Energiaátvitel révén a lézer-plazma csatorna
VV Apollo, MTA doktora. Professzor.
Másrészt az elmúlt 20 évben a laboratóriumokban számos fejlett országban, a kutatás folyik, hogy hozzanak létre egy hatékony rendszert lézer villám. Ennek alapján a lézer rendszer az úgynevezett hosszú lézer szikra összekötő thundercloud egy földelt fém rudat - a klasszikus terelő. A maximális hossz sikerült lézer szikra elektromos kisülés
16 m kaptunk Japánban használatakor pulzáló CO2 lézer energia
0,5 kJ és gömb alakú optika (1. ábra).
Később azt is kimutatták, hogy sokkal jobb teljesítményt a vezetőképességét mutatja hosszú lézer szikra kaptuk, kúpos optika. Ebben a tanulmányban javasolta először, mint egy összekötő vonal két rezgőkörökkel hosszú lézer szikra által létrehozott kúpos optika.
Jelenleg többek között a rengeteg különböző típusú lézerek irányított lézer szikra elektromos kisülés már széles körben használják, csak kétféle lehet: pulzáló CO2 lézerek és femtoszekundumos szilárdtest lézerek.
A fő előnye a femtoszekundumos lézerek az a képesség, hogy hozzon létre egy hangulatot a terjedési irányát a lézersugár egy vagy több ionizált párhuzamos csatornákat (ún szálak), a tipikus átmérője 100 mikron. Amikor a elektronsűrűségek az értékelés az ilyen szálak 10 16 cm -3 és a lézer hullámhossza a tartományban 0,5-1,0 mikron plazma alig nyel a lézersugárzás. Ebben az esetben a csatorna hossza határozza meg az intenzitás a lézersugárzás és abban az esetben az energia femtoszekundumos impulzus
100 mJ tud elérheti a 150 - 200 m. Képesség jelentős növekedése hossza a szálak összefüggésben lehet csak használni a villamos femtoszekundumos lézerrendszerek energiával
1 J vagy több. Az ilyen rendszerek már léteznek formájában egyedülálló laboratóriumi állványok és aligha használható a kereskedelmi és katonai alkalmazások.
Abban az esetben, impulzusüzemű CO2 lézerek és a klasszikus, gömb alakú vagy kúpos optika szikra csatorna hossza paraméterei határozzák meg a lézer maró és az alkatrész, amelyben a sugárzás intenzitása meghaladja a küszöbértéket optikai bontása levegő. Szabad intenzitása küszöbértéket kapcsolódó jellemzői a plazma előállító szerkezet, amelyben a lavina szaporodását a kezdeti „háttér” az elektronok a lézer sugárzási tér. A fő különbség a geometriája a szikra esemény, és egy hosszú impulzus gömb alakú optika a helyzet egy femtoszekundumos lézer, hogy a lézer szikra foglal belüli térfogat a maró a fókuszsík irányába a lézer, mivel A lézerfény nem tudnak áthatolni a plazma általa teremtett. Ebben az esetben a maximális hossza kialakítására egy szikra Fontos, hogy használja a CO2-lézer impulzus hagyományos formában, vagyis rövid (50-100 ns) tüskék és a hosszú (1-3 ms) farok. Ebben az esetben, a hosszú farok biztosít újramelegítése felé a lézersugár és a bővülő a maró a lézer plazma, és ennek megfelelően, növeli a hossza a lézer szikra. Lézer szikra hossza több száz méter kaptuk a Szovjetunióban a CO2 lézer sugárzási energia
5 kJ klasszikus sugárzás és impulzus alakja.
Abban az esetben, egy kúpos optika lehetőség van kialakítására lézerplazma csatornák lényegesen nagyobb hosszúságú. Becslésünk szerint a hossza az ilyen csatornák esetében a kúpos optika elérheti a több tíz kilométeres használatakor ismétlődően pulzáló CO2 lézer átlagos teljesítménye 0,1-1 MW. Ebben az esetben a geometria a szikra egészen más: Hogyan következetesen előfordul „összeomlását” a lézersugár a tengelye körül, a „összeomlása” területén hossza határozza csak az átmérője a sugár a kúpos tükör és az a szög a kúp. Ebben az esetben, szemben a gömb alakú optika plazma első irányában mozgó a lézersugár (azaz, a felülete a fókuszáló tükör a külső), a különböző térbeli régiók egy lézersugár keresztmetszetét formája különböző részeit a plazma csatorna. Ezért a kialakulása igen hosszú lézer szikra még viszonylag rövid hullámhosszú lézer impulzusok. Fényképészeti szikra azt mutatta, hogy sokaságából áll, közel szomszédos elemek egymáshoz alakú, mint a kínai kalap és egymástól azonos távolságra (ábra. 2).
Így, amikor a kísérletek végrehajtása a távvezeték két rezgőkörökkel rendezett a parttól 1-100 m, érdemes használni mindkét típusú lézerek, és összehasonlítani a hatékonyságukat. Ugyanakkor, hogy hozzon létre egy szuper-tartományban energiaátadás kereskedelmi rendszerek erőteljes nagyfrekvenciás impulzus-periodikus CO2 lézerek tűnnek ígéretesnek, mivel jelentősen csökkenti a küszöböt optikai bontása a levegő és a mérnöki - technikailag fejlettebb szempontjából méretezés a kimeneti teljesítmény akár több száz kilowatt.
Fontos jellemzője az általunk javasolt kísérletek kommunikálni két rezgőkörökkel a lézer-plazma csatorna készül különböző szerepét ezen a csatornán. A kísérletek nagyfeszültségű csatorna vezetőképességének döntő szerepet játszott a mi esetünkben a lézer-plazma csatornát, valamint a vékony huzal látszólag szerepet játszik a irányba mutató elektromágneses hullám mozgást egy vonal mentén generált a lézer által.
Amint a fentiekben említettük, a geometria a plazma csatornák a két típusú lézerek meglehetősen eltérő: egy sor vékony, egymással párhuzamos szálak (femtoszekundumos), vagy egy egycsatornás mesh többé-kevésbé egységes plazma (vagy FS erős CO2 lézerek). Azonban ezt a tényezőt, valamint a plazma csatorna vezetőképessége, nem lehet döntő.
Így abban a pillanatban nem lehet azt mondani, hogy bármely két típusú lézerek kritikus előnye a tervezett vizsgálatok kis (néhány méter) hosszúságú lézerplazma csatornát. Mindazonáltal azt tervezi, hogy elkezd dolgozni egy jól kiégett pulzáló CO2 lézer, amely elérhető, és a jövőben is a soros femtoszekundumos energiával
10 mJ és hatékonyságának összehasonlítására két lézer a probléma megoldásában.
A formáció egy hosszú lézeres szikra keresztül kúpos optika első kiviteli használata javasolt két időbeli alakjának a lézersugárzás:
1) szabad mnogoatmosfernogo impulzus időtartam CO2 lézerrel
50 ns, amelynek nincs hagyományos farok egy időtartama több mikroszekundum,
2) sverkorotkih vonat (10-100 db), lézer impulzus időtartam után
10 ns, és egy borítékot, amelynek az alakja egy szabadon futó impulzus.
Az első esetben a csúcsteljesítmény az impulzus energia
20 J megegyezik a hagyományos impulzus csúcsteljesítmény (long tail) energiával 200 - 300 J, a második esetben, mivel a nagy terhelhetőség impulzus, azaz a. időtartamához képest az ismétlési periódus, növeli még, akár 103-szor. A nagy csúcsteljesítmény jelentősen csökkenti az energia a levegő bontás küszöbértékek és elvárják, hogy megkapja a hossza egy lézeres szikra 3 - 5 m viszonylag alacsony (CO2 - lézer) sugárzási energiája 10-20 J.
Végzett kísérletek általunk korábban GPI a hagyományos CO2 formájában lézersugárzás, és egy kis (600 V-ig) a lehetséges alkalmazható a „végek” a lézer szikra mutatta, hogy a lézeres plazma izzás tartjuk fenn 5-10 mikroszekundum, míg a vezetőképesség a lézer-plazma csatorna ott sokkal hosszabb - a 50-100 msec volt. A kísérletek során javasolt, hogy meghatározza időbeli dinamikája a lézer plazma jelenlétében mind a nagyfeszültségű az áttevő rezonancia áramkör, és anélkül, hogy. A fenti mérések eredményeit hagyjuk következtetéseket levonni a hatása az elektromos energia átviteli folyamat fenntartása érdekében a vezetési lézer-plazma csatornát. Azt is meg kell vizsgálnunk késlelteti a kialakulását lézerplazma tekintetében bizonyos fázisában nagy feszültséget a jeladó áramkört, mondjuk, egy maximális pozitív potenciál a földhöz képest, az energiaátadás hatásfokát.
Az E kísérletek eredményei segítenek következtetéseket levonni az optimális impulzus ismétlési frekvencia a tervezett későbbi kísérletek segítségével CO2 lézer átlagos teljesítménye 100 kW, impulzus ismétlési sebessége 10 - 50 kHz. egybeesik gyakorisága rezgőkört, becslésünk szerint növeli a hosszát a lejátszás lézerplazma csatorna több kilométerre, továbbá vizsgálja meg annak lehetőségét parametrikus szivattyúzási energia miatt a lézer forrás.
Így ez a kiadvány vállalt találni, amelynek segítségével a jól képzett kutatás és fejlesztés - tervezési munka „Energia átutalás lézer - plazma csatornát a rezonancia módszer N. Tesla”.