自家製ライトセーバーレーザー：いかがでしたか。 パート2

免責事項：このプロジェクトは、主にその実装のために、レーザー放射を取得する技術に対する私の大いなる愛のために実装されました。 以下の情報はガイダンスのみを目的としており、記載されていることを繰り返す試みの結果について著者は責任を負いません



最初の部分の要約：

• UL-102銅蒸気レーザー電源モデルが構築されました
• 試行錯誤により、放射線発生を得ることができる条件が見つかりました
• 約1 Wのかなりの放射電力を受けた
• エミッタの最終バージョンが組み立てられます
• その後、一連の奇妙な失敗が続き、プロジェクトは閉鎖の危険にさらされました。

次に何が起こりましたか？ カットの下を見てください。



アクティブな要素UL-102の漏れにより、プロジェクトは中断されました。 アクティブな要素は作業状態で保管され、2か月後に漏れが発見されました。 その中の定常状態のガス圧から判断すると、漏れは非常に遅かった。それは、その中に特徴的な形のストリーマー放電に火をつけることがまだ可能であったが、放電チャネルに沿ってもはや点火しなかったからである。 リークを見つける試みは失敗しました。 このすべては、この特定の種類のアクティブ要素のフレームワークが既に組み立てられているという事実にもかかわらず、また別の種類のインストールは不可能です。



これは、AEの放電が流れた後の様子です。







新しいUL-102を探す以外に選択肢はありませんでした。 さまざまな都市のさまざまな研究機関やレーザー研究所ですべてのつながりを動員しなければなりませんでしたが、それでも私の結果が得られました。新しいアクティブな要素が、工場の箱からも得られました。 さらに、彼はリリースのより最近の年でした。



新しいAEの開梱：







新しいAEの検索中に、私はCVLの電源の専門家と知り合うことができ、多くの間違いを指摘されました。 新しいAEは完成したエミッタにすぐに取り付けられ、実験が続けられました。 「直接励起回路」は再び最も単純なものとして返されましたが、サイラトロングリッド回路を少し修正することで、動作の安定性をBlumlyaynジェネレーターのレベルまで高めることができましたが、それでも十分ではありませんでした。 そして再び、重大な障害-定格電力での長時間の動作中に、IVNの電源トランスの1つの二次巻線が焼損し、それに伴って黄色の苛性煙の巨大な雲が放出されました。 一時的な解決策として、これらの変圧器はソビエトの電子レンジの高圧変圧器に置き換えられました（これも私の仕事の遺産です）。



「トランスの問題に対する一時的な解決策。」 これの代償は、達成可能なアノード電圧を下げることでした。







焼けた変圧器は、新しい巻線用に鉄を保存するために分解されました。 この写真では、過熱の理由がはっきりとわかります-巻線の良好な絶縁。 電流サンプリング（ソビエトの変圧器の場合は20〜30％を超えることができる）がわずかに超過するとすぐに、巻線は簡単に過熱しました。 鉄の窓の残りの部分全体（各側に約1 cm、両側に5 mm）がエポキシで満たされていることは今までに会ったことがありません...



















その時点で克服できなかった電源に関する問題が1つありました。それは、動作モードでのサイラトロンの安定性の低さです。 生成は依然として得られますが、レーザーの長期的な正常動作を維持することはすでに非常に困難です。 科学雑誌の多くの記事のレビューにより、その理由は、ロック時のサイラトロン陽極の過剰な逆電圧であると主張することが可能になりました。 パルス水素サイラトロンの特性は、すべてのプラズマがすでに解消されているときに、サイラトロンを流れる電流が停止してからわずか25マイクロ秒後に、tgi700 \ 25およびtgi1000 \ 25の最大逆電圧、たとえば25 kVを印加できることです。 周波数応答は10 kHzであり、パルス間の「ギャップ」は100μsであるため、この規則に違反しないと仮定することは非常に論理的でした。 しかし、私は1つの要因を考慮しませんでした。 サイラトロン内部のアーク放電のプラズマは不活性です。 すべてではないにしても、大規模な変電所で点火されたアークの絶滅のストーリーボードを見ると、アークがすぐに消えないことがわかりますが、いくつかのフレームにわたってビデオが徐々に別々の断片に分割され、徐々に消えていくことが覚えています。 パルス水素サイラトロンでも同じことが起こります-電流の停止（ロック）後、アーク放電も比較的ゆっくりと冷却され、細断されて完全に消えます。 このプロセスの終了後にのみ、25キロボルトの逆電圧をそれに加えることができます。 これを以前に行うと、反対方向のサイラトロンの新しい不正な故障が発生し、IVNの短絡と現在の保護の動作が発生します。 むしろ、すべてがそれほど地味ではありません。 放電吸収の瞬間（合意されたパルス後25μsが終了する前）に、逆電圧を印加することができ、サイラトロンは突破しません。 しかし、わずか5キロボルトです。 したがって、サイラトロンが銅蒸気レーザーポンプ回路で動作する場合、サイラトロンを閉じるときのさまざまな非定常プロセスにより、この電圧を超えます。 さらに、レーザー放電に銅が現れたときに最大になり、発電機の負荷としてのAEの特性が大きく変化し、ミスマッチが発生します。



さまざまな動作モードでのマッチングを最適化することでこの現象を排除するために多くの方法が試されましたが、根本的な結果は得られませんでした-放射線発生モードで安定した動作を与える条件は、加熱モードに不適切であることが判明しました。 根本的な解決策は、新しい要素を追加して、パワーユニットのトポロジを変更することだけでした。



電源装置の図は、2つのサイラトロンで一見有望な「アルカディエフ・マルクス制御発電機」回路に再作成されました。 これにより、アノードで消費される電力を過負荷にすることなく、よりシンプルでアクセスしやすいサイラトロンTGI1-700 \ 25を再び使用することが約束されました。 制御パルス発生器も、2つのサイラトロンのロックを同時に解除するために再作成されました。 更新された回路のアイデアは、充電時に2つのコンデンサが並列に接続され、2つのサイラトロンが同時にロック解除されると、これらのコンデンサが直列に接続され、その結果、電圧が追加され、AE電極に印加されるというものでした。 これにより、AEのパルスフロントの急峻性がいくらか改善され、その結果、電極の瞬間的な電圧振幅が増加したため、出力放射電力が増加することが約束されました。 パワーユニットの新しいレイアウトが組み立てられ、次のようになりました。











また、図では、さらに詳細がありますが、非常にシンプルに見えます。







テストの結果、私のパフォーマンスでは回路の完全な動作不能が示されました。サイラトロンは開きました。 たぶん私は何か間違ったことをしていました。 その後、専門家に相談した後、電源ユニットのトポロジを再度変更することにしました。 したがって、変更されたBlumlyaynジェネレーター。 通常のBlumlyaynジェネレーターとほぼ同じですが、さらにいくつかの要素が追加されています。 すなわち、いわゆる「磁気パルス圧縮回路」。 その仕事の本質は、インダクタの飽和時に可飽和インダクタを流れるパルス電流の振幅が急激に増加することです。 1つのパルスで転送されるエネルギー量は制限されており、初期パルス持続時間も制限されているため、回路のインダクタの飽和と電流増加の瞬間に、エネルギーのこの部分はそれぞれ時間の「圧縮」以外に関係なく、AE（レーザーチューブ）の電流パルスは大幅に縮小しています。 その場合、サイラトロンを通過する電流パルスの持続時間を長くすることができ、レーザーチューブではパルス持続時間を短くすることができます。最も重要なことは、AEの前面の勾配を大きくし、出力放射パワーを増やすことができることです。 とても魅力的です。



これが、与えられた部品の値で組み立てた回路の様子です。







インダクタL2は、サイラトロンを流れる電流パルスを時間的に引き伸ばします。インダクタL4は、レーザーチューブ上のパルスの「磁気圧縮」のための可飽和インダクタです。 そして、この回路はついに安定して動作し始めました！ その結果、非線形チョークの製造に費やされた努力が確実に正当化されました。 これについてさらに詳しく説明します。 繰り返しになりますが、文献に記載されている設計を繰り返すことにしました。 そして、120本の小さなフェライトリングを通過する厚い銅管の1回の「ターン」で構成されるスロットルを作成することが提案されました。 冷蔵庫用の店で、直径12 mmの銅管を購入しました。 マージンの小さいフェライトリングを購入しました。 残された唯一のものは、それらをパイプにつなぐことでした。 一度にそれらをすべてひもで締めることは非合理的でした-ソーセージは長すぎました。 それから、チューブの2つの部分を作成し、それらに60のリングをひもで締めて、U字型に折ります。 言うより簡単だ。 実際には、チューブは完全に平らではなく、リングでは直径がわずかに10分の1ミリですが、異なります。 穴が円錐形または楕円形のリングに出くわしました。 そして、同時に1つ目と2つ目。



力でリングを引っ張ろうとすると、瞬時にバラバラになりました。 約半数が自由に装着でき、問題ありません。 その後、次のリングが登り始めるまで、銅管をサンドペーパーで処理しなければなりませんでした。 その後、再びスキン、再び着用...そして最後まで繰り返します。 その結果、私たちはそのようなデザインを得ました。











電源ユニットの新しいレイアウトにインストールされました。











インストールが実行中です。 レーザーはウォームアップ中です。 単一の保護操作ではなく、30分。 成功です！ 最後に、銅の自然放出が現れ、弱い生成が続きます。 次に、共振器ミラーを調整します。 そして部屋は有毒な緑色の強力なレーザービームで照らされています！



白いタイル張りの壁の光点は非常に明るいため、部屋全体が明るく照らされています。 同時に、グローの明るさは、一定の値に達するまで増加し続けました。 明るさが増すと、ビームの色が有毒な緑から緑のレモンに変わり、黄色の線が効果的に生成されたことを示しました。 放射電力は以前に得られた最小値を数回超え、下限は3ワット以上であると想定されました。 消費電力は1800ワットです。











レンズを通過したビームは、段ボールで非常に激しく燃え尽きます。







レーザーテストもビデオでご覧いただけます。







レーザービームがはっきりと見えます。 その直径は、排出チャネルの直径20 mmに相当します。











動作温度でのAE内の放電チャネルは、ほとんど白熱しています。







レーザー光線は、明るい部屋ではっきりと見えます。







短焦点レンズの後ろでは、ビームの円錐が最初に焦点の前で収束し、次に発散（光線の「収縮」領域）が美しく見えます。 可燃物に焦点を合わせないでください。







CD-ROMのフラグメントを使用して、ビームをスペクトルに分解できます。 ここでは、ビームに緑と黄色の線があり、黄色の線が以前よりはるかに強力になっていることがはっきりとわかります。







黄色の線は、緑色の光、つまりオレンジをブロックするフィルターによって個別に区別できます。











レイアウトから完成品への移行を開始し、開始することが可能になりました。 最初のパワーユニットがケースに詰められました。 ケースの素材として、家庭用電動工具で最も簡単に加工できる木材や合板が選ばれました。 すべての要素はコンパクトなベースに配置され、磁気圧縮スロットルは下水管の一部に隠れており、ファンによってそこに吹き込まれました。 サイラトロンの陽極はファンによって吹き飛ばされます。 そして、閉じたケースに熱気が溜まらないように、3番目に強力なファンが取り付けられ、ユニット内にドラフトが作成されます。 コンポーネントをインストールすると、次のようになりました。











そして組み立て-そのような。







次はパワーサイラトロングリッド用の制御発電機でした。 マスターオシレーターとアンプは、幅と奥行きがパワーユニットの幅と奥行きに等しくなるように作られた共通のハウジングに移動しました。











ダッシュボードのようなものになりました。 IVNブロックはすでに準備ができていて、一般に、側壁のみを追加する必要がありました。 同時に、ブロックの外部装飾が継続しました-それらを黒く塗ることが決定されました。







準備ができたスタンドはこのようになりました。







それでも、レーザーの動作は改善され、放射パワーは増加するという感覚に悩まされました。 IVN内にはマイクロ波からの「一時的な」変圧器がまだあったため、整流器の後に5 kVを超える出力電圧を得ることができませんでした。 オイル絶縁と水冷を備えたまったく新しい高電圧トランスを製造するという強い意志がありました。 タスクが設定されます：7 kVの交流電圧出力、400 mAの連続出力電流。 二次巻線から、4.5 kVの電圧から始めて、500 Vごとに曲げることに決めました。 計算により、窓が完全に満たされた状態で、燃え尽きた変圧器のコアを使用できることが示されました。 最初にトランス自体を巻きます。







その後、すべての結論が出たテキソライトプレートに強化されました。











その後、スクラップの受け取り場所で板金タンクが見つかりました。







オイルを冷却するためにコイルが内側に挿入されます。







その後、変圧器が組み立てられました。







そして、適切な場所に設置してください。







新しいトランスでレーザーを起動すると、出力が約5ワットに増加しました！ つまり 記事の冒頭で述べた、工場出荷時の設定に完全に相当するものでした。 より小さなサイズ、重量、およびより少ないエネルギー消費のみ。











全出力では、ビームの色はより黄色になります。











望ましい結果が達成されました！ 装飾的なデザインのみがあります。 最初に、すべてのコントロールを示すために、スタイリッシュなネームプレートの印刷を英語で注文しました。 同時に、レーザーの名前が生まれました-ライトセーバー。 レーザービームのパワー、その厚さ、レーザーの動作に伴う特徴的な音響効果は、ジェダイのライトセーバーを連想させるためです。 そして、そのような剣の私のかつての幼少期の夢は、そのようなかなり歪んだ形ではあるが、実現された。 おそらく、高出力レーザーポインターの信者はライトセーバーとの類似性について私に同意しませんが、私の意見では、このレーザーはポインターのように振れないという事実にもかかわらず、より多くの類似性を持っています。



















これは、訪問していた私の友人から得られたレーザーシステムのビデオレビューです。





エミッターの外部ケーシングとスタンドを作るために残った。 そのための原材料はすでに準備されています-直径250 mmのプラスチック下水管。 それはサイズに合わせてカットされ、感知できないようにベルがカットされ、通気孔が開けられました。 スタンドも木材、特に古いキャビネットの壁から作られていました。 美しい携帯用ハンドルがケースの上部に取り付けられました。











その後、すべてが塗装され、追加の偽パネルが作成され、ケースを両端から覆いました。 レーザーエミッタは最終的にその最終形状を取り戻しました。







暗闇の中でレーザー管の不吉なオレンジ色の輝きは、誰も無関心なままにしないでしょう。 特にそのとき、それは劣悪な緑色の輝きに置き換えられます。











そして、最終的な形の電源は、普通の冷蔵庫の半分のサイズであり、総重量は100キログラム以下であることが判明しました。 これも工場のキャビネットに勝っています。 そして同時に、それはインテリアによくフィットします。







これは自家製レーザーシステムについての話で、レーザー技術、高電圧パルス技術、およびその他の関連分野での素晴らしい経験をもたらしました。 このプロジェクトは、私の友人や知人の支援なしには実装されなかったでしょう。 ロシア科学アカデミーのシベリア支部の物理技術研究所のパベル・グギンが、科学記事を見つけるのに役立つ電源の電力部分を最適化するためのヒントと文献へのリンクを助けてくれたUL-102の2つのアクティブな要素を手伝ってくれた人々に特に感謝したいと思います関連して実りある議論、私はより多くのサイラトロンを販売し、特に感謝したいという事実のためのアレクサンダー「ヘッジホッグ」はLarionov キャリアロシアからのこれらのサイラトロンの配達を手伝ってくれましたし、彼の友人、よくそして最後に、私はデニス「中性子を感謝したいと思いますが 子供の頃の夢を目覚めができるもののために、このプロジェクトを行うためのインスピレーションのための嵐」。 また、このプロジェクトの実施を監視し、道徳的なサポートを提供したすべての人々。 読んでくれてありがとう。 そして、「なぜこれがすべて必要だったのか」という疑問をまだ持っている人のために-免責事項を読んでください。



UL102に関する叙事詩の結末はこちら



主な文献資料：



1. Grigoryants A. G.、Kazaryan M. A.、Lyabin N. A.銅蒸気レーザー：設計特性と用途。 フィズマトリット、2005



2. Batenin V. M.、Bohan P. A.、Buchanov V. V.、Evtushenko G. S.、Kazaryan M. A.、Karpukhin V. T.、Klimovsky I. I.、Malikov M. M. 自己制限金属遷移に基づくレーザー。 Fizmatlit、2011



3. Lyabin N. A.材料の精密加工のための銅蒸気に基づく最新の産業用レーザーおよびレーザーシステムの作成。 2014年モスクワ、技術科学博士の学位論文



4. G. G. Petrash。金属蒸気とそのハロゲン化物に基づくレーザー。 Lebedev Physical Instituteの議事録、vol。181、1987



PS：プロジェクトの完了後すぐに、20ワットの出力の銅蒸気レーザーのまったく新しいアクティブエレメントをキャッチすることができました。 GL201「クリスタル」。 しかし、それは完全に異なる物語になります...







最初の部分から始めます。