气固化学反应体系产生单重态氧的初步实验研究

 介绍了一种新的产生单重态氧（O₂（¹△g）的气固化学反应体系,即在固定床式反应器中采用固体过氧化钠粉末与氯气（Na₂O₂/Cl₂）进行反应的气固化学反应体系。实验分别通过用对近红外敏感的光谱仪和锗探头监测了反应产生的（O₂（¹△g）的发射光谱和1 270 nm的光信号,同时通过数据采集系统监测了反应池固体反应层和测试池中气体的温度的变化曲线。实验测得了（O₂（¹△g）在1 270 nm附近的特征发射光谱,此光谱表明该体系是一个很好的产生（O₂（¹△g）的体系,同时,实验现象表明该反应是强放热反应。     

射流式单重态氧发生器的工作稳定性实验

 实验研究了BHP的化学稳定性以及射流式SOG稳定工作的判据,为射流式SOG的研究提供了实验依据。通过理论研究和实验数据的综合分析,给出了单排孔进气结构射流式单重态氧发生器稳定工作的判据vg/vj≤2。提高射流式SOG的BHP驱动压力,以提高射流的速度是提高Cl₂摩尔流量也即单重态氧发生量的有效手段。     

射流式单重态氧发生器的工作稳定性实验

实验研究了BHP的化学稳定性以及射流式SOG稳定工作的判据,为射流式SOG的研究提供了实验依据。通过理论研究和实验数据的综合分析,给出了单排孔进气结构射流式单重态氧发生器稳定工作的判据vg/vj≤2。提高射流式SOG的BHP驱动压力,以提高射流的速度是提高Cl2摩尔流量也即单重态氧发生量的有效手段。     

亚磷酸三苯酯臭氧化合物分解产生单重态氧的研究

现在世界上功率最大的短波长化学激光、氧碘化学激光是以亚稳态的O2 (a1△)作为储能分子,通过近共振碰撞传能给碘原子,使碘原子激发而发射激光,因此,O2 (a1△)的发生是其主要关键技术.目前使用的方法是H2 O2 的碱溶(BHP)与Cl2 气反应[1] .它具有化学效率高的优点,但此方法产生的O2 (a1△)中含有水份,而水对碘原子具有强的猝灭作用;另外,BHP不能长期保存;氯气还有毒性.196 1年Thompson发现,在- 78℃时亚磷酸三苯酯(TPP)与O3加成为亚磷酸三苯酯臭氧化合物(TPPO3) [2 ] ,并在高于- 35℃分解产生O2 (a1△) .　(C6 H5O) 3P +O3-78℃(…     

横向射流式单重态氧发生器的性能实验研究

对氧碘化学激光器的单重态氧发生器（SOG）进行了改进,采用横向射流方式,并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测。实验中过氧化氢碱溶液温度控制在－16℃左右,氯气流量为530mmol/s,He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量。得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下,最高单重态氧分子产率达到58%, 氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作。     

横向射流式单重态氧发生器的性能实验研究

 对氧碘化学激光器的单重态氧发生器（SOG）进行了改进，采用横向射流方式，并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测。实验中过氧化氢碱溶液温度控制在－16℃左右,氯气流量为530mmol/s，He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量。得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下，最高单重态氧分子产率达到58%, 氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作。     

射流式单重态氧发生器研究

单重态氧O2 (a1Δg)是迄今唯一能用纯化学反应高效产生的具有长寿命的亚稳激发态分子 .为了考察提出的用两个O2 (1Δ)能量汇集反应生成氧第二单重激发态O2 (b1Σ+ g)以实现近可见短波长化学激光方案的现实性 ,设计和实验了一个氯流量为 3～ 10mmol/s的射流式单重态氧发生器 (JSOG) .考察了三种具有不同孔径和孔数目的喷头、氯气流量和脱水冷阱温度等对JSOG出口的O2 (1Δ)浓度、O2 (1Δ)分压、氯利用率及水蒸气含量的影响 .发现用聚氯乙烯管作冷阱时 ,最佳冷阱介质温度为 - 140～ - 15 0℃ ,对此提出了O2 (1Δ)表面脱活与脱水互相竞争的解释 .在最佳条件下 ,可将O2 (1Δ)气中水分压降低至 4Pa ,这一结果是首次报导     

射流式单重态氧发生器理论模型

 射流式单重态氧发生器(JSOG)是化学氧碘激光器十分重要的能源部分,它主要是通过解气相、液相扩散方程来求解发生器出口的氯的利用率和单重态氧的产率。在实际工作中的射流发生器非常复杂,其扩散方程和边界条件为非线性,非齐次边界条件,非齐次泛定方程组,求解难度较大。通过边界条件,采用试探解的方法,解得氯、总氧、单重态氧的气相、液相扩散方程,得到了氯的利用率,及单重态氧产率的解析解,与实验结果基本相符。     

氧碘化学激光器中转盘式单重态氧发生器研究

 通过对单重态氧发生器（SOG）内的传质、传热及化学动力学过程的研究，提出高效SOG的设计原则，并研制出一台可用于高功率超音速氧碘化学激光器（COIL）的SOG， 其Cl₂流量在0.6~1mol/s时，O₂(¹Δ)分压可达333.3~519.9Pa； O₂(¹Δ)浓度达到50%~68%；Cl₂利用率大于90%；混合气中水蒸汽含量小于10%。     

氧碘化学激光器中转盘式单重态氧发生器研究

通过对单重态氧发生器（SOG）内的传质、传热及化学动力学过程的研究,提出高效SOG的设计原则,并研制出一台可用于高功率超音速氧碘化学激光器（COIL）的SOG, 其Cl2流量在0.6~1mol/s时,O2(1Δ)分压可达333.3~519.9Pa;O2(1Δ)浓度达到50%~68%;Cl2利用率大于90%;混合气中水蒸汽含量小于10%。     

电激励O2（a1Δg）发生器的实验研究

 在纯氧，及氧气和氩气的混合气体情况下，对射频放电产生O₂（a¹Δg）进行了实验研究。射频频率为13.56MHz，额定功率500W，放电压力133.0~399.0Pa， 氧气流量最大为1.4mmol/s， 氩气流量为2.1mmol/s。研究了O₂（a¹Δg）产率随气体流量、放电气压以及混合气体放电条件的变化。O₂（a¹Δg）产率最大值约为17.5%。     

电激励O2（a1Δg）发生器的实验研究

在纯氧,及氧气和氩气的混合气体情况下,对射频放电产生O2（a1Δg）进行了实验研究。射频频率为13.56MHz,额定功率500W,放电压力133.0~399.0Pa, 氧气流量最大为1.4mmol/s, 氩气流量为2.1mmol/s。研究了O2（a1Δg）产率随气体流量、放电气压以及混合气体放电条件的变化。O2（a1Δg）产率最大值约为17.5%。     

电激励O2（1△g）发生器的理论模拟研究

 建立了基于分子反应动力学的氧等离子体化学反应模型，该模型包括了电子与氧分子，以及氧原子与氧分子的碰撞反应过程。利用反应动力学理论计算并讨论了电激励O₂(¹△)发生器的放电参数，发现电子能量应小于2.5eV。电子浓度对O₂(¹△)产率的影响不大，当放电压力与气体线流速一定时，存在最佳的电子平均能量。     

RF discharge slab CO laser operating in both fundamental and first-overtone bands

A compact sealed-off cryogenically cooled radio frequency (RF) discharge slab CO laser, operating in both first-overtone (FO) and fundamental band (FB), was launched. Repetitively pulsed and CW modes of RF discharge excitation were studied. Average FB output power was up to 12 W, with laser efficiency 14%. The multiline FB laser spectrum was observed within the wavelength range ∼5.1-5.4 μm. An optical scheme “frequency selective master oscillator - laser amplifier” was applied for getting FB tuning. Single line FB lasing with average power up to several tens of mW was observed on ∼100 FB vibrational-rotational transitions of CO molecule within the spectral range ∼5.0-6.5 μm. Multiline FO lasing was observed on ∼80 spectral lines within the spectral range ∼2.5-4.0 μm, with maximum single line average output power 12 mW. Total output power of the slab FO CO laser came up to 0.3 W, with maximum laser efficiency 0.5%. Results of parametric studies of the FB and FO slab CO laser including complicated time behavior for laser pulses on different FO vibrational-rotational transitions are discussed.     

Preliminary study on singlet oxygen production using CeF3:Tb3+@SiO2-PpIX

Luminescent properties and singlet oxygen production using CeF₃:Tb³⁺-based nanoparticles modified with SiO₂ and protoporphyrin IX (PpIX) were studied. CeF₃:Tb³⁺ nanopowder was prepared via sol–gel route, with subsequent surface coating by SiO₂ layer and the conjugation with photosensitive PpIX molecules. Radioluminescence spectra suggest an energy transfer from Ce³⁺ to Tb³⁺ ions and from Tb³⁺ to molecules of PpIX photosensitizer. The energy transfer was confirmed by photoluminescence decay curves. Singlet oxygen production was detected using a reaction of ¹O₂ with 3’-(p-aminophenyl) fluorescein (APF) chemical probe after X-Ray excitation. Qualitative changes in time resolved photoluminescence spectra in the region of 520 nm indicate ¹O₂ generation. Studied nanocomposites may be good candidates for the application in X-ray induced photodynamic therapy.     

冷射流方法脱除单重态氧气流中的水汽

为提高化学氧碘激光性能,分别使用-117 ℃乙醇、-110 ℃氟里昂和-45 ℃质量分数为50%过氧化氢冷射流进行单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明:这3种冷射流的除水效果并不显著,乙醇基本上没有任何脱水效果,氟里昂和过氧化氢仅可以将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/4;乙醇和氟里昂因极易挥发而对气流产生严重干扰,并不适合用于除水;只有难挥发的过氧化氢才是合适的候选。     

冷射流方法脱除单重态氧气流中的水汽

为提高化学氧碘激光性能,分别使用-117 ℃乙醇、-110 ℃氟里昂和-45 ℃质量分数为50%过氧化氢冷射流进行单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明：这3种冷射流的除水效果并不显著,乙醇基本上没有任何脱水效果,氟里昂和过氧化氢仅可以将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/4;乙醇和氟里昂因极易挥发而对气流产生严重干扰,并不适合用于除水;只有难挥发的过氧化氢才是合适的候选。     

单重态氧的气固化学反应发生体系的热力学分析

 采用Gaussian程序软件包,在RHF/Lanl2dz计算水平上,计算了由4类无机固体反应物(包括碱金属的过氧化物或超氧化物、碱土金属的过氧化物或超氧化物)与3类气体反应物(包括卤素气体、卤化氢气体和卤化氘气体)所组合的12种可产生单重态氧(O2(1Δg))的气固化学反应体系的热力学参数(如反应焓变、Gibbs反应自由能变化值以及化学反应平衡常数)。计算结果结合O2(1Δg)在氧碘化学激光器(COIL)中的实际应用,分析比较了不同固体反应物和不同气体反应物对气固化学反应体系产生O2(1Δg)的影响。分析结果表明：大部分的上述气固化学反应体系的Gibbs反应自由能变化值为负值,反应可自发进行;但在所有的气固化学反应体系组合中,由碱金属超氧化物与F2或Cl2组成的气固化学反应体系的反应生成热是比较少的,这有利于气固化学反应体系产生的O2(1Δg)用于COIL中。分析同时表明由碱金属超氧化物(如LiO2,NaO2或KO2)与卤素气体(如F2或Cl2)所组成的气固化学反应体系能更高效地产生O2(1Δg),较适合用于COIL中。     

Theoretical treatment of RF discharges in coaxial He–Ne laser

Based on the ambi-polar diffusion, a model to simulate the coaxial RF-excited He–Ne laser plasmas is set up, and the microprocesses in laser plasmas are studied. Some parameters such as the spatial distribution of electron density, RF electric field, RF power density and excitation efficiency for upper laser level are calculated and discussed, which are suitable to describe the electrical properties of the discharges. The theoretical results can explain some experimental phenomena and guide the experimental study.