Оптимизация разрядного контура возбуждения CuBr лазера

Объектом исследования является CuBr лазер.
Цель работы–оптимизация разрядного контура источника питания CuBr лазера для повышения эффективности ввода энергии в среду и, как следствие, повышение КПД лазера..
В процессе работы проводились: подготовка схем запуска и системы регистрации; измерение характеристик разрядного контура лазера и его выходной мощности; регистрация осциллограмм тока разряда в газоразрядной трубке (ГРТ), напряжения на электродах ГРТ, выходной мощности лазера.
Исследовано влияние топологии разрядного контура на эффективность ввода энергии в активную среду лазера на парах бромида меди. Проведены эксперименты, собраны и проанализированы данные.

Введение………………………………………………………………………………………………………………….. 13
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………………………. 15
1.1 Общий принцип работы газового лазера ……………………………………………………………………………………………. 15
1.2 Особенности газов как лазерных материалов …………………………………………………………………………………….. 16
1.3 Создание активной газовой среды в газоразрядных лазерах. ……………………………………………………………… 16
1.4 Лазер на парах меди. …………………………………………………………………………………………………………………………. 18
1.4.1 Основные особенности ЛПМ. ………………………………………………………………………………………………………………………21
1.5 Постановка задачи …………………………………………………………………………………………………………………………….. 22
2. Экспериментальная часть …………………………………………………………………………………….. 24
2.1 Описание установки …………………………………………………………………………………………………………………………… 24
2.2 Методики измерений ………………………………………………………………………………………………………………………… 25
2.2.1 Параметры запуска лазерной установки ………………………………………………………………………………………………………25
2.2.2 Расчет КПД ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….25
2.2.3 Измерительная аппаратура …………………………………………………………………………………………………………………………26
2.3 Конструктивные особенности экспериментальной установки ……………………………………………………………… 27
3. Результаты исследования ……………………………………………………………………………………… 30
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………. 37
4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………………………………………………………… 37
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………………………………………………………………..37
4.1.2 Анализ конкурентных решений ……………………………………………………………………………………………………………………38
4.1.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………40
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………………………………………………………………..43
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ………………………………………………45
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………………………………………………………………. 45
4.2.1 Цели и результаты проекта ………………………………………………………………………………………………………………………….45
4.2.2 Ограничения и допущения проекта ……………………………………………………………………………………………………………..46
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом …………………………………………………………………. 47
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта ………………………………………………………………………………………………………47
4.3.2 План проекта ………………………………………………………………………………………………………………………………………………48
4.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………………………………………………………………. 50
4.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов)……………………………………………..50
4.4.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ ………………………………………………………….51
4.4.3 Основная заработная плата …………………………………………………………………………………………………………………………52
4.4.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала ……………………………………………………54
4.4.5 Отчисления на социальные нужды ………………………………………………………………………………………………………………55
4.4.6 Накладные расходы …………………………………………………………………………………………………………………………………….56
4.4.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта. …………………………………………………………..56
4.5 Организационная структура проекта ………………………………………………………………………………………………….. 57
4.6 План управления коммуникациями проекта……………………………………………………………………………………….. 58
4.6.1 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………………………………………………………………………59
4.7 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности
исследования………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 61
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………………………… 65
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……………………………………………………. 65
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………………………………………………………………………..65
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …………………………………………………………………..66
5.1.3 Нормирование лазерного излучения……………………………………………………………………………………………………………67
5.2 Профессиональная социальная безопасность …………………………………………………………………………………….. 69
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при проведении исследования ………………….69
5.2.2Отклонение параметров микроклимата в помещении …………………………………………………………………………………..70
5.2.3 Недостаток освещенности рабочей зоны ……………………………………………………………………………………………………..70
5.2.4 Умственное перенапряжение ………………………………………………………………………………………………………………………72
5.2.5 Повышенное содержание озона в воздухе …………………………………………………………………………………………………..73
5.2.6 Лазерное излучение: прямое, зеркальное отраженное, диффузное отражение …………………………………………….73
5.2.7 Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело
человека …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….75
5.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………………………………. 76
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………………………………. 77
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении исследований………………………………………….77
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действия в случае возникновения ЧС
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..77
Заключение ……………………………………………………………………………………………………………… 79
Список литературы ………………………………………………………………………………………………….. 81
Приложение I …………………………………………………………………………………………………………… 84

В работе были произведены испытания модернизированного разрядного
контура CuBr лазера. Использование импульсного автотрансформатора, позволяет
увеличить крутизну переднего фронта импульса генерации, что увеличивает
энерговклад в среду до начала импульса генерации практически в 2 раза. При этом
происходит некоторое снижение общего энерговклада в среду. Без использования
обострительного конденсатора значительного повышения мощности генерации не
наблюдалось, несмотря на увеличение энерговклада, амплитуды импульса
напряжения и скорости нарастания тока через ГРТ.
Включение в контур обострительного конденсатора позволяет обеспечить
задержку развития тока через ГРТ. Это приводит к небольшому увеличению
времени накачки и полезной энергии, вносимой в разряд. В совокупности с
увеличением энерговклада до начала импульса генерации за счет использования
импульсного автотрансформатора достигается увеличение эффективности
возбуждения лазера.
На основе экспериментальных данных можно сделать вывод, что наиболее
эффективным является совместное использование данных модификаций. Такая
конфигурация позволила увеличить динамический КПД лазера с ~44% до ~80%, а
практический КПД с 0,09% до 0,15%.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» были решены все поставленные задачи:
– Определены основные потребители результатов проекта
– Проведен SWOT- анализ проекта
– Проведена оценка научно-технического уровня проекта и определено, что
данный проект имеет высокую значимость теоретического и практического уровня.
– Осуществлено планирование работ в рамках НТИ. Ожидаемое время
реализации исследования составляет 77 рабочих дней.
– Составлена смета НТИ. Общие расходы составили 107 066 рублей.
Стоимость материальных затрат, необходимых для проведения НТИ, при этом
составила 9 414 рублей. Расходы на заработную плату персонала с учетом
страховых отчислений составляют 97 652 рубля.
В разделе социальной ответственности сформированы рекомендации к
обеспечению безопасной работы студента на ПЭВМ и лабораторном стенде,
включающие защиту от вредных и опасных факторов. Произведен анализ
экологической безопасности и определены мероприятия по предотвращению ЧС
разработка порядка действия в случае возникновения ЧС.

1.Наука и жизнь [Электронный ресурс]// nkj.ru : Ядерный синтез в
лазерной искре. URL:https://www.nkj.ru/archive/articles/2545/ (Дата обращения
14.04.19)
2.Большая российская энциклопедия [Электронный ресурс]// bigenc.ru :
Газовый лазер. URL: https://bigenc.ru/physics/text/2339857 (Дата обращения 14.04.19)
3.Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических
принципов действия преобразователей энергии [Электронный ресурс]// heuristic.su :
Газовый лазер. URL:
http://www.heuristic.su/effects/catalog/tech/byId/description/987/index.html
4.Земсков Л.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г., Раутиан С.Г.,
Эффективный импульсный лазер на парах меди с высокой средней мощностью,
Квантовая электроника, т.1, с.863-869, (1974).
5.Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ.— 3-е перераб. и доп. изд. —
М.: Мир, 1990. — 560 с
6.М.В. Тригуб, В.В. Власов, Д.В. Шиянов, В.Б. Суханов, В.О. Троицкий.
Повышение эффективности возбуждения CuBr лазера за счет модификации
разрядного контура // Оптика атмосф. и океана. 2017 Т.30, N12 С. 1069-1072.
7.Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов — 1. В 2 т.
Т. 1 / Под ред. В. М. Батенина. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 544 с. —ISBN 978-5-
9221-1085-2.
8.Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов — 2. В 2 т.
Т. 1 / Под ред. В. М. Батенина. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 544 с. —ISBN 978-5-
9221-1085-3.
9.Лябин Н.А., Чурсин А.Д., Угольников С.А., Королева М.Е., Казарян
М.А. Разработка, производство и применение отпаянных лазеров на парах меди и
золота // Квантовая электроника. 2001. – Т.31. – №3. – С. 191-202
10. Мальцев А.Н. Кинетика импульсно-периодической генерации лазера на
парах меди // Препринт ИОА №1. Томск. -1982. – 40 с.
11. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на
самоограниченных переходах в парах металлов. Новосибирск.: Наука, 1985. – 152 с.
12. Григорьянц А.Г., Казарян M.A., Лябин H.A. Лазеры на парах меди.
Москва: Физматлит, 2005. – 312 с.
13. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб. руководство: Для вузов 2-е
изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1992. – 536 с.
14. Федеральный закон «Об основах охраны труда» от 17.07.1999 г. № 181-
ФЗ.
15. Безопасностьжизнедеятельностиизащитаокружающейсреды
(техносферная безопасность) [Электронный ресурс] : учебник для бакалавров / С. В.
Белов. — 4-е изд. — Мультимедиа ресурсы (10 директорий; 100 файлов; 740MB). —
Москва: Юрайт, 2013. Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2013/FN/fn-
2440.pdf
16. ГОСТ 12.0.003-2015 ССБТ Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация. – М.: Изд-во стандартов, 2004. – 4 с.
17. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственныхпомещений[Электронныйресурс]:Постановление
Госкомсанэпиднадзора России от 1 октября 1996 г. N 21 // Документ опубликован не
был. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
18. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к ПЭВМ и
организация работы: Постановление Главного государственного санитарного врача
от 13 июня 2003 г. N 118 // Российская газ. – 2003. – N 120.
19. ГОСТ12.1.038-82.Электробезопасность.Предельнодопустимые
значения напряжений прикосновения и токов от 30 июня 1982 г. N 2987.Изд-во
стандартов, 2003. – 6 с.
20. ГОСТ 12.1.040-83. Лазерная безопасность от 31 января 1983 г. N
560.Изд-во стандартов, 2001. – 5 с.
21. Лабораторныйпрактикумподисциплине«Безопасность
жизнедеятельности» для студентов всех специальностей: учебное пособие / Ю.А.
Амелькович, Ю.В. Анищенко, А.Н. Вторушина, М.В. Гуляев, М.Э. Гусельников,
А.Г. Дашковский, Т.А. Задорожная, В.Н. Извеков, А.Г. Кагиров, К.М. Костырев,
В.Ф. Панин, А.М. Плахов. – Томск: Издательство Томского политехнического
университета, 2010. – 236 с.
22. ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты. – М.: Стандартинформ, 2010. – 28 с.
23. Пожаро- ивзрывобезопасностьпромышленныхобъектов. ГОСТ
Р12.1.004-85 ССБТ Пожарная безопасностьИзд-во стандартов, 1996. – 24 с.
24. “Трудовой кодекс Российской Федерации” от 30.12.2001 N 197-ФЗИзд-
во стандартов, 2001. – 230 с.