一種提高單重態氧產率用的碘氧化物制備裝置及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學激光器領域，與電激勵氧碘激光器中的儲能粒子單重態氧有關， 具體涉及一種用于提高單重態氧產率的碘氧化物的制備裝置。
【背景技術】
[0002] 第一個運轉在電子態之間的化學激光器是氧碘化學激光器（COIL)，其基本原理 為：
[0003] 亞穩態粒子02 C Δ )的產生：
[0004] C12+2K0H+H202 - 02 (1 Λ ) +2KC1+2H20
[0005] 碘原子的產生：
[0006] I2+n02 (1 Δ ) - 2I+n02 (3 Σ)
[0007] 亞穩態粒子〇2 (1 λ )與碘原子近共振傳能：
[0008] C)2C A) + IΡ. 2)<-^·02ΓΣ) + Ι(-.)
[0009] 激射出光：I (2P1/2)+hv - I (2P3/2)+2hv ( λ = 1. 315 μ m)
[0010] 從上世紀70年代到現在，COIL已經經歷了從出光演示、亞音速、超音速到工程放 大等階段，獲得了巨大的成功。
[0011] 然而，在傳統的化學氧碘激光器COIL中，產生亞穩態儲能粒子02 (1 Λ )時使用的是 有毒易爆的C12、H202等化學物質，這限制了它的應用范圍。
[0012] 電激勵氧碘激光器采用氧氣放電來產生單重態氧，它在繼承了傳統化學氧碘激光 器優點的同時，還具有原料安全無毒，全氣相操作，適應能力更強等優勢。這種通過放電方 法產生單重態氧的裝置稱為放電單重態氧發生器。
[0013] 放電產生單重態氧的一個特點是產物中含有氧原子等活性氧物種；從好的一方面 來講，氧原子可以離解碘分子，從而避免了單重態氧的消耗；從壞的一方面來講，氧原子又 會猝滅單重態氧，降低放電單重態氧發生器的性能。研究發現，氧原子對單重態氧的猝滅作 用較大，并且主要是通過三體碰撞猝滅過程進行的，因此在高氣壓條件下對單重態氧產率 的影響很大，是電激勵氧碘激光器在功率規模放大過程中必須要解決的重要問題：
[0014] 02 (a1 Δ ) +0+M - 〇2+0+M k = 1x10 32cm6/s
[0015] 其中M是第二體碰撞伴侶（一般是02)。
[0016] 為了降低氧原子對單重態氧的猝滅作用，需要降低氧原子的濃度，一般是通過向 主氣流中添加氧原子捕獲劑來實現降低氧原子濃度的，例如N0或N0 2分子：
[0017] 0+N0 - N02 k = 3x10 ncm3/s
[0018] 0+N〇2 - NO+〇2 k = 1x10 ncm3/s
[0019] 很顯然，氧原子捕獲劑雖然可以降低氧原子濃度，提高單重態氧產率，但只是通過 簡單地將氧原子轉化為基態氧分子而實現的，并沒有將氣流中的氧原子等活性氧物種轉化 為單重態氧。
[0020] 有鑒于此，我們試圖找到一種可以將氧氣放電氣流中的氧原子等活性氧物種轉化 為單重態氧的技術，即：
[0021]
[0022] 本發明就是為了解決此問題而產生的，我們在試驗中發現了一種碘氧化物催化 劑，這種碘氧化物具有與傳統商業有售的白色五氧化二碘不同的特性，具體表現為，它能夠 將氧原子轉化為單重態氧。
[0023] 我們發現的這種碘氧化物在外觀上呈現為具有一定粘性的黃色油狀固體，或許是 某一種或某幾種碘氧化物的復合物，實驗結果顯示它能夠有效地將氣流中的氧原子轉化為 電子激發態單重態氧分子。
【發明內容】
[0024] 本發明的目的是提供一種用于提高單重態氧產率的碘氧化物制備裝置。通過該種 裝置，可以很容易地制備一種碘氧化物催化劑，該碘氧化物催化劑能夠將氧氣放電氣流中 的氧原子等活性氧物種轉化為單重態氧，從而提高放電產生單重態氧的產率。
[0025] 為實現本發明的目的，具體的技術方案是：
[0026] 該裝置包括氧氣供氣系統、碘氣供氣系統、低溫等離子體放電腔、碘氣噴注器、碘 氧化物沉積腔、真空抽氣系統。
[0027] 氧氣供氣系統、低溫等離子體放電腔、碘氧化物沉積腔和真空抽氣系統依次順序 連接；氧氣從氧氣供氣系統出來后，依次通過低溫等離子體放電腔、碘氧化物沉積腔、真空 抽氣系統；
[0028] 碘氣供氣系統和碘氣噴注器直接相連，連接管為的聚四氟乙烯管，碘氣從碘氣供 氣系統流向碘氣噴注器；
[0029] 碘氣噴注器的頭部插入碘氧化物沉積腔的內部，并可以前后移動。
[0030] 氧氣供氣系統由氧氣瓶、減壓閥、氣體質量流量計依次連接構成，連接管為不銹鋼 管。
[0031] 碘氣供氣系統由氦氣瓶、減壓閥、碘固體池、氣體質量流量計依次連接構成，連接 管為聚四氟乙烯管。
[0032] 低溫等離子放電腔的腔體為圓柱形玻璃管，長度為10-20厘米，外徑8-20毫米，壁 厚1-1. 5毫米，使用射頻介質阻擋放電的形式進行無聲放電，電壓1000-1500伏，放電功率 30_50 瓦。
[0033] 碘氣噴注器由內部中空的兩段圓柱狀玻璃管組成，分別是頭部和主體部分，頭部 的前端密封，頭部深入碘氧化物沉積腔的內部，頭部的外徑為10-20毫米，頭部的長度為 5-15毫米，主體部分通過聚四氟乙烯管與碘氣供氣系統相連；主體部分的外徑為6-8毫米， 主體部分的長度為30-50厘米；
[0034] 碘氣噴注器與碘氧化物沉積腔同軸，并能夠沿軸前后移動，頭部的曲面設置有分 布均勻的通孔，通孔直徑為0. 5-1毫米，孔個數為6-12個，碘氣體從通孔噴出，噴射方向垂 直于碘氧化物沉積腔的器壁。
[0035] 碘氧化物沉積腔的整個腔體為圓柱狀玻璃管，玻璃管的長度為20-60厘米，壁厚 1-2毫米，碘氧化物沉積腔的內直徑比碘氣噴注器頭部的外直徑大10-15毫米，以保證碘氣 噴注器能夠在碘氧化物沉積腔內移動，碘氧化物沉積腔與低溫等離子體放電腔垂直連接。
[0036] 制備碘氧化物時，碘氧化物沉積腔內氣體溫度為300-450K，氣體壓力為 L 5_3Torr〇
[0037] 真空抽氣系統由真空球閥和機械泵直接連接構成，使得整個裝置的真空度不大于 1. 5Torr，裝置內的氣體通過真空球閥后被機械泵抽走。
[0038] 本發明所述碘氧化物制備裝置可用于放電氧碘激光器。
[0039] 放電功率較低，一般不高于50瓦，這樣得到的等離子體氣體溫度較低。
[0040] 其半徑約為低溫等離子放電腔半徑的兩倍，與低溫等離子放電腔垂直連接
[0041] 具體操作步驟如下：
[0042] 第一步打開真空抽氣系統的真空球閥，對整個制