Descargo de responsabilidad: este proyecto se llevó a cabo debido a mi gran amor por el arte de obtener radiación láser, en gran parte por el proceso de su implementación, por lo tanto, le pido que no haga la pregunta "por qué es esto necesario" en los comentarios. La información a continuación es solo orientativa, el autor no es responsable de las consecuencias de los intentos de repetir lo descrito.
Resumen de la
primera parte :
- Se construyó un modelo de una fuente de energía para un láser de vapor de cobre UL-102
- Por prueba y error, se encontraron condiciones bajo las cuales se podía obtener la generación de radiación
- Recibió una potencia de radiación significativa, aproximadamente 1 W
- Se ensambla la versión final del emisor.
- Luego siguió una extraña serie de fallas, poniendo el proyecto en riesgo de cierre.
¿Qué pasó después? Mira debajo del corte.
El proyecto fue suspendido debido a la fuga del elemento activo UL-102. El elemento activo se almacenó en condiciones de trabajo, después de 2 meses se descubrió que se filtró. A juzgar por la presión de gas en estado estacionario, la fuga fue muy lenta, ya que todavía era posible prender fuego a una descarga continua de una forma característica, pero a lo largo del canal de descarga ya no se encendió. Un intento de encontrar una fuga no tuvo éxito. Y todo esto a pesar del hecho de que el marco para este tipo particular de elemento activo ya ha sido ensamblado, y la instalación de otro tipo allí es imposible.
Así es como se veían las descargas en el AE después de que fluyera.
No había más remedio que buscar un nuevo UL-102. Tuve que movilizar todas mis conexiones en varios institutos de investigación y laboratorios de láser en diferentes ciudades, pero esto todavía dio mi resultado: se obtuvo un nuevo elemento activo, también uno nuevo, en la caja de la fábrica. Además, fue un año más reciente de lanzamiento.
Desempacando un nuevo AE:
Durante la búsqueda de una nueva AE, logré conocer a un buen especialista en la fuente de alimentación de CVL, quien señaló algunos de mis errores. El nuevo AE se montó inmediatamente en el emisor terminado y los experimentos continuaron. El "esquema de excitación directa" se devolvió nuevamente como el más simple, pero con pequeñas modificaciones del circuito de la red de tiratrón, lo que permitió aumentar la estabilidad de su funcionamiento al nivel del generador Blumlyayn, pero aún no lo suficiente. Y una vez más, una falla épica: durante la operación prolongada a la potencia nominal, el devanado secundario de uno de los transformadores de potencia del IVN se quemó, lo que fue acompañado por la liberación de una enorme nube de humo cáustico amarillo. Como solución temporal, estos transformadores fueron reemplazados por transformadores de alto voltaje de hornos de microondas soviéticos (también un legado de mi trabajo).
"Una solución temporal al problema del transformador". El precio de esto fue reducir el voltaje del ánodo alcanzable.
El transformador quemado se desmontó para preservar su hierro para el devanado nuevo. En esta foto, el motivo del sobrecalentamiento es claramente visible: buen aislamiento térmico del devanado. Tan pronto como se superó ligeramente el muestreo actual (que para los transformadores soviéticos se puede superar en un 20-30%), el devanado se sobrecalienta fácilmente. Nunca me había visto antes que todo el resto de la ventana en el hierro (casi 1 cm en cada lado y 5 mm en los lados) esté lleno de epoxi ...
Hubo un problema con la fuente de energía que no se pudo superar en ese momento, a saber, la pobre estabilidad del tirontron en el modo de operación. Todavía se puede obtener la generación, pero mantener un funcionamiento normal a largo plazo del láser ya es muy difícil. Una revisión de muchos artículos en revistas científicas hizo posible argumentar que la razón es el exceso de voltaje inverso en el ánodo de tiratrón en el momento de su bloqueo. La peculiaridad de los tirratrones de hidrógeno pulsados es que el voltaje inverso máximo, por ejemplo, 25 kV, para tgi700 \ 25 y tgi1000 \ 25 se puede aplicar solo 25 microsegundos después de que cesa la corriente a través del tiratrón, cuando todo el plasma ya se ha resuelto. Era bastante lógico suponer que esta regla no se viola, ya que la respuesta de frecuencia es de 10 kHz, lo que significa que la "brecha" entre pulsos es de 100 μs. Pero no tomé en cuenta un factor. El plasma de la descarga del arco dentro del tiratrón es inerte. Si no todos, entonces muchos probablemente recuerden que si miras el guión gráfico de la extinción de un arco que se encendió en una subestación transformadora grande, puedes ver que el arco no desaparece instantáneamente, pero en el transcurso de unos pocos fotogramas el video se rompe gradualmente en partes separadas, que luego se apagan gradualmente. Lo mismo sucede en un tirotra de hidrógeno pulsado: después de que la corriente cesa (corte), la descarga del arco también se enfría relativamente lentamente, se descompone en pedazos y luego desaparece por completo. Solo después del final de este proceso se le pueden aplicar 25 kilovoltios de voltaje inverso. Si hace esto antes, se producirá un nuevo colapso no autorizado del tiratrón en la dirección opuesta y esto causará un cortocircuito en el IVN y la operación de su protección actual. Más bien, no todo es tan infernal. En el momento de la reabsorción de la descarga (antes de la expiración de los 25 μs posteriores al pulso acordados), se puede aplicar voltaje inverso y el tiratrón no se romperá. Pero solo 5 kilovoltios. En consecuencia, cuando un tiratrón opera en un circuito de bomba láser de vapor de cobre, este voltaje se excede debido a varios procesos no estacionarios al momento de cerrar el tiratrón. Además, se convierte en el más grande justo cuando aparece cobre en la descarga del láser, lo que cambia mucho las características del AE como una carga para el generador, lo que conduce a un desajuste.
Se han intentado muchos métodos para eliminar este fenómeno optimizando la coincidencia en diferentes modos de funcionamiento, pero no se obtuvo ningún resultado radical: las condiciones que dieron un funcionamiento estable en el modo de generación de radiación resultaron ser inadecuadas para el modo de calentamiento y viceversa. Una solución radical fue solo cambiar la topología de la unidad de potencia, con la adición de nuevos elementos.
El diagrama de la unidad de potencia se volvió a hacer en un circuito aparentemente prometedor de "generador de Arkadyev-Marx" en dos tirotones. Esto prometió el uso de los tirratrones más simples y accesibles TGI1-700 \ 25 sin sobrecargar el poder disipado en el ánodo. El generador de impulsos de control también se rehizo para desbloquear simultáneamente 2 tirratrones. La idea del circuito actualizado era que tiene 2 condensadores que están en conexión paralela al momento de la carga, y en el momento en que dos tirratrones se desbloquean simultáneamente, estos condensadores se conectan en serie, como resultado de lo cual se agregan sus voltajes y se aplican a los electrodos AE. Esto también prometió alguna mejora en la inclinación del frente de pulso en el AE y, como resultado, un aumento en la potencia de radiación de salida, ya que la amplitud de voltaje instantánea en los electrodos aumentó. Se montó un nuevo diseño de la unidad de potencia, que se veía así:
Y en el diagrama todavía parece bastante simple, aunque hay más detalles.
Las pruebas mostraron la inoperancia completa del circuito en mi rendimiento: los tirratrones se abrieron aparte. Tal vez estaba haciendo algo mal. Después de eso, decidí cambiar la topología de la unidad de potencia nuevamente, después de consultar a un especialista. Entonces, un generador Blumlyayn modificado. Es casi idéntico al generador Blumlyayn habitual, pero se le agregan algunos elementos más. A saber, el llamado "circuito de compresión de pulso magnético". La esencia de su trabajo es que la amplitud de la corriente de pulso que fluye a través de un inductor saturable en el momento de la saturación del inductor aumenta bruscamente. Dado que la cantidad de energía transferida por un pulso es limitada, y la duración del pulso inicial también es limitada, en el momento de la saturación del acelerador y el aumento de corriente en el circuito, esta porción de energía no tiene nada que hacer sino "comprimir" en el tiempo, respectivamente, el pulso actual en el AE (tubo láser) es significativamente se está reduciendo Y si es así, se puede aumentar la duración del pulso actual que pasa a través del tiratrón, y en el tubo láser se puede reducir la duración del pulso, y lo más importante, puede aumentar la pendiente del frente en el AE y aumentar la potencia de radiación de salida. Se ve muy tentador.
Así es como se ve el circuito que ensamblé con los valores dados de las partes.
El inductor L2 estira el pulso actual a través del tiratrón en el tiempo, y el inductor L4 es un inductor saturable para la "compresión magnética" del pulso en el tubo láser. ¡Y este circuito finalmente comenzó a funcionar de manera estable! El resultado definitivamente justificó el esfuerzo dedicado a la fabricación de un estrangulador no lineal. Me detendré en esto con más detalle. Nuevamente, decidí repetir el diseño descrito en la literatura. Y allí se propuso hacer que un acelerador, que consistía en una "vuelta" de un tubo de cobre grueso, pasara por 120 pequeños anillos de ferrita. Una pieza de un tubo de cobre con un diámetro de 12 mm se compró en una tienda para refrigeradores. Se compraron anillos de ferrita con un pequeño margen. Lo único que quedaba era atarlos a la tubería. Encadenarlos a todos de una vez fue irracional: la salchicha era demasiado larga. Luego decidí hacer dos piezas del tubo, ensartar 60 anillos en ellas y doblarlas en forma de U. Es más fácil decirlo que hacerlo. El hecho es que el tubo no es perfectamente liso, y en los anillos el diámetro es un poco, por décimas de milímetro, pero difiere. Incluso me encontré con anillos en los que el agujero era cónico o elíptico. Y luego uno y el segundo al mismo tiempo.
Un intento de tirar del anillo por la fuerza llevó a su ruptura instantánea en pedazos. Aproximadamente la mitad vestían libremente, sin ningún problema. Luego tuve que tratar el tubo de cobre con papel de lija, hasta que los siguientes anillos comenzaron a subir. Luego otra vez máscaras, ponte de nuevo ... Y así repite hasta el final. Como resultado, obtuvimos ese diseño.
Fue instalado en un nuevo diseño de la unidad de potencia.
La instalación está en ejecución. El láser se está calentando. Durante media hora, ni una sola operación de protección. Es un exito! Finalmente, aparece la emisión espontánea de cobre, seguida de una generación débil. Luego sintonizando los espejos de resonador. ¡Y la habitación está iluminada por un potente rayo láser de un color verde venenoso!
El punto de luz en la pared de azulejos blancos es tan brillante que toda la habitación está bien iluminada. Y al mismo tiempo, el brillo del resplandor continuó aumentando hasta alcanzar un valor constante. A medida que aumentaba el brillo, el color del haz cambiaba de verde venenoso a verde limón, lo que indicaba la generación efectiva de una línea amarilla. La potencia de radiación excedió varias veces el mínimo obtenido anteriormente, se supuso que el límite inferior no era inferior a 3 vatios. Con un consumo de energía de 1800 vatios.
El haz que atraviesa la lente se quema muy vigorosamente sobre cartón.
Las pruebas con láser también están en video:
El rayo láser es claramente visible. Su diámetro corresponde al diámetro del canal de descarga, 20 mm.
El canal de descarga dentro del AE a una temperatura de funcionamiento es casi blanco.
El rayo láser es claramente visible en una habitación iluminada.
Detrás de la lente de enfoque corto, el cono del haz que primero converge frente al foco y luego diverge (la región de la "constricción" de los rayos) es bellamente visible. Es mejor no colocar objetos combustibles en foco.
Usando un fragmento de un CD-ROM, puede descomponer el haz en el espectro. Se puede ver claramente que el haz tiene líneas verdes y amarillas, mientras que el amarillo se ha vuelto mucho más poderoso que antes.
La línea amarilla se puede distinguir por separado mediante un filtro que bloquea la luz verde, a saber, naranja.
Ahora era posible exhalar y comenzar la transición del diseño al producto terminado. La primera unidad de potencia fue embalada en la caja. Como material para el caso, se eligieron madera y madera contrachapada, como los que se procesan más fácilmente con una herramienta eléctrica doméstica. Todos los elementos se colocaron sobre una base compacta, el acelerador de compresión magnética se ocultó en una sección de la tubería de alcantarillado y fue soplado allí por un ventilador. El ánodo del tiratrón es soplado por su ventilador. Y para que el aire caliente no se acumule en la carcasa cerrada, se instala el tercer ventilador más potente, creando un tiro dentro de la unidad. Durante la instalación del componente, se veía así.
Y ensamblado, así.
El siguiente fue el generador de control para la red de energía del tirottron. El oscilador maestro y el amplificador se trasladaron a una carcasa común, de modo que su ancho y profundidad fueran iguales al ancho y profundidad de la unidad de potencia.
Resultó algo así como un tablero de instrumentos. El bloque IVN ya estaba listo, en general, era necesario agregar solo las paredes laterales. Al mismo tiempo, la decoración exterior de los bloques continuó: se decidió pintarlos de negro.
El stand listo resultó así.
Aún así, me atormentaba la sensación de que la operación del láser aún podía mejorarse y que la potencia de radiación aún aumentaba. Como todavía había transformadores "temporales" de microondas dentro del IVN, que no permitían obtener un voltaje de salida de más de 5 kV después del rectificador. Se tomó una decisión decidida: fabricar un transformador de alto voltaje completamente nuevo con aislamiento de aceite y refrigeración por agua. La tarea está configurada: tensión alterna de salida de 7 kV, corriente de salida continua - 400 mA. Desde el devanado secundario, decidí hacer curvas cada 500V, comenzando con un voltaje de 4.5 kV. Los cálculos mostraron que es posible usar un núcleo de un transformador quemado, mientras que la ventana estaba completamente llena. Primero enrolle el transformador mismo.
Luego se fortaleció a una placa de textolita a través de la cual salieron todas las conclusiones.
Luego se encontró un tanque de chapa metálica en la recepción de chatarra.
Se inserta una bobina en el interior para enfriar el aceite.
Luego se ensambló el transformador.
Y puesto en su lugar apropiado.
¡Iniciar un láser con un nuevo transformador aumentó la potencia a unos 5 vatios! Es decir resultó el equivalente completo de la configuración de fábrica, mencionada al principio del artículo. Solo menor tamaño, peso y menor consumo de energía.
A plena potencia, el color del haz se vuelve más amarillo.
¡Se logra el resultado deseado! Solo hay un diseño cosmético. Primero ordené la impresión de elegantes placas de identificación en inglés para indicar todos los controles. Al mismo tiempo, nació el nombre del láser: Lightsaber. Debido a que la potencia del rayo láser, su grosor, los efectos de sonido característicos que acompañan la operación del láser, recuerdan mucho a los sables láser Jedi. Y mi sueño de la infancia de una espada así se cumplió, aunque en una forma tan distorsionada. Quizás los seguidores de los punteros láser de alta potencia no están de acuerdo conmigo sobre las similitudes con el sable de luz, pero, en mi opinión, este láser tiene más similitudes, a pesar de que no pueden agitar como un puntero.
Aquí hay una revisión en video del sistema láser resultante de mi amigo que estaba de visita.
Quedaba por hacer que la carcasa exterior del emisor y el soporte. Las materias primas para ello ya se han preparado: una tubería de alcantarillado de plástico con un diámetro de 250 mm. Se cortó a medida, se cortó una campana para que fuera imperceptible y se perforaron orificios de ventilación. El soporte también estaba hecho de madera, específicamente de la pared de un viejo gabinete. Un hermoso asa de transporte se adjunta a la parte superior de la caja.
Luego se pintó todo y se hicieron paneles falsos adicionales, cubriendo la caja desde los extremos. El emisor láser finalmente recuperó su forma final.
El siniestro brillo anaranjado del tubo láser en la oscuridad no dejará indiferente a nadie. Especialmente cuando luego es reemplazado por un resplandor verde no menos siniestro.
Y la fuente de energía en su forma final resultó ser la mitad del tamaño de un refrigerador ordinario, y con un peso total de no más de 100 kilogramos. Lo que también supera al gabinete de fábrica. Y al mismo tiempo se adapta bien al interior.
Aquí hay una historia sobre un sistema láser hecho en casa, que me trajo una experiencia tremenda en tecnología láser, tecnología de pulso de alto voltaje y otras disciplinas relacionadas. Este proyecto no habría sido implementado sin el apoyo de mis amigos y conocidos. Me gustaría agradecer especialmente a las personas que me ayudaron a obtener 2 elementos activos de UL-102, Pavel Gugin del Instituto de Física y Tecnología de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia, que me ayudó con consejos y enlaces a la literatura para optimizar la parte de poder de la fuente de poder, Alex Neuromantix por ayudarme a encontrar artículos científicos discusión relacionada y fructífera, Alexander "erizo" Larionov por el hecho de que vendí más tiratrones, y sobre todo quiero dar las gracias a la
portadora y su amigo, que ayudó con la entrega de estos tiratrones de Rusia, así y, finalmente, me gustaría dar las gracias a Dennis "neutrones tormenta "para la inspiración para hacer este proyecto, por lo que podría despertar sueño de la infancia. Y también a todos aquellos que monitorearon la implementación de este proyecto y brindaron apoyo moral. Gracias a todos por leer. Y para aquellos que todavía tienen la pregunta "¿Por qué se necesitaba todo esto?", Lea el descargo de responsabilidad.
El final de la epopeya sobre UL102 está
aquí.Las principales fuentes de literatura:
1. Grigoryants A. G., Kazaryan M. A., Lyabin N. A. Láseres de vapor de cobre: características de diseño y aplicaciones. 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. Láseres basados en transiciones metálicas autolimitadas. Fizmatlit, 2011
3. Lyabin N. A. Creación de modernos láseres industriales y sistemas láser basados en vapor de cobre para el procesamiento preciso de materiales. La disertación para el doctorado de Doctor en Ciencias Técnicas, Moscú, 20144. G. G. Petrash. Láseres de vapor de metal y sus haluros. Actas del Instituto Físico de Lebedev, vol. 181, 1987PD: Casi inmediatamente después de la finalización del proyecto, se capturó un elemento activo completamente nuevo del láser de vapor de cobre con una potencia de salida de 20 vatios. GL201 "Cristal". Pero esta será una historia completamente diferente ...
El comienzo en la primera parte .