Quyosh energiyasi asosida ishlaydigan lazerlar

QUYOSH ENERGIYASI ASOSIDA ISHLAYDIGAN LAZERLAR

Rasulova Marhabo Botirjon qizi

Andijon qishloq xo’jaligi va agrotexnologiyalar instituti o’qituvchisi

Lazerlarning yaratilishi insoniyat ilmiy-texnik taraqqiyotining ulkan yutuqlaridan biri desa bo‘ladi. Lazer fizikasi va texnikasi kashf etilganidan keyin qisqa vaqt ichida qattiq jismli, gazli va yarimo’tgazgichli materiallar asosida optik, elektronli, injeksion va boshqa turdagi damlashlar asosida ishlovchi turli lazerlar yaratilib, texnika va ishlab chiqarishning ko’plab sohalarida qo’llanilmoqda. Lazerlarning amaliyotda bunday keng qo’llanilishiga ularning asosiy xususiyatlari- nurlanishning kogarentligi, yo’nalishini boshqarish imkoniyati borligi va yuqori quvvatligidadir.

Mazkur ishda Quyosh energiyasi asosida ishlaydgan lazerlar haqida ma’lumot bermoqchimiz. Quyosh nuri orqali laser nurini hosil qilsa bo’ladimi? Quyosh nuri bilan laser nuri o’rtasida qanday farq bor? Bizga ma’lumki, lazer nuri uzluksiz doimiy amplitudali yoki impulsli shuningdek, ekstremal yuqori quvvatga ega bo’lishi mumkin. Ko’pgina qurilmalarda lazerdan boshqa manba orqali nurlanishni kuchaytirgich sifatida foydalaniladi. Kuchaytirilgan signal boshlang’ich signal bilan to’lqin uzunligi, fazasi va qutblanishi bilan mos keladi. Bu esa optik qurilmalarda juda muhum hisoblanadi. Lazer nurlanishi monoxromatik va kogarent bo’lib, doimiy to’lqin uzunligi va aniq fazaga, shuningdek, ma’lum qutblanishga ega. Boshqa tomondan, lazerlarning ba’zi turlari, masalan ranglantirilgan aralashmali lazerlar yoki yarimxromatik qattiq jismli lazerlar chastotalarning bir qancha to’plamini keng spektral diapazonda boshqara oladi.

Quyosh nuri esa kengaytirilgan manba tomonidan ishlab chiqarilib, buning natijasida turli xil nurlar paydo bo'ladi. Quyosh nuri ultrabinafshadan infraqizilgacha bo'lgan turli xil chastotalardan iborat. Bu optik tizimlarda muammolarni keltirib chiqarishi mumkin, chunki turli xil chastotalardagi nurlarni sinish va qaytishga moyil bo’ladi. Yorug’likning tabiiy manbalari nurni turli yo’nalishlarda keng diapason bo’ylab sochadi. Bundan tashqari, lazer bo’lmagan manbalarning nurlanishi odatda muqim qutblanishga ega bo’lmaydi. Bu holatni quyidagi grafikda ham ko’rishimiz mumkin:

Spektri W/m²

To’lqin uzunligi[nm]

1-rasm. Quyosh nuri va lazer nuri orasidagi farq. Bu yerda qora rangdagi chiziqlar quyosh energiyasini tavsiflaydi. Qizil rangdagi esa lazer nurini xarakteristikasi ifodalaydi.

Xo’p shunday ekan, qanday qilib quyosh energiyasidan foydalanib laser nurini hosil qilish mumkin? Lazer ishlashining asosiy mohiyati - ishlovchi qismning uyg’otishi natijasida elektronlarning ko’chishi bilan bog’liq. Ishlovchi qism optik rezonatorga o’rnatiladi va majburiy nurlantiruvchi mexanizm yordamida to’lqinlar aylanishi natijasida uning energiyasi eksponensial ravishda ortib boradi. Lazer odatda uch asosiy qismdan tashkil topadi:

energiya manbai;

ishlovchi qism;

oynalar sistemasi (optik rezonator)

Quvvat manbai tizimga energiya berilib, bu elektr razryadlovchi, impulsli lampa, botiq lampa, boshqa lazer, kimyoviy reaksiya, xatto portlovchi modda va tabiiy quyosh energiyasi ham bo’lishi mumkin. Biz yuqoridagi energiya manbalaridan quyosh energiyasi haqida fikr yuritsak. Quyosh energiyasi yordamida ishlaydigan lazer - bu yuqori quvvatga ega bo'lishi mumkin bo'lgan izchil elektromagnit nurlanishdan iborat nurni chiqarish kabi odatiy lazerlar bilan bir xil optik xususiyatlarga ega bo'lgan lazer, lekin faol muhitini hosil qilish uchun quyosh nurlaridan foydalanadi. Ushbu turdagi lazer boshqa turlardan noyobdir, chunki u hech qanday sun'iy energiya manbasini talab qilmaydi. Quyosh energiyasi bilan ishlaydigan lazerlar uchun eng ko'p o'rganilgan ikkita lazer vositasi yod bo'lgan [1], lazerning to'lqin uzunligi 1,31 mikrometr va NdCrYAG, 1,06 mikrometr to'lqin uzunligida. Yod neodimiy va xrom bilan qo'shilgan (Nd: Cr: YAG yoki Nd / Cr: YAG) assimilyatsiya xususiyatlariga ega, ular Nd: YAG dan yuqori. Buning sababi shundaki, energiya Cr3 + dopantining keng assimilyatsiya diapazonlari tomonidan so'riladi va keyinchalik dipol-dipol o'zaro ta'sirida Nd3 + ga o'tadi. Ushbu material quyosh energiyasidan foydalanadigan sun'iy yo'ldosh tizimining bir qismini tashkil etadigan quyosh nurlari bilan ishlaydigan lazerlarda foydalanish uchun taklif qilingan. Landis va boshqalar tomonidan quyosh pechli yarimo'tkazgichli lazerlar ham taklif qilingan.[2]

Yaponiyaning Tokio Texnologiya Instituti tadqiqotchilari tomonidan samarali, quyosh energiyasida ishlaydigan lazerning yangi turi ishlab chiqildi. Magniy yonish dvigatelini yaratish maqsadida quyosh energiyali lazerdan foydalanishdi. Ikkita frenel linzalari lazer nuri hosil qilish uchun quyosh nurlarini keramika kristalliga qaratadi. Magniy va suvdan issiqlik va vodorod ishlab chiqarish uchun bunday kuchli lazerlardan foydalanishga umid bor. Ammo magniy yonish dvigatelining amaliy energiya manbai sifatida ishlashi uchun lazerlarni qayta tiklanadigan energiya manbai, masalan, quyosh energiyasi bilan ta'minlash kerak. Tadqiqotchilar ixcham lazerni ishlab chiqdilar, u mavjud quyosh nurlari bilan taqqoslaganda qancha quvvat yetkazishi mumkinligi jihatidan avvalgi qurilmalarga nisbatan samaradorlikni uch baravar oshirishni taklif qiladi.

2-rasm. Quyosh energiyasida ishlaydigan lazer qurilmasining ko’rinishi.

Bunga qisman qo'shimcha ravishda xrom qo'shilgan Nd: YAG kristallari ishlatilib, ularga kengroq yorug'lik nurini singdirish mumkin. Xromni qo'shish mavjud bo'lgan spektrning katta qismini tashkil etadi. Shunday qilib, quyosh nurlaridan lazer nurini samaradorligi sezilarli darajada oshadi. Bu lazerining yana bir yangiligi - katta ko'zgu linzalari o'rniga kichik frenel ob'ektividan foydalaniladi. Bu esa linzalarning konsentrik halqalariga bo'linib, linzalarni yaratish uchun zarur bo'lgan materiallar hajmini va miqdorini kamaytiradi. Odatda, tushayotgan yorug'likning 10% i kristallga, frenel linzalari bilan esa u 80 % tushadi.[3]

Quyosh pechi bilan ishlaydigan lazerlardan tijorat maqsadlarida foydalanilmaydi, chunki aksariyat joylarda elektr energiyasining arzonligi elektr energiyasi bilan ishlaydigan boshqa yanada samarali lazer turlarini tejamkorroq ishlatilishini anglatadi. Quyosh nasosli lazerlar tarmoqdan tashqari joylarda foydali bo'lishi mumkin.

Qizig’i shundaki, O’zbekistonda bunday quyosh pechi 1981 yilda qurilgan va Toshkent shahridan 45 kilometr uzoqlikda joylashgan. Pech Osiyodagi eng katta pechdir. Unda parabolik reflektor vazifasini bajaruvchi kvarsli oyna yoki bir qator oynalar ishlatiladi, ular 3000⁰ C haroratgacha yetib borishi mumkin. Hozirgi kunda eng katta quyosh pechi bilan ishlaydigan lazer tadqiqot markazi tomonidan boshqarilmoqda. Bu 1 MVt quvvatga ega quyosh energiyasi bilan ishlaydigan NdYAG tipli lazer, distillangan suv bilan sovutiladi.

Quyosh pechi bilan ishlaydigan Nd: YAG lazerini elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun O'zbekistonning quyosh pechini ishlatish taklifi bildirilmoqda. Chunki bu pech dunyodagi eng katta tizim bo'lib, 1 MVtgacha quyosh energiyasini kiritish quvvatiga ega. Shu bilan birga, hozirgi tadqiqot ishlari bir nechta kichik kontsentratorlar ishlab chiqarishni birlashtirishga qaratilgan.

Adabiyotlar ro’yhati:

1. De Young et al. Preliminary Design and Cost of a 1-Megawatt Solar-Pumped Iodide Laser Space-to-Space Transmission Station, NASA Technical Memorandum, 1987 (Original version, WebCite archive), Retrieved 2011-06-23

2. G.A. Landis, "New Approaches for a Solar-Pumped GaAs Laser," Optics Communications, 92, pp 261-265 (1992). (Abstract).

3. Payziyev, Sh. D .; Baxramov, S. A .; Qosimov, A. K. (2011). "Kichik parabolik kontsentratorlarda konsentrlangan quyosh nurlarini lazer nurlanishiga aylantirish". Qayta tiklanadigan va barqaror jurnal.