Эксπир
Регистрация / Вход

Преобразование солнечной энергии в лазерное излучение с использованием фуллерен-кислород-йодного лазера с солнечной накачкой

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6140
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Внебюджетные средства
1,06 млн

Информация отсутствует

Предложения

Исследование путей повышения эффективности устройства преобразования солнечной энергии в лазерное излучение с использованием фуллерен-кислород-йодного лазера с солнечной накачкой
Тема
Исследование путей повышения эффективности устройства преобразования солнечной энергии в лазерное излучение с использованием фуллерен-кислород-йодного лазера с солнечной накачкой
Входящий номер
16328
Организация
ООО "ЛОС"
Уполномоченное лицо инициатора
Анучина Юлия Дмитриевна

Этапы проекта

1
26.11.2007 - 07.12.2007
Выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов (в том числе Internet) по разрабатываемой теме. Дано сопоставление литературных данных с заделом авторов проекта по теме контракта.
Проведены разработка и отладка общей методики проведения исследований по теме контракта. Выполнены предварительные исследования фотофизических и фотохимических процессов при создании твердофазных образцов фуллеренсодержащих сорбентов на базе различных нанопористых сред. Изучены некоторые закономерности процессов взаимодействия излучения с фуллереном С60 и астраленами, приводящие к модификации их оптических свойств, определяющих эффективность наработки синглетного кислорода.
На базе выполненного анализа научно-технической литературы и собственных разработок авторов проекта разработана концепция системы прямого преобразования солнечной энергии в лазерное излучение на основе фуллерен-кислород-йодного лазера. Показано, что по ряду параметров она даже превосходит некоторые проекты, в частности, реализуемые на базе твердотельных лазерных систем, поскольку в ней гораздо легче решаются проблемы тепловыделения в активной среде и связанные с ними проблемы компенсации возникающих термодеформаций. По сравнению с проектами на основе фотодиссоционных лазеров данный проект обладает очевидными преимуществами, обусловленными существенно более эффективным использованием солнечной энергии при переработке ее в лазерное излучение (более чем на порядок). В соответствии с этим для реализации сопоставимых по мощности лазерного излучения систем преобразования солнечной энергии, данная система будет обладать значительно меньшими весогабаритными характеристиками, что особенно актуально для систем космического базирования. По отношению к другим системам прямого преобразования солнечной энергии в лазерное излучение отмечен еще один важный аспект, который подчеркивает важное преимущество системы на основе йодного лазера, а именно, длина волны излучения атома йода =1.315 мкм является оптимальной для прохождения через земную атмосферу. Кроме того, если раньше развитие этих систем тормозилось отсутствием эффективных фотоэлектрических преобразователей для этой длины волны, то сейчас появились разработки ФЭП, полностью решающие данную проблему.
Определены основные направления исследований для отработки и оптимизации отдельных элементов и узлов разрабатываемого устройства.
Выполненные предварительные исследования и проработка концепции показали, что разрабатываемая система преобразования солнечной энергии в лазерное излучение на базе фуллерен-кислород-йодного лазера является перспективной для создания эффективных устройств утилизации солнечной энергии. Кроме того, показано, что твердотельные фуллеренсодержащие покрытия, создаваемые в ходе выполнения данной работы, могут быть использованы в качестве высокоэффективных сорбентов по отношению как к молекулярному кислороду, так и к другим типам газов (например, водород, природный газ и др.), которые могут найти применение при решении задач в области энергетики и энергоресурсов, в том числе и в водородной энергетике. Кроме того, создаваемые высокоэффективные ГСК могут быть легко адаптированы для медицинских применений (фотодинамическая терапия, системы обеззараживания донорской крови и т.п.), в фармакологии и других областях, где требуется применение активных форм кислорода
Развернуть
2
01.01.2008 - 30.06.2008
Выполнен анализ различных вариантов конструкций генераторов синглетного кислорода на основе твёрдофазных фуллеренсодержащих структур с точки зрения достижения максимальной эффективности выхода синглетного кислорода в газовую фазу. На основе этого анализа сделан вывод о необходимости создания систем с протоком молекулярного кислорода через пористое фуллеренсодержащее покрытие для компенсации потерь сорбированного в покрытии кислорода за счет его фотодесорбции. Разработаны и частично изготовлены различные варианты твердофазных фуллеренсодержащих структур, включая фуллереновые покрытия на пористых металлах, стеклах и керамике, позволяющих осуществлять через них проток молекулярного кислорода.
Проведен цикл экспериментальных исследований сорбционной способности различных фуллеренсодержащих материалов по отношению к кислороду. Определены пути повышения сорбционной способности используемых материалов. Методом люминесцентной и ЭПР-спектроскопии исследовано влияние кислорода и йода на оптические и магнитные свойства фуллерита С60 при широком варьировании условий проведения эксперимента (температура среды, давление кислорода или буферного газа, концентрация паров йода). Показано, что на эффективность наработки синглетного кислорода при облучении фуллеренового образца излучением неодимового лазера (длина волны 532 нм) и на амплитуду ЭПР сигнала, получаемого от этого образца в отсутствие облучения, в сильной степени влияют концентрации, как кислорода, так и паров йода, сорбированных этим фуллереновым образцом, а также температура его поверхности. Методом насыщения поглощения микроволнового излучения определено время спин-спиновой и спин-решеточной релаксации парамагнитных центров в исследуемых образцах фуллерита в присутствии молекулярного кислорода.
Определены факторы, влияющие на величину оптимальной плотности энергии накачки для различных схем ГСК. Сделаны оценки оптимальной плотности энергии солнечного излучения, обеспечивающей эффективную десорбцию синглетного кислорода и необходимое соотношение концентраций синглетного и невозбужденного кислорода, вышедшего в газовую фазу;
Разработаны и частично изготовлены элементы схемы замкнутого цикла активной среды для фотолитического и химического варианта наработки атомарного йода в активной среде лазера.
Разработаны требования к оптической системе формирования солнечной накачки.
Развернуть
3
01.07.2008 - 31.10.2008
Проведены исследования процессов преобразования солнечной энергии в лазерное излучение с использованием разработанного в ходе работы макета фуллерен-кислород-йодного лазера с накачкой имитатором солнечного излучения. Получена генерация в импульсно-периодическом режиме работы лазера с частотой 10 Гц со средней выходной мощностью 30 Вт. Достигнут съем энергии лазерной генерации с единицы объема активной среды 9Дж/л. Показано, что при применении той же самой лампы и энергии накачки путем лишь увеличения площади поверхности фуллеренового покрытия, примерно, в 1.5 раза при неизменных внешних габаритах макета лазера можно увеличить съем энергии лазерной генерации до 12-15 Дж/л.
Проведены дополнительные исследования различных генераторов синглетного кислорода: твердофазного с поддувом кислорода через пористую подложку и жидкостного аэрозольного типа в порядке их модернизации и в качестве перспективного задела для последующих разработок. Для исследований, связанных с разработкой жидкостного генератора синглетного кислорода, изучен очень актуальный вопрос, который ранее не изучался, о тушении возбужденного атомарного йода остаточными парами CCl4, которые могут попадать в лазерную кювету при работе жидкостного генератора синглетного кислорода на базе раствора фуллерена в CCl4, облучаемого светом накачки. Показано, что пары CCl4 очень эффективно тушат лазерную генерацию. Сделан вывод о необходимости особого внимания разработчиков к этому вопросу при использовании такого типа генератора синглетного кислорода.
Выполнена оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Показано, что полученные результаты находятся на уровне лучших мировых достижений.
Приведена оценка возможности создания конкурентоспособной продукции и услуг, а также дана разработка рекомендаций по использованию результатов проведенной НИР. Отмечены, как привлекательность полученных результатов для проведения конкретных разработок, так и необходимость повышения степени готовности их к применению в этих разработках. В плане рекомендаций по использованию результатов исследований сделан вывод о целесообразности постановки НИОКР по разработке системы по преобразованию солнечной энергии в лазерное излучение с использованием фуллерен-кислород-йодного лазера с солнечной накачкой с созданием действующего макета, который может стать прототипом для промышленного внедрения, как по своему прямому назначению, так и для различных технологических задач.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Экспериментальные и теоретические исследования с целью создания оптического квантового усилителя с ядерной накачкой с энергией в импульсе лазерного излучения до 100 кДж на установке: "Энергетический макет лазерной системы с накачкой от импульсного реактора "Барс-6" (СТЕНД "Б") (рег. № 01-59)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,1 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка метода трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации с использованием твердотельного лазера с оптоволоконным выводом излучения.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 17 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка энергоэффективного квантового магнитометра с лазерной накачкой.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 18 мес.
Бюджетные средства
68 млн
Количество заявок
1
Тема
Модернизация Сибирского солнечного радиотелескопа с целью повышения качества мониторинга солнечной активности в микроволновом излучении на установке: "Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ) (рег. № 01-27)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,3 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка перспективных источников энергии на основе полупроводниковых многопереходных солнечных элементов
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
13