Лазерный комплекс для производства изотопов углерода

Работы по лазерному комплексу проводятся в соответствии с договором о финансировании научных исследований и экспериментальных разработок, заключенному с Российским фондом технологического развития. Конечной их целью является создание опытного образца лазерного комплекса для производства высокообогащенного изотопа углерода 13С производительностью до 2 кг/год на базе имеющихся макетов оборудования для лазерного и центрифужного обогащения с их доработкой и доводкой до соответствующего уровня.

Была разработана программа работ, отражающая два основных направления:

модернизация ряда систем комплекса для повышения устойчивости и надежности функционирования в течение рабочей смены;
отработка технологии лазерного обогащения с оптимизацией режимных параметров лазера и разделительного реактора.
В части модернизации систем были разработаны и изготовлены модифицированная электродная плата газоразрядной камеры импульсно-периодического СО2-лазера и устройство автономного водяного охлаждения блока тиратронов системы импульсного электропитания лазера, кроме того, была оснащена персональным компьютером на базе процессора Pentium III система контроля химического состава наработанного продукта.

Модернизация электродных плат (усовершенствование конструкции и использование вакуумно-плотных материалов) имела целью сведение к минимуму натекания окружающего воздуха в лазерный контур и обеспечение за счет этого стабильности во времени химического состава лазерной рабочей смеси и выходной мощности лазера, а также сокращение затрат на компоненты смеси вследствие уменьшения числа перезаправок.

Создание автономной системы охлаждения блока тиратронов было вызвано прежде всего необходимостью обеспечения надежного, стабильного и контролируемого температурного режима этих устройств во избежание выхода их из строя. Разработанная система имеет в своем составе бак с объемом воды ~ 700 л и водяной насос с надежным сальниковым уплотнением, рассчитанным на длительное время работы, а также реле протока, установленные в магистрали каждого тиратрона.

Оснащение комплекса персональным компьютером сделало более оперативным и наглядным процесс получения текущей информации об анализе наработанного продукта.

Отработка технологических режимов заключалась в оптимизации состава и скорости прокачки газовой смеси в разделительном блоке и подборе оптимальной плотности энергии в резонаторе.

В экспериментах по составу газа в разделительном блоке варьировалось давление фреона при неизменных прочих условиях (энергия и частота лазерных импульсов, давление балластного газа азота). Установлено, что с увеличением давления фреона селективность реакции (отношение продиссоциировавших молекул фреона, содержащих 13С, к молекулам, содержащим 12С) растет, а выход (производительность) реакции уменьшается. Это связано с уменьшением плотности энергии в резонаторе из-за возрастания поглощения излучения в разделительном реакторе. Производительность реакции имеет максимум при давлении фреона 30-40 тор и составляет около 0,5 г элементарного углерода в час.

Попытки уменьшить скорость газа в разделительном блоке были связаны с желанием уменьшить нагрузку на прокачной компрессор, обеспечивающий циркуляцию газа в замкнутом контуре блока. С уменьшением скорости прокачки производительность реакции многофотонной диссоциации остается практически неизменной, а селективность процесса линейно падает. Выбор скорости прокачки был обусловлен требованием обеспечить 25-30%-ную долю изотопа 13С в получаемом в результате реакции диссоциации тетрафторэтилене, что необходимо для оптимальной работы каскада газовых центрифуг на дальнейших стадиях обогащения.

Экспериментами подтверждено, что с ростом плотности энергии в резонаторе производительность реакции диссоциации растет. Однако повышение мощности приводит к уменьшению ресурса работы электродов разрядной камеры и проходной оптики, а также перегрузке элементов системы импульсного электропитания камеры. Был выбран режим лазера, обеспечивающий ресурс работы электродов разрядной камеры не менее 100 часов без их профилактики.

Добавить комментарий