Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Z2Z~4
Laser chimique à ac_de chlorhydrique
La présente invention concerne un ;aser chimique a acide chlorhy-
drique.
On connalt un laser de ce type comportant une ence nte de dissocia-
tion dans laquelle on injecte un mélange d'hélium et de chlore molécu-
laire et on crée une décharge électrique pour ~ormer dans le mPlange des
atomes de chlore. Le mélan~e contenant du chlore atomique traverse une
tuyère à la sortie de laquelle est injecté de l'acide iodhydrique qu
réagit avec le chlore atomique pour creer de l'acide chlorhydrlque
excité. Le gaz excité traverse une cavite optique résonnante pour former
un fai~ceau laser. La circulation de~ gaz de l'entrée de la chambre de
di~sociation à la ~ortie du laser est provoquée par un ~yst~me de pompa~e
disposé en aval de la cavité.
Le laser présente l'inconvénient de ne pouvoir être utilisé dan~
certaines applications, par exemple à bord des avions, car il n'est pas
possible de rejeter dans l'atmosphère les g2Z d'échappe~ent du la~er,
cause de leur ~orte toxicité.
Dans d'autres lasers chimiques connus, les gaz d'échappement sont
absorbés par du calcium. Mais celui-ci exige un chau~fage à 400C environ
pour présenter les caractérist ques d'absorption requises, ce qui
constitue un inconvénient important.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvPnients et de
réaliser un laser chimique à acide chlorhydrique, dont les ~az d'échap-
pement sont ab~orbés par un matQriau qui ne nécessite pas de préchauf-
~age.
La présente inventicn a pour objet un laser chimique à acide chlo-
rhydrique comportant
- au moins deux électrodes opposées, disposées dans une enceinte de
dissociation,
- des moyens comm.andable3 ~'-nt-oduction dans l'enceinte de dissocia-
tion, d'un ga7 initial à base de ^hlore moléculaire,
- _n générateur -lectrique co~m~ndable dont les sorties sont respective-
~er.t connectées aux deux Plectrode2,
- une tuyPre comportant, de son en~rQe à sa sortie, une part e conver-
gente, un col et une partie divergenteS l'er.trée de la ~uyèrQ etant en
co~munication avec la sortie de l'enceinte d3 dissociation,
~,``
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- des moy~sns pour injecter de l'acide iodhydrique ~ la sortis de la
tuyère,
- une enceinte laser placée ` la sortie de la tuyère, cette enceinte
comportant des moyens pour définir une cavité optique ré~onnante,
- un système dia~piration gazeuse en communication avec la sortie de
l'enceinte laser
- et un sy3tème de déclenchement simultané du générateur électrique, des
moyens d~introduction du gaz initial et de~ ~oyen3 d~injection d~aci~e
iodhydrique,
caractéri~é en ce que le gaz initial étant constitué par du chlore
moléculaire pur, l'enceinte laser et l'enceinte de dissociation étant
maintenues sous vide avant la mise en marche du système de daclenchement
~imultané, le système d'a~piration gazeuse est constitué par de la zéo-
lithe disposée dans une chambre sous vide en communication avec la sortie
de l'enceinte l~ser, de sorte que, dès la mi~e en marche du système de
déclenchement simultané, le chlore moléculaire est introduit dans l'en-
ceinte de dissoci~tion et ure décharge électrique est crése entre les
électrodes, cette décharge entrainant la format on de chlore atomique,
le mélange de chlore atomique et de chlore moléculaire étant aspiré vers
l'enceinte laser à travers le col de la tuyère, l'acide iodhydrique
étant inJecté en aval du col de la tuyère et réagissant avec le chlore
atomique pour former de l'acide chlorhydrique excité, leq gaz contenant
l'acide chlorhydrique excité traversant la cavité optique résonnante
perpendiculairement à son axe pour créer un faisceau laser sortant de la
cavité, la zéolithe étant en quantité suffisante pour absorber le~ gaz
sortant de l'enceinte la~er pendant toute la durée de fonctionnement du
laser.
Une forme ?ar~iculière d'exécution de l'objet de la prosente
invention est décrite ci-dessous, ` titre d'exemple, en ré~rence ~ux
dessin3 annexé~ dans lesquels :
- la figure l repr~sente schématiquemert un mode de rsallsa~ion du laser
selon l'invention
- et la figure ~ est une vue en coupe suiv~nt un ?lan IT-TI de la
figurs 1.
Sur la figure l scnt re?rssentés tro- 3 tubes isolants 3, ", ~, ?ar
exemple en verre. Une extr~mité de chaque tube est reliée ` la sortie
d'un réservoir de chlore mol-culairs 1 ?ar des canalis2tions -~ ~rave-s
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une électrovanne 2. Les axes de ce3 tubes sont parallèles entre eux dans
un même plan qui est celui de la figure. Une électrode métallique telle
qu'une anode 6 est di~po~ée à l'intérieur du tube Q chaque -extrémité
reliée au réservoir 1. Cette électrode a une ~orme conique et comporte
une fine ouverture axiale calibrée pour ?ermettre l'introduct on du
chlore dans le tube à une vitesse sonique. Les autres extr~mités des
tubes aboutissent à l'entrée d'une tuyère 7 et comportent deq électrodes
- de signe opposé, telles que la cathode 8. Les anodes sont reli-es au pôle
positi~ d'un générateur électrique commandable 9 dont le pôle négati~
est relié aux cathodes.
Comme il apparait sur la figure 2, la tuyère 7 comporte, de
l'entrée à la sortie, une partie convergente 10, un col 11 et une partie
divergente t2. Dans un mode de réalisation avanta~eux, les électrodes 8
sont solidaire~ de la partie convergente. La section du col 11 de la
tuyère à la ~orme d'un rectangle allongé dont les srand3 côtas sont
disposé~ parallèlement au plan de la ~igure 1, de part et d'autre de ce
plan, suivant un plan 17 perpendiculaire aux axes des tubes. Des ouver-
tures t3 traversent la partie divergente 12 de la tuyère. Ces ouvertures
peuvent comporter une portion extérieure cylindrique 14 dont l'axe est
perpendiculaire au plan de s~métrie 15 de la tuyère et une ?ortion
intérieure 16 également cylindrique, de plus ~aible diamètre, dont l'axe
est incliné, par rapp~rt à celui de la portion 14, d'un angle faible 28
de l'ordre de 10, dans le sens indiqué sur la ~igure 2. Las ouvertures
13 sont alignées le long de la tuyere suivant deux droites 18 parallèles
à la grande dimension du col de la tuyère 7, de part et d'autre de ce
col.
-Les ouvertures 13 sont reliées par des canalisations à la sortie
d'un réqervoir d'acide iodhydrique 24 à ouverture commandable. L'élec-
trovanne 2, le générateur 9 et la commande d'ouverture du r~servoir 2
sont électriquement connectés à un circuit de déclenchement 25.
Une enceinte laser 19 est disposée en communication avec la sor~ie
de la tuy~re 7. Deux miroirs opposés 20 et 21 sont montés dans l'enceir.te
19 ?our constituer une cavité optique resonnante dont l'~e 22 est s ~ué
dans le ?lan des axes des tubes 3 à 5, Derpendiculairement à ces axes. Le
D' roir 21 est 3ar~ie lement tr~nsparent. ~ne chambre 23 contenant de
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la zéolithe industrielle est disposée en co~munication avec la sortie de
l'enceinte 19. A titre indicatif, la zéolithe peut etre du type 200
vendu par la Société NORTON sous la marque ZEOLON.
Le laser décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante.
Au départ, les volume3 internes de la chambr~ 23, de ]'enceinte 19,
de la tuyère 7 et des tubes 3 à 5 sont maintenus 30US vide.
Lorsqu'on veut mettre en marche le laser, on agit sur le circuit 25
pour simultanément ouvrir la vanne 2, a?pliquer la tension du généra-
teur 9 sur les électrodes des tubes 3 à 5 et injecter l'acide iodhydrique
à traver~ les ouvertures 13. Le réservoir 1 contient du chlore molécu-
laire pur qui pénètre à une vitesse sonique suivant la flèche 26 dans les
tubes 3 à 5 à travers la fine ouverture axiale des électrodes 5. La
ten~ion appliquée ~ur les électrodes provoque la formation d'une
décharge longitudinale dans le gaz, entrainant une dissociation
partielle du chlore moléculaire. Le gaz for~é de chlore atomique et de
chlore mo7éculaire est aspiré vers l'enceinte 19 a traver~ 19 col 11 de
la tu~ère 7 3uivant la flèche 27 (~igure 2).
L'acide iodhydriqus est in~ecté à t.avers les ouvertures 13 à la
~ortie du col de la tuyère, l'inclinaison 28 de l'ouverture interne 16
favori~ant son mélan~e avec le gaz contenant du chlore atomique s'~cou-
lant suivant la ~lèche 27. Le chlore atomique réagit avec l'acide iodhy-
drique suivant la réaction
Cl + HI = H Cl + I
L'acide chlorhydrique excité traverse la cavité optique résonnante
et ?rovoque la formation d'un faisceau laser 29 sortant du miroir 21, ce
faisceau ayant une longueur d'onde de 3,8 microns.
Les gaz d'échappement du laser qui comportent du chlore atomique
et moléculaire, de l'acide chlorhydrique, de l'acide iodh-ydrique et de
l'iode sont absorbés ?ar la zéolithe. Celle-ci se trouve dans la ch.æm-
bre 23 en quantité su~fisante ?our absorber les 3az d'échappement pen-
dant toute la durée ~révue du fonctionnement du laser.
Il y a l~eu de noter que la zéolithe absorbe r~pidement C9S gaz ~
'a température ambiante (20C) et que sa capacite d'absor?tion aug~ente
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lorsque la température descend en dessou3 de 20~. L'utilisation de ce
matériau procure donc un avantage imDortant par rapport aux dispositifs
connus employant du calcium comme matériau absorbant, celui-ci exigeant
un chauf~age à 400C pour obtenir un pompage su~isamm0nt rapide. La
zéolithe qaturée peu~ être régénérée par un chauf~age sous vide a 250C.
L'ab30rption des gaz d'échappement du laser par la zéoLithe exige
que le3 gaz roacti~3, et notamment le chlore, ~,oient des gaz purs. ~n
particulier, le chlore ne peut être dilué dans de l'hélium, comme dans le
ca~ des laser~ connus. .
Pour obtenir une décharge électrique homogène dans du chlore pur,
-il est nécessaire que les dimen~ions des tube~ soient choisies de ~çon
convenable. Ainsi pour une tension électrique de décharge de 3500 à 4000
volts, le diamètre intérieur des tubes est compris entre deux et cinq
centimètres et la distance entre le3 électrodes le long du tube est
compri3e entre 10 et 15 centimètres.
A titre indicatif, le diamètre intérieur du tube étant de 3 centi-
mètres, la distance entre les électrodes de 10 centimètres et la tension
de décharge électrique de 3500 volts, le débit de chlore dans leq tubes
est de 12 millimole3 par 3econde, la pre3sion dans les tubes est comprise
entre 10 et 15 torrs, le courant de décharge pour les trois tubes est de
200 à 250 milliampères, le débit d'injection d'acide iodhydrique est de
1,5 à 3 millimoles par seconde, la pui3sance laser délivrée est de 10
watts, le rendement électrique étant de un pour cent. D'autre part 4 kg
de Z30LON, contenus dans une chambre de volume 5 litre~" suffisent pour
2bsorber le~, gaz d'échappement du laser pendant une dur~e de fonctionne-
ment de 20 seconde3, la pureté de3 gaz réacti~s étant de 99,5~.
Le laser chimique selon la présente invention peut être utilisé
comme équipement à bord d'avions.
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