В ходе выполнения ОКР «Криостат-1» (1974-1975 гг.) был разработан первый в СССР и в мире промышленный импульсный ЛПМ «Криостат» с отпаянным саморазогревным АЭ ТЛГ-5 и высоко вольтным тиратронным (ТГИ 1-2000/35) источником питания ИП-18. ЛПМ «Криостат» — водоохлаждаемый, с расходом воды 3 ± 0,5 л/мин. Высоковольтный модулятор накачки ИП-18 выполнен по прямоиэлектрической схеме, в которой тиратрон ТГИ1-2000/35, АЭ ТЛГ-5 и накопительный конденсатор с емкостью Сн а к = 2200 пФ образуют единый разрядный контур. Обострительный конденсатор, подключен ный параллельно АЭ, имеет емкость С0б = 100 пФ. ЛПМ «Криостат» с условным обозначением ЛПМИ-75 в 1975 г. демонстрировался на Международной выставке в Мюнхене (Герма ния). Лазер использовался в основном для накачки перестраиваемого по длинам волн ЛРК типа ЛЖИ-504 (А = 530-900 нм). Основные параметры Л П М «Криостат» следующие: оптимальная ЧПИ 10 кГц, средняя мощность излучения 3-6 Вт, диаметр пучка излучения 12 мм, время готовности 60 мин, мощность, потребляемая от выпрямите ля ИП-18, 2,3-2,5 кВт (питание от трехфазной сети), минимальная наработка АЭ не менее 200 ч, срок сохраняемости 5 лет, габаритные размеры АЭ: диаметр и длина 80 и 1300 мм, масса 5 кг, для излу чателя размеры 1680 х 240 х 300 мм и масса 50 кг, и для ИП-18 — соответственно 600 х 600 х 1700 мм и 350 кг. Излучатель включа ет в себя АЭ ТЛГ-5 с коаксиальным кожухом охлаждения, несущий алюминиевый двутавр и зеркала оптического резонатора с механиз мами юстировки на торцах. «Глухое» вогнутое зеркало резонатора с многослойным диэлектрическим покрытием (коэффициент отражения превышает 99%) имеет радиус кривизны К = 5 м, выходное зерка ло представляет собой плоскопараллельную пластину из стекла К8 с коэффициентом отражения 8%. Источник питания ИП-18 состо ит из блока высоковольтного трансформатора и выпрямителя, блока регулировки напряжения, под модулятора, высоковольного модулятора, блока вентиляторов и системы водяного охлаждения. Высокие удель ные массогабаритные показатели (на единицу мощности) выходного излучения являются одним из заметных недостатков этого ЛПМ. Конструкция АЭ ТЛГ-5 (рис. 2.2) аналогична конструкции само- разогревного А Э с внутривакуумным расположением теплоизолятора  |
(см. рис. 2.1). В качестве материала разрядного канала / выбрана керамика марки А-995 с содержанием А^Оз 99,8% (0,2% — М^О). Канал секционированный, состоит из семи керамических трубок с внутренним диаметром 12 мм, соединенных между собой керамическими втулками с внутренним диаметром 15 мм. В местах соединений, на внутренней поверхности соединительных втулок, установлено шесть кольцевых генераторов паров меди 2. Каждый из генераторов конструктивно представляет собой молибденовое кольцо, внутрь которого вставлена 8-витковая спираль из медной проволоки марки МВ диаметром 0,8 мм. Масса меди в каждом генераторе около 2 г. При рабочей температуре расплавленная медь растекается по поверхности молибденового кольца, уменьшая перекрытие апертуры разрядного канала. На концах разрядного канала расположены молибденовые цилиндрические конденсоры паров меди 3 большого диаметра. Конденсоры изолированы от электродных узлов 4 с помощью керамических втулок. Для обеспечения стабильного горения импульсно-периодического разряда в смеси буферного газа неона и паров меди применены вольфрам-бариевые (Д^-Ва) катоды. Межэлектродное расстояние составляет 900 мм при габаритном размере АЭ примерно 1220 мм. Двухслойный теплоизолирующий элемент 5, расположенный между разрядным каналом / и вакуумноплотной стеклянной оболочкой 6 диа метром 70 мм, при потребляемой мощности 2,3-2,5 кВт от выпрями теля источника питания ИП-18 поддерживает оптимальную рабочую температуру стенки разрядного канала (~ 1550°С) в процессе дли тельной наработки. Внешний слой теплоизолятора выполнен из во локнистого каолинового материала ВК-1 с диаметром волокна менее 4 мкм, а внутренний, непосредственно прилегающий к разрядному каналу, — из электрокорундового шлифпорошка No 12 с размерами частиц более 80 мкм (процентное содержание таких частиц превы шает 97%). Шлифпорошок с такими размерами частиц выбран из тех сооб ражений, чтобы он не высыпался в разрядный канал через зазоры в его соединениях. Содержание А^Оз в шлифпорошке No 12 состав ляет 96,7-99,45%, т. е. близко к содержанию его в разрядной трубке. Химический состав ВК-1: 50-45% А^Оз и 45-50% З1О2. Теплофизи- ческие свойства материала ВК-1 существенно превосходят свойства шлифпорошка No12, но рабочая температура его не более 1100°С. Через полированные окна 7 из увиолевого стекла УТ-49 идет выход лазерного излучения. Выходные окна приварены пламенем газовой горелки к концевым секциям из стекла С52-1. Основные проблемы, как показали исследования в рамках НИОКР «Криостат», которые необходимо решить для обеспечения долговеч ности саморазогревных АЭ в отпаянном режиме работы и высокой стабильности выходных параметров излучения, — это сохранение чи стоты газовой среды (Ые + Си) и поверхности катода, защита выходных окон от запыления, предотвращение перекрытия апертуры разрядного канала каплями сконденсированной меди, сохранение механической прочности разрядного канала и теплофизических свойств теплоизоля- тора. С целью сохранения чистоты газовой среды для АЭ ТЛГ-5 была разработана двухэтапная технология обезгаживания. Первый этап — откачка АЭ с постепенным подъемом его температуры до 4 5 0 ° С . В рабочем режиме температура стеклянной оболочки составляет около 3 0 0 ° С . Откачка выделяющихся газов производится через стеклянные штенгеля, напаянные на концевые секции АЭ. Второй этап обезгажи вания связан с постепенным подъемом температуры разрядного канала до 1600 °С за счет горения разряда и непрерывной прокачки буферного газа неона высокой чистоты через АЭ для выноса выделяющихся газовых примесей из элементов конструкции. Для этого АЭ через стеклянные штенгеля напаивается на стеклопровод системы напуска и откачки неона и производится постепенный подъем потребляемой мощности от выпрямителя источника питания до 2,5 кВт. Прокачка неона осуществляется в направлении от катода к аноду, тем самым рабочая поверхность катода защищается от «загрязнения». После окон чания процесса обезгаживания в АЭ устанавливается давление нео на 200 мм рт.ст. для увеличения его долговечности. Такой режим тренировки позволил поднять долговечность АЭ за счет сохранения чистоты газовой смеси до нескольких сотен часов, а в 1978 г. в рабо те [122] было показано, что отпаянный АЭ на парах меди при уровнях мощности 2-4 Вт может работать более 2000 ч. При эксплуатации ЛПМ «Криостат» потребителями и создателями (НПП «Исток») были выявлены многие существенные технологиче ские и конструкционные недостатки. В частности, практический КПД оказался низким из-за относительно высокой потребляемой мощно сти (2,3-2,5 кВт) и низкой выходной мощности излучения (3-6 Вт) вследствие неэффективных условий накачки; низкими были и удельные массогабаритные показатели. Высокая потребляемая мощность обу словлена низкой эффективностью теплоизолятора. Имели место частые механические разрушения разрядного канала из-за отсутствия тепло вых развязок на его концах, необходимых для обеспечения свобод ного удлинения канала в процессе разогрева АЭ (канал удлиняется на 10 мм), деформации разрядных трубок при случайных перегре вах из-за малой толщины их стенок (1,5 мм). Деформации приводят к уменьшению апертуры канала и как следствие к уменьшению мощ ности излучения. При длительной наработке (сотни часов) появляются капли меди непосредственно на внутренней поверхности концов кана ла, перекрывающие частично его апертуру, и происходит запыление внутренней поверхности выходных окон (из-за отсутствия ловушек в концевой секции). Зазоры в соединениях канала негерметизированы, и из-за ухода через них паров меди снижается долговечность АЭ. Окна, установленные под углом ^ 9 0 ° к оптической оси АЭ, и скон денсированные на концах канала капли меди способствовали обра- зованию «паразитных» резонаторов, снижающих мощность выходного излучения и искажающих его пространственно-временную структуру. Бесконтрольная приварка выходных окон к концевым секциям в пла мени газовой горелки и отсутствие проверки их оптических свойств (к тому же окна были изготовлены из технического стекла) приводили к непредсказуемым искажениям структуры излучения. Даже примене ние неустойчивого резонатора не вызывало существенного улучшения качества излучения. Впоследствии на основе положительных результатов, полученных в работе [122], была проведена модернизация АЭ ТЛГ-5 и его ми нимальная наработка доведена до 500 ч. Было продано около 100 таких АЭ. |
