Avertissement: ce projet a été réalisé en raison de mon grand amour pour l'art d'obtenir le rayonnement laser, en grande partie pour le processus de sa mise en œuvre, je vous demande donc de ne pas poser la question «pourquoi est-ce nécessaire» dans les commentaires. Les informations ci-dessous sont uniquement à titre indicatif, l'auteur n'est pas responsable des conséquences des tentatives de répétition des
Résumé de la
première partie :
- Un modèle de source d'alimentation pour un laser à vapeur de cuivre UL-102 a été construit
- Par essais et erreurs, des conditions ont été trouvées dans lesquelles la génération de rayonnement pouvait être obtenue
- Reçu une puissance de rayonnement importante, environ 1 W
- La version finale de l'émetteur est assemblée
- Puis une étrange série d'échecs a suivi, mettant le projet en danger de fermeture.
Que s'est-il passé ensuite? Regardez sous la coupe.
Le projet a été suspendu en raison d'une fuite de l'élément actif UL-102. L'élément actif a été stocké en état de fonctionnement, après 2 mois, il a été découvert une fuite. À en juger par la pression du gaz à l'état stable, la fuite était très lente, car il était toujours possible de mettre le feu à une décharge de streamer d'une forme caractéristique, mais le long du canal de décharge, elle ne s'est plus enflammée. Une tentative de détection d'une fuite a échoué. Et tout cela malgré le fait que le cadre de ce type particulier d'élément actif a déjà été assemblé, et l'installation d'un autre type est impossible.
C'est ainsi que les décharges dans l'AE se sont déroulées.
Il n'y avait pas d'autre choix que de chercher une nouvelle UL-102. J'ai dû mobiliser toutes mes connexions dans divers instituts de recherche et laboratoires laser dans différentes villes, mais cela a quand même donné mon résultat - un nouvel élément actif a été obtenu, également un nouveau, dans la boîte de l'usine. De plus, il s'agissait d'une année de libération plus récente.
Déballage d'un nouvel AE:
Lors de la recherche d'un nouvel AE, j'ai réussi à faire la connaissance d'un bon spécialiste de l'alimentation électrique du CVL, qui m'a signalé un certain nombre de mes erreurs. Le nouvel AE a été immédiatement monté dans l'émetteur fini et les expériences se sont poursuivies. Le «schéma d'excitation directe» a été à nouveau rendu comme le plus simple, mais avec de petites modifications du circuit du réseau de thyratrons, ce qui a permis d'augmenter la stabilité de son fonctionnement au niveau du générateur Blumlyayn, mais toujours pas assez. Et encore une fois une panne épique - lors d'un fonctionnement prolongé à la puissance nominale, l'enroulement secondaire de l'un des transformateurs de puissance de l'IVN a brûlé, ce qui s'est accompagné de la libération d'un énorme nuage de fumée caustique jaune. Comme solution temporaire, ces transformateurs ont été remplacés par des transformateurs haute tension provenant de fours à micro-ondes soviétiques (également un héritage de mon travail).
"Une solution temporaire au problème du transformateur." Le prix pour cela était de réduire la tension d'anode réalisable.
Le transformateur brûlé a été démonté afin de conserver son fer pour le bobinage neuf. Sur cette photo, la raison de la surchauffe est clairement visible - bonne isolation thermique de l'enroulement. Dès que l'échantillonnage actuel (qui pour les transformateurs soviétiques peut être dépassé de 20 à 30%) a été légèrement dépassé, l'enroulement a été facilement surchauffé. Je n'ai jamais rencontré auparavant que tout le reste de la fenêtre dans le fer (près de 1 cm de chaque côté et 5 mm sur les côtés) est rempli d'époxy ...
Il y avait un problème avec la source d'alimentation qui ne pouvait pas être surmonté à ce moment, à savoir la mauvaise stabilité du thyratron en mode de fonctionnement. La génération peut encore être obtenue, mais le maintien d'un fonctionnement normal à long terme du laser est déjà très difficile. Une revue de nombreux articles dans des revues scientifiques a permis de faire valoir que la raison en est l'excès de tension inverse à l'anode du thyratron au moment de son verrouillage. La particularité des thyratrons à hydrogène pulsé est que la tension inverse maximale, par exemple, 25 kV, pour tgi700 \ 25 et tgi1000 \ 25 ne peut être appliquée que 25 microsecondes après l'arrêt du courant dans le thyratron, lorsque tout le plasma est déjà résolu. Il était tout à fait logique de supposer que cette règle n'est pas violée, car la réponse en fréquence est de 10 kHz, ce qui signifie que «l'écart» entre les impulsions est de 100 μs. Mais je n'ai pas pris en compte un facteur. Le plasma de la décharge d'arc à l'intérieur du thyratron est inerte. Si ce n'est pas tout, alors beaucoup se souviennent probablement que si vous regardez le scénario de l'extinction d'un arc qui a été allumé dans une grande sous-station de transformation, vous pouvez voir que l'arc ne disparaît pas instantanément, mais au cours de quelques images, la vidéo se décompose progressivement en morceaux séparés, qui s'éteignent ensuite progressivement. La même chose se produit dans un thyratron à hydrogène pulsé - après l'arrêt du courant (coupure), la décharge de l'arc se refroidit également relativement lentement, se désintégrant en lambeaux, puis disparaît complètement. Ce n'est qu'après la fin de ce processus que 25 kilovolts de tension inverse peuvent lui être appliqués. Si vous le faites plus tôt, une nouvelle panne non autorisée du thyratron dans la direction opposée se produira et cela provoquera un court-circuit de l'IVN et le fonctionnement de sa protection actuelle. Au contraire, tout n'est pas si infernal. Au moment de la résorption de décharge (avant l'expiration de la période post-impulsion de 25 μs convenue), une tension inverse peut être appliquée et le thyratron ne traversera pas. Mais seulement 5 kilovolts. Par conséquent, lorsqu'un thyratron fonctionne dans un circuit de pompe laser à vapeur de cuivre, cette tension est dépassée en raison de divers processus non stationnaires au moment de la fermeture du thyratron. De plus, il devient le plus grand juste au moment où le cuivre apparaît dans la décharge laser, ce qui change beaucoup les caractéristiques de l'AE en tant que charge pour le générateur, ce qui conduit à un décalage.
De nombreuses méthodes ont été essayées pour éliminer ce phénomène en optimisant la coordination dans différents modes de fonctionnement, mais aucun résultat radical n'a été obtenu - les conditions qui ont donné un fonctionnement stable dans le mode de génération de rayonnement se sont révélées inappropriées pour le mode de chauffage et vice versa. Une solution radicale n'a été que de changer la topologie de l'unité de puissance, avec l'ajout de nouveaux éléments.
Le diagramme de l'unité de puissance a de nouveau été refait en un circuit "générateur Arkadyev-Marx" apparemment prometteur sur deux thyratrons. Cela promettait l'utilisation à nouveau des thyratrons plus simples et plus accessibles TGI1-700 \ 25 sans surcharger la puissance dissipée à l'anode. Le générateur d'impulsions de commande a également été refait pour cela afin de débloquer simultanément 2 thyratrons. L'idée du circuit mis à jour était qu'il dispose de 2 condensateurs qui sont en connexion parallèle au moment de la charge, et au moment où deux thyratrons sont déverrouillés simultanément, ces condensateurs sont connectés en série, ce qui permet d'ajouter leurs tensions et de les appliquer aux électrodes AE. Cela a également promis une certaine amélioration de la raideur du front d'impulsion sur l'AE et, par conséquent, une augmentation de la puissance de rayonnement de sortie, car l'amplitude de tension instantanée aux électrodes a augmenté. Une nouvelle disposition de l'unité d'alimentation a été assemblée, qui ressemblait à ceci:
Et sur le diagramme, cela semble encore assez simple, bien qu'il y ait plus de détails.
Les tests ont montré l'inopérabilité totale du circuit dans ma performance - les thyratrons se sont ouverts à part. Peut-être que je faisais quelque chose de mal. Après cela, j'ai décidé de changer à nouveau la topologie du bloc d'alimentation, après avoir consulté un spécialiste. Donc, un générateur Blumlyayn modifié. Il est presque identique au générateur Blumlyayn habituel, mais quelques éléments supplémentaires y sont ajoutés. A savoir, le soi-disant "circuit de compression d'impulsions magnétiques". L'essence de son travail est que l'amplitude du courant d'impulsion circulant à travers un inducteur saturable au moment de la saturation de l'inducteur augmente fortement. Étant donné que la quantité d'énergie transférée par une impulsion est limitée et que la durée initiale de l'impulsion est également limitée, au moment de la saturation des gaz et de l'augmentation du courant dans le circuit, cette portion d'énergie n'a rien d'autre à faire que de "comprimer" dans le temps, respectivement, l'impulsion de courant sur l'AE (tube laser) est significativement se rétrécit. Et si c'est le cas, la durée de l'impulsion de courant traversant le thyratron peut être augmentée, et sur le tube laser, la durée de l'impulsion peut être réduite, et plus important encore, vous pouvez augmenter la pente du front sur l'AE et augmenter la puissance de rayonnement de sortie. Ça a l'air très tentant.
Voici à quoi ressemble le circuit que j'ai assemblé avec les valeurs données des pièces.
L'inductance L2 étire l'impulsion de courant à travers le thyratron dans le temps, et l'inductance L4 est une inductance saturable pour la "compression magnétique" de l'impulsion sur le tube laser. Et ce circuit a finalement commencé à fonctionner de manière stable! Le résultat a définitivement justifié l'effort consacré à la fabrication d'un starter non linéaire. Je m'attarderai là-dessus plus en détail. Encore une fois, j'ai décidé de répéter la conception décrite dans la littérature. Et là, il a été proposé de faire un étranglement, composé d'un "tour" d'un tube de cuivre épais, passé à travers 120 petits anneaux de ferrite. Un morceau de tube en cuivre d'un diamètre de 12 mm a été acheté dans un magasin de réfrigérateurs. Des anneaux de ferrite avec une petite marge ont été achetés. Il ne restait plus qu'à les enfiler sur le tuyau. Les enfiler tous d'un coup était irrationnel - la saucisse était trop longue. J'ai alors décidé de faire deux morceaux du tube, de ficeler 60 anneaux dessus et de les plier en forme de U. Plus facile à dire qu'à faire. Le fait est que le tube n'est pas parfaitement lisse, et dans les anneaux le diamètre est un peu, par dixième de millimètre, mais il diffère. J'ai même rencontré des anneaux dans lesquels le trou était conique ou elliptique. Et puis un et le second en même temps.
Une tentative de tirer l'anneau par la force a conduit à sa rupture instantanée en morceaux. Environ la moitié étaient habillés librement, sans aucun problème. Ensuite, j'ai dû traiter le tube de cuivre avec du papier de verre, jusqu'à ce que les anneaux suivants commencent à grimper. Puis encore des peaux, enfilez à nouveau ... Et donc répétez jusqu'à la fin. En conséquence, nous avons obtenu un tel design.
Il a été installé dans une nouvelle configuration de l'unité de puissance.
L'installation est en cours. Le laser se réchauffe. Pendant une demi-heure, pas une seule opération de protection. C'est un succès! Enfin, une émission spontanée de cuivre apparaît, suivie d'une faible génération. Puis accordez les miroirs du résonateur. Et la pièce est éclairée par un puissant faisceau laser d'une couleur verte vénéneuse!
La tache lumineuse sur le mur carrelé blanc est si brillante que toute la pièce est brillamment éclairée. Et en même temps, la luminosité de la lueur a continué d'augmenter jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur constante. À mesure que la luminosité augmentait, la couleur du faisceau passait du vert toxique au vert-citron, ce qui indiquait la génération efficace d'une ligne jaune. La puissance de rayonnement a dépassé le minimum précédemment obtenu à plusieurs reprises, la limite inférieure étant supposée être d'au moins 3 watts. Avec une consommation électrique de 1800 watts.
Le faisceau traversant la lentille brûle très vigoureusement sur le carton.
Les tests laser sont également en vidéo:
Le faisceau laser est clairement visible. Son diamètre correspond au diamètre du canal de décharge, 20 mm.
Le canal de décharge à l'intérieur de l'AE à une température de fonctionnement est presque blanc chaud.
Le faisceau laser est clairement visible dans une pièce éclairée.
Derrière la lentille à foyer court, le cône du faisceau convergeant d'abord devant le foyer puis divergent (la région de la «constriction» des rayons) est magnifiquement visible. Il est préférable de ne pas mettre au point des objets combustibles.
À l'aide d'un fragment de CD-ROM, vous pouvez décomposer le faisceau dans le spectre. On peut voir clairement que le faisceau a des lignes vertes et jaunes, tandis que le jaune est devenu beaucoup plus puissant qu'auparavant.
La ligne jaune peut être distinguée séparément par un filtre qui bloque la lumière verte, à savoir l'orange.
Il était maintenant possible d'exhaler et de commencer la transition de la présentation au produit fini. La première unité d'alimentation était emballée dans le boîtier. Comme matériau pour le boîtier, le bois et le contreplaqué ont été choisis, tels que ceux qui sont les plus faciles à traiter avec un outil électrique domestique. Tous les éléments ont été placés sur une base compacte, l'accélérateur de compression magnétique a été caché dans une section du tuyau d'égout et soufflé là par un ventilateur. L'anode du thyratron est soufflée par son ventilateur. Et pour que l'air chaud ne s'accumule pas dans le boîtier fermé, le troisième ventilateur le plus puissant est installé, créant un courant d'air à l'intérieur de l'unité. Pendant l'installation des composants, cela ressemblait à ceci.
Et assemblé - comme ça.
Vient ensuite le générateur de commande pour le réseau de thyratrons de puissance. L'oscillateur maître et l'amplificateur se sont déplacés vers un boîtier commun, conçu pour que sa largeur et sa profondeur soient égales à la largeur et la profondeur de l'unité de puissance.
Il s'est avéré quelque chose comme un tableau de bord. Le bloc IVN était déjà prêt, en général, il fallait ajouter uniquement les parois latérales. Dans le même temps, la décoration extérieure des blocs a continué - il a été décidé de les peindre en noir.
Le stand prêt s'est avéré comme ça.
Pourtant, j'étais hanté par le sentiment que le fonctionnement du laser pouvait encore être amélioré et que la puissance de rayonnement augmentait toujours. Puisqu'il y avait encore des transformateurs «temporaires» de micro-ondes à l'intérieur de l'IVN, qui ne permettaient pas d'obtenir une tension de sortie de plus de 5 kV après le redresseur. Une décision volontariste a été prise: fabriquer un tout nouveau transformateur haute tension avec isolation à l'huile et refroidissement par eau. La tâche est définie: tension alternative de sortie de 7 kV, courant de sortie continu - 400 mA. À partir de l'enroulement secondaire, j'ai décidé de faire des virages tous les 500V, en commençant par une tension de 4,5 kV. Les calculs ont montré qu'il est possible d'utiliser un noyau d'un transformateur grillé, alors que la fenêtre était complètement remplie. Enrouler d'abord le transformateur lui-même.
Puis il a été renforcé en une plaque textolite à travers laquelle toutes les conclusions sont sorties.
Ensuite, un réservoir en tôle a été trouvé lors de la réception de la ferraille.
Une bobine est insérée à l'intérieur pour refroidir l'huile.
Ensuite, le transformateur a été assemblé.
Et mis à sa place.
Le démarrage d'un laser avec un nouveau transformateur a augmenté la puissance à environ 5 watts! C'est-à-dire il s'est avéré l'équivalent complet du réglage d'usine, mentionné au début de l'article. Taille, poids et consommation d'énergie réduits.
À pleine puissance, la couleur du faisceau devient plus jaune.
Le résultat souhaité est atteint! Il n'y a qu'un design cosmétique. J'ai d'abord commandé l'impression de plaques signalétiques élégantes en anglais pour indiquer tous les contrôles. En même temps, le nom du laser est né - le sabre laser. Parce que la puissance du faisceau laser, son épaisseur, les effets sonores caractéristiques qui accompagnent le fonctionnement du laser, font très penser aux sabres laser Jedi. Et mon rêve d'enfance d'une telle épée s'est réalisé, bien que sous une forme assez déformée. Peut-être que les adeptes des pointeurs laser haute puissance sont en désaccord avec moi sur les similitudes avec le sabre laser, mais, à mon avis, ce laser a plus de similitudes, malgré le fait qu'ils ne peuvent pas onduler comme un pointeur.
Voici une revue vidéo du système laser résultant de mon ami qui était en visite.
Il restait à faire l'enveloppe extérieure de l'émetteur et à la tenir. Les matières premières pour cela ont déjà été préparées - un tuyau d'égout en plastique d'un diamètre de 250 mm. Il a été coupé à la taille voulue, une cloche a été coupée de façon à être imperceptible et des trous de ventilation ont été percés. Le support était également en bois, spécifiquement à partir du mur d'une ancienne armoire. Une belle poignée de transport a été fixée sur le dessus du boîtier.
Ensuite, tout a été peint et de faux panneaux supplémentaires ont été fabriqués, couvrant le boîtier des extrémités. L'émetteur laser a finalement retrouvé sa forme définitive.
La lueur orange inquiétante du tube laser dans l'obscurité ne laissera personne indifférent. Surtout quand il est alors remplacé par une lueur verte non moins sinistre.
Et la source d'alimentation dans sa forme finale s'est avérée être la moitié de la taille d'un réfrigérateur ordinaire, et avec un poids total ne dépassant pas 100 kilogrammes. Qui bat également le cabinet d'usine. Et en même temps, il s'intègre bien à l'intérieur.
Voici une histoire sur un système laser fait maison, qui m'a apporté une énorme expérience dans la technologie laser, la technologie d'impulsion haute tension et d'autres disciplines connexes. Ce projet n'aurait pas pu voir le jour sans le soutien de mes amis et connaissances. Je voudrais particulièrement remercier les personnes qui m'ont aidé à obtenir 2 éléments actifs de l'UL-102, Pavel Gugin de l'Institut de physique et de technologie de la branche sibérienne de l'Académie russe des sciences, qui ont aidé avec des conseils et des liens vers la littérature pour optimiser la partie puissance de la source d'alimentation, Alex Neuromantix pour m'avoir aidé à trouver des articles scientifiques discussions similaires et fructueuse, Alexander « hérisson » Larionov le fait que je l' ai vendu plus thyratrons, et je souhaite remercier tout particulièrement le
transporteur et son ami, qui a aidé à la livraison de ces thyratrons de la Russie, bien et , enfin , je voudrais remercier les neutrons Dennis » tempête « pour l'inspiration pour faire ce projet, pour ce qui pourrait réveiller rêve d'enfance. Et aussi tous ceux qui ont suivi la mise en œuvre de ce projet et apporté un soutien moral. Merci à tous d'avoir lu. Et pour ceux qui ont encore la question «Pourquoi tout cela était nécessaire» - lire l'avertissement.
La fin de l'épopée sur UL102 est
iciLes principales sources de littérature:
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