Kimya 2020-05-10

Kimyəvi lazerlər

Kimyəvi lazerlər

E-mail Üzvlüyü

Kimyəvi lazerlərdə inversiya kimyəvi reaksiya zamanı yaranır. Kimyəvi lazer kimyəvi enerjini birbaşa koherent şüalanma enerjisinə çevirir. Lazerlərdə əvvəlcə doldurma enerjisini lazerin işçi mühitinə daxil etməli və sonra isə onu işçi mühitdən koherent şüalanma şəklində almaq lazımdır. Enerjinin çox miqdarda daxil edilməsi asan deyildir. Kimyəvi lazerdə bu başqa cürdür: kimyəvi qarışıqda lazımi qədər enerji artığı vardır. Yalnız koherent şüalanma şəklinə çevrilməsi üçün effektli üsul tapmaq lazımdır. Vahid çəkisinə görə kimyəvi qarışığın enerjisi elektrik və ya maqnit yığıcılarının enerjisindən qat –qat çoxdur. Kimyəvi reaksiyalar prosesində ayrılan enerjinin ən təbii akkumulyatoru molekulların rəqsi sərbəstlik dərəcəsidir. Buna görə də kimyəvi lazerlərin əksərində rəqsi səviyyələr arasındakı keçidlərdən istifadə olunur.

Birinci kimyəvi lazer molekulyar H2 və Cl2 qatışığı ilə keçən reaksiyaya əsaslanır. H2+Cl2 zəncirvari kimyəvi proseslərin klassik nümunəsidir. Ultrabənövşəyi(UB) şüalanma ilə Cl2 molekulu parçalanır:

Cl2 + hVUB  -> 2Cl

bunlar uzun zəncirvari reaksiyanı başlayırlar:

Cl + H2 -> HCl + H; Cl2 + H -> HCl* +Cl və s. Birinci pillədə HCl molekulları həyəcanlaşmamışdır. İkincidə çoxlu enerji ayrılmaqla HCl molekulları həyəcanlaşır və bunun hesabına generasiya baş verir. Elə görünür ki, hər şey qaydasındadır, zəncirvari proses elə birbaşa kimyəvi lazerdə işlədi. Əslində isə xlorun atomlarının yaranmasına sərf olunmuş enerji lazer şüalanmasının enerjisindən 103 dəfə çoxdur. Məlum olur ki, bu reaksiyada birinci pillə zəif gedir və buna görə də bütünlükdə zəncirin inkişafı sürətə görə həyəcanlaşmış molekulların aktivsizləşmə prosesinə nəzərən geri qalır. Lazer nöqteyi –nəzərindən H2 və Cl2 molekullarının qarışığında olan kimyəvi reaksiya zəncirvari deyil.

H2 molekulu və flor qarışığından istifadə edərək böyük xemolazer uzun zəncirvari reaksiya tapmaq mümkün oldu. Zəncirvari prosesin inkişafı kinetik nöqteyi –nəzərindən hidrogen və xlor qarışığında zəncirin inkişafına tamamilə oxşardır:

F2 + Q -> 2F;  F+H2(D2) -> H(D)F* +H(D);  H(D) + F2 -> H(D) + F2 -> H(D)F* + F

və s. Zəncirdə hər iki pillədə rəqsi – həyəcanlaşmış H(D)F* molekullardır. H və F reaksiya etdiyi zaman ayrılan enerji H və Cl enerjisindən üç dəfə çoxdur və ən vacibi odur ki, H və F arasındakı reaksiyanın hər iki pilləsinin sürəti relaksasiya proseslərinin sürətindən böyükdür. Bu da F –H prosesində uzun xemolazer zəncirinin əmələ gəlməsinə imkan yaradır.

Göstərilən nümunədə sərbəst (F) radikallar enerji sərf etmə hesabına yaranır. Lakin sərbəst F xalis kimyəvi yolla da alına bilər. Misal üçün, nəzərə çarpacaq F sərf etməklə H2 və F2 qarışığı düzəldək. Bu qarışıq yandıqda çoxlu miqdarda enerji ayrılır və qarışıq qızacaq. 1500 – 2000 K və p=1÷20 atm. halda bütün sərf olunmuş molekulyar F atomlara dissosiasiya edir, belə ki, qarışığın əsas komponentləri HF və F –dır. Bu mərhələdə molekulların heç bir qeyri –tarazlıq həyəcanlaşması baş vermir –kimyəvi reaksiyanın bütün enerjisi F2-nin dissosiasiyasına və qarışığın qızmasına sərf olunur. Çoxlu miqdarda F almaqla qeyri –tarazlıq həyəcanlaşmış HF* molekulları və nəhayət lazer şüalanması əldə etməklə (F + H2  -> HF* + H)-ın sürətli prosesi yaratmaq olar. Bunu necə etməli?

Radikalların  iştirakı ilə gedən reaksiyalar çox sürətlidir və reagentlərin qabaqcadan qarışdırılması mümkün deyil. Burada sürətli qaz axınında reagentlərin qarışma texnikası köməyə gəlir. İmpuls təsirli kimyəvi lazerlərin quruluşunun əsas hissələri aşağıdakılardır:

1. Reaktor. Burada sürətli kimyəvi reaksiya gedir və bunun nəticəsində fəal mühit yaranır;

2. Optik rezonator;

3. Reaksiyanı törədən sistem;

4. Reagent qarışığının hazırlanması və reaktora daxil olunması;

5. İşlənmiş məhsulların çıxarılması sistemi.

Reaksiyanın törənməsi impuls lampasından gələn ultrabənövşəyi şüalanma ilə həyata keçirilir. Bunu habelə yüksək enerjili elektronlar seli və ya elektrik cərəyanının reaktordakı kimyəvi reagent qarışığından keçməsi ilə almaq olar. Aşağıdakı qatışıqlardan istifadə etmək olar:

H2+F2; D2+F2; D2+F2+CO2 

Çox vaxt inert bufer qazından istifadə olunur ki, bu qatışığın qızmasına və fəal mühit yaradan relaksasiya proseslərin sürətlənməsinə səbəb olur. Zəncirvari HF reaksiyası əsasında lazerin xarakteristikalarını araşdıraq. Aydındır ki, optimal iş rejimini tapmaq olar: yüksək xüsusi enerji ayrılması 100 C/l·atm reaksiyanın başlanmasına sərf olunan kiçik enerji qiymətinə uyğundur. Tətbiq olunan lazerdə reaksiyanın başlamasına sərf olunan hər bir coul enerjiyə lazer 9.4 C şüalandırır. Bu istifadə olunan qatışıqda xemolazer zənciri vastəsilə həyata keçirilir. Reaksiyanın daha güclü törənməsi hesabına sürətlənməsi lazer şüalanmasının böyük kimyəvi f.i.ə. 22% ilə rekord xüsusi enerjisinə 400 C/l·atm nail olmağa imkan verir. Lakin reaksiyanın törənməsinə sərf olunan enerji artır: sərf olunan hər bir coul enerji lazer şüalanmasının 1,5 C enerjisinə çevrilir. Şüalanma enerjisinin qeyri –mütanasib artımı aşağıdakı kimi izah olunur:

1. Reaksiya prosesi zamanı H2 və F2 komponentlərinin konsentrasiyası yavaş –yavaş azalır, reaksiya yavaşıyır.

2. Qatışıq çox qızır, bu da fəal mühitə mənfi təsir göstərir. Nəhayət, həyəcanlaşmış molekulların aktivsizləşməsini sürətləndirərək sərf olunan HF molekullar eləcə də mühiti pozurlar. Bu vəziyyət eyni zamanda H2-ni D2 ilə əvəz etdikdə və qatışığa (D2+F2) karbon qazının molekullarını əlavə etdikdə də baş verir. Hal–hazırda aşağıdakı impus lazerləri yaradılmışdır: SF6 +H2 və H2+Br2 və s.

Fasiləsiz generasiya əldə etmək üçün reaktordakı reagentləri tez dəyişmək və fasiləsiz rejimdə kimyəvi fəal mərkəzləri yaratmaq lazımdır. Reaksiyalar tez getdiyindən reaktordakı maddələri dəyişmək məqsədi ilə axının səsə yaxın və ya ifrat səs sürətləri yaratmaq vacibdir. Fasiləsiz kimyəvi lazerlər kimyəvi fəal mərkəz mənbəyindən, sərbəst atom və ya molekulyar radikalların digər komponentlə qatışıq sistemindən (burada digər komponentlə reaksiya həyəcanlaşmış molekullar verir), fəal mühit yaradan reaktordan və nəhayət optik rezonatordan ibarətdir. Bundan başqa giriş komponentlərin daxil olması və istifadə olunmuş reagentlərin çıxarılması lazımdır. Reaksiyası istiliklə başlanan HF(DF) lazerin quruluşu ilə tanış olaq. Atomar yaranan yanma kamerasına molekulyar F2, H2 və He daxil edilir. Florun miqdarı hidrogenə nisbətən çoxdur. Kamerada hidrogenin florda adi tarazlıq yanması baş verir. Bu zaman F2 artığın dissosiasiyasına lazımi istilik ayrılır. Yanma kamerasında komponentlərin nisbəti elə götürülür ki, F molekulların artığının tam dissosiasiyası təmin edilsin. Bunun üçün T = 1500 ÷ 1800K tələb olunur. Çox qızdırılmış qatışıqda mühit yaratmaq üçün reaksiyadan istifadə etmək olmaz çünki qatışığı soyutmaq vacibdir. Bunun üçün qatışığı selin ifrat səs sürətlərə qədər qovaraq ucluqlar çeşidindən buraxırlar. Ucluq çıxışında D molekulları selə qarışdırılır, nəticədə F + D2 -> DF* + D  bu reaksiya generasiya edən rəqsi – həyəcanlaşmış molekullar yaradır. Burada əsas məsələ qarışdırılmadır, bu da tez edilməlidir. Bunun üçün ucluq bloku mono yox, kiçik ucluqlardan ibarət olan qəfəsdir. Bu kiçik ucluqlar ümumi seli kəsiyi kiçik 1÷2 mm olan axınlara bölür. D molekulları da reagentlərin effektli qarışması məqsədi ilə eləcə kəsiyi kiçik olan axın formasında verilir. Ucluq blokunda axının qovulması digər məsələləri də həll edir. Sel kiçik sürətdə olduqda onun istiqamətində generasiya zonasının eni kiçik olur, bunun üçün də lazer şüasının alınması çətinləşir. Əks halda onun eni santimetr tərtibindədir. Bu isə yaxşı keyfiyyətli şüanın alınması üçün kifayətdir. İfrat səs sürəti ilə yayılan sel maddənin sürətli axınını təmin edir, bu da nisbətən ucluq qəfəslərinin kiçik səthlərində güclü şüalanma alınmasına imkan verir.

He nə üçündür? Florun D ilə reaksiyasında böyük enerji alınır. Bunun bir hissəsi (15) lazer şüası ilə aparılır, qalan hissəsi isə seli qızdırır. Qaz dinamikasından məlum olduğu kimi qızma ifrat səs axınıını kəskin şəkildə sürətini azalda bilər, ifrat səs axın prosesini boğa da bilər (onları səsə çatdırana qədər). Bu isə generasiyaya lazım olan şərtləri poza bilər. İfrat səs axınının kimyəvi reaksiyada iştirak etməyən inert qaz ilə qarışdırılması 1 ton qaz selində ayrılan istiliyi azaldır, bu da qızmanın qarşısını alır. Flor və He seli ilə çıxan HF reaksiya prosesində eyni zamanda alınan məhsuldur. Bu lazerdə şüalandırıcı yox, əksinə lazer zonasında həyəcanlaşmış molekulları aktivsizləşmiş etməklə mənfi rol oynayır. Bunun üçün yanma kamerasında hidrogen istifadə olunduqda lazer zonasına D əlavə edilir. Əgər generasiya HF –da alınırsa, onda yanma kamerasına ya D, ya da reaksiya məhsulları arasında rəqsi həyəcanlaşmış HF*-u söndürən molekullar olmayan başqa yanacaqlar əlavə edilir.


Android Proqramı Yüklə

Android proqramı yükləyərək elmi-texnoloji yeniliklərdən məlumat ala, kitabxanadan istifadə edə, video dərsliklərdən yararlana bilərsiniz.

Yüklə

Ən Çox Oxunanlar

Nanotexnologiya Koronavirusa qarşı

Müəllif: Arif Nəbizadə

Konyak istehsalının tarixi

Müəllif: Əlibaba Əliyev

Kufus Politalamiya

Müəllif: Əlibaba Əliyev

Qanın laxtalanması

Müəllif: Xəyal Hüseynov

Gündəlik Su Tələbatı

Müəllif: Xəyal Hüseynov

Elektrik Enerjisi İstehsal Edən Köynək

Müəllif: Arif Nəbizadə

Neftin Tərkibi

Müəllif: Xəyal Hüseynov

Bal arıları haqqında 8 məlumat

Müəllif: Əlibaba Əliyev

E-mail Üzvlüyü

E-mail vasitəsilə məlumatlanmaq istəyirsinizsə abunə olmağı unutmayın.

Tövsiyə