 ist
daDie wichtigsten Literaturquellen:
1. Grigoryants A. G., Kazaryan M. A., Lyabin N. A. Kupferdampflaser: Konstruktionsmerkmale und Anwendungen. Fizmatlit, 2005
2. Batenin V. M., Bohan P. A., Buchanov V. V., Evtushenko G. S., Kazaryan M. A., Karpukhin V. T., Klimovsky I. I., Malikov M. M. Laser basierend auf selbstlimitierenden Metallübergängen. Fizmatlit, 2011
3. Lyabin N. A. Entwicklung moderner Industrielaser und Lasersysteme auf der Basis von Kupferdampf zur präzisen Verarbeitung von Materialien. Die Dissertation zum Doktor der Technischen Wissenschaften, Moskau, 20144. G. G. Petrash. Dämpfe von Metallen und ihren Halogeniden. Verfahren des Lebedev Physical Institute, Bd. 181, 1987PS: Fast unmittelbar nach Abschluss des Projekts wurde ein völlig neues aktives Element des Kupferdampflasers mit einer Ausgangsleistung von 20 Watt erfasst. GL201 "Kristall". Aber das wird eine ganz andere Geschichte ...
Der Anfang im ersten Teil .