научная статья по теме АРКТИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ЛАЗЕРА Науковедение

Текст научной статьи на тему «АРКТИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ЛАЗЕРА»

АРКТИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ

ЛАЗЕРА

Вера ПАРАФОНОВА, журналист

Как и чем эффективно заглушить газовую открыто фонтанирующую скважину?

Лишь фрагментированием (разрезанием на блоки), а затем растаскиванием с применением специальной техники.

Несколько лет назад сотрудники Государственного научного центра РФ Троицкого института

инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, госкорпорация «Росатом») совместно с фрязинским Научно-техническим объединением «ИРЭ-Полюс» предложили использовать для дистанционного ведения аварийно-восстановительных работ мобильный лазерный технологический комплекс мощностью до 24 кВт МЛТК-20, когерентное (монохроматическое) излучение которого способно дистанционно разрезать на части толстостенные элементы аварийных нефтегазовых вышек. Новейшую разработку физиков, успешно прошедшую полигонные испытания,

уже неоднократно применяли при ликвидации открытого газового фонтана.

Быстропроточный электроразрядный С02-лазер ЛТ-1 с замкнутым газодинамическим контуром и поперечной прокачкой.

ЛИДИРУЮЩИЕ ПОЗИЦИИ

История научного центра, где сегодня создают перспективные типы лазеров, началась в 1956 г., когда по инициативе академика Анатолия Александрова* в подмосковной Красной Пахре была организована Магнитная лаборатория АН СССР. В 1961 г. ее включили в состав Института атомной энергии им. И.В. Курчатова (ИАЭ)**, на базе которого в 1970 г. сначала был сформирован Отдел плазменной энергетики, а затем в 1971 г. — Филиал ИАЭ, реорганизованный в 1991 г. в Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований.

1970-е годы по праву называют временем творческого пика института: именно тогда возглавляемый (с 1971 по 1978 г.) академиком Евгением Велиховым*** коллектив продвинулся по ряду новейших направлений в науке: физике плазмы, лазерной тематике, сверхпроводимости и магнитогидродинамиче-ским (МГД) генераторам. Сегодня институт занимает лидирующие позиции по управляемому термоядерному синтезу, физике высоко- и низкотемпературной плазмы, плазменной энергетике, физике и технике мощных газоразрядных лазеров. Обеспечивая фундаментальными исследованиями в первую очередь безопасность атомной энергетики, он активно внедряет технологии на основе С02, СО, эксимерных и твердотельных лазеров и в другие сферы.

ЛАЗЕР-ПУТЕШЕСТВЕННИК

В 1970-е годы здесь разработали быстропроточный С02-лазер непрерывного действия с замкнутым газодинамическим контуром ЛТ-1, получивший «прописку» на предприятиях 10 отраслей промышленности. С его помощью режут тепловыделяющие элементы АЭС и отработанные высокоактивные изделия, сваривают элементы системы защиты реактора и теплообменников, проводят поверхностную обработку фурм доменной печи, увеличивая их термостойкость в 2 раза, упрочняют режущий инструмент и штамповочные устройства, ведут цементацию низкоуглеродных сталей, продлевающую ресурс работы сваебойного оборудования в 4 раза.

Сравнительно малая расходимость луча С02-лазера позволила уже первую установку ЛТ-1 сориентиро-

*См.: Н. Пономарев-Степной. Во главе атомной отрасли. — Наука в России, 2003, № 2; Е. Велихов. Он не мог жить по-иному; М. Мокульский. У истоков возрождения отечественной генетики; В. Попов. Научные труды академика Александрова. — Наука в России, 2013, № 1 (прим. ред.).

"См.: А. Гагаринский, Е. Яцишина. От секретной лаборатории к национальному исследовательскому центру. — Наука в России, 2013, № 2 (прим. ред.).

***См.: В. Шафранов. Заглянуть за грань известного. — Наука в России, 2010, № 1 (прим. ред.).

вать на дистанционное выполнение операций. Она на расстоянии срезала сантиметровый слой бетона в процессе «шелушения» (очистки), вела сварку и резку стальных листов для промышленности, строительства и даже разрезала трубопровод из нержавеющей стали, причем без вращения трубы (вращался лазерный луч) и подвода газа в зону реза.

Дальше возникли задачи не только дистанционного применения установки, когда доступ к аварийному очагу затруднен, но и мобильного перемещения к месту возможных аварий для ликвидации их последствий. Поэтому ученые и инженеры института уже в начале 1990-х годов приступили к созданию транспортабельного варианта мощного лазера. При этом учитывали возможность снижения его веса и размера за счет использования в качестве рабочей среды в открытом цикле смеси углекислого газа и атмосферного воздуха.

Так родилась идея создания на базе С02-лазеров мобильных лазерных технологических комплексов (МЛТК), перспективных для аварийно-восстановительных и демонтажных работ в атомной, газовой, нефтеперерабатывающей и других отраслях. Они

Мобильный лазерный комплекс МЛТК-50 на территории ГНЦ РФ ТРИНИТИ.

отвечали основному в таких случаях условию — быстрой доставке необходимой техники в любое место всеми видами транспорта (наземным, водным, воздушным) и оперативному ее включению (в течение десятков минут) в процесс устранения аварийных проблем.

Полевые испытания передвижные комплексы МЛТК-5 и МЛТК-50 прошли уже в конце 1990-х годов. Первый, созданный в 1998 г. на основе газоразрядного С02-лазера замкнутого контура с накачкой самостоятельным разрядом и выходной мощностью излучения 5 кВт на автомобильном шасси полуприцепа контейнеровоза, мог выполнять обработку крупного металлургического, горнодобывающего, химического и другого оборудования. Его также можно было использовать в судостроении для замены нескольких стационарных установок и в горнодобывающей промышленности для разрушения пород на удалении от точки воздействия до 30 м.

ЭНЕРГИЯ АТМОСФЕРЫ

В 1992-2000 гг. в ГНЦ РФ ТРИНИТИ по заказу ОАО «Газпром» создали МЛТК-50 на основе импуль-сно-периодического электроионизационного С02-лазера открытого контура мощностью излучения до 50 кВт. В 2002 г. за эту работу ученые и инженеры института Владимир Востриков, Валерий Гаври-люк, Александр Красюков, Валерий Кузнецов, Валерий Наумов, Владимир Черковец, Леонид Шач-кин, Владимир Шашков и их коллеги из Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова (Санкт-Петербург), Научно-технического объединения «Алмаз» им. A.A. Расплетина и компании «Газобезопасность» (Москва) были удостоены премии Правительства РФ.

Оригинальность идеи при создании комплекса базировалась на использовании в качестве основного

рабочего тела окружающего атмосферного воздуха с добавкой 5% углекислого газа. Лазерный луч выводили в атмосферу через специальный газодинамический затвор и направляли на объект зеркалами формирующего телескопа наведения. Установка, удаленная от объекта воздействия до 80 м, могла резать металлоконструкции и железобетон при демонтаж-ных и аварийно-восстановительных работах на АЭС, нефтяных и газовых скважинах, устранять последствия землетрясений и других стихийных бедствий, демонтировать суда, в том числе и атомные подводные лодки, на металлолом, очищать береговые линии от нефтепродуктов при разливах нефти и поверхность воды от нефтяной пленки. МЛТК-50 размещался на двух серийных автомобильных полуприцепах, компоновка его оборудования, общий вес которого не превышал 50 т, допускала перевозку по железной дороге.

В октябре 2000 г. в ходе полевых приемо-сдаточных испытаний комплекс успешно разрезал фрагменты газовой арматуры диаметром более 100 мм при толщине стенки до 20 мм на расстоянии свыше 50 м. Причем лазерный луч пробивался сквозь пламя до 5 м. На следующем этапе он разрезал газовые трубы диаметром 250 мм и металлоконструкции толщиной до 40 мм. Его энергия (длиной волны излучения 10,6 мкм) транспортировалась на расстояния 20—70 м по атмосфере, проходя сквозь шестиметровый огневой фронт. Фрагментация и удаление поврежденного газового оборудования, находящегося в устье аварийной скважины, фонтанирующей огнем, завершились успешно. Не удовлетворили газовиков лишь весогабаритные характеристики машины.

РАБОЧИЙ ИТТЕРБИЙ

В начале XXI в. в лазерной технике появились компактные мощные волоконные лазерные источники. Стало очевидно, что подобные системы с оптоволоконной доставкой энергии — до 300 м — удачно впи-

Автономный мобильный лазерный комплекс МЛТК-2 готов к отправке в любую точку страны.

сываются в концепцию института по созданию мобильных МЛТК многофункционального назначения. В результате предлагаемые фрязинским Научно-техническим объединением «ИРЭ-Полюс» серии волоконных установок позволили специалистам института создать семейство мобильных комплексов нового поколения.

Первым на основе иттербиевого лазера мощностью 2 кВт был создан по заказу госкорпорации «Росатом» МЛТК-2. Он решал одну из трудных задач в атомной энергетике, связанных с окончанием срока службы и снятием с эксплуатации ядерных объектов, — фрагментации деталей и узлов изделий, многократного уменьшения их радиационной и экологической опасности. Лазерные технологии благодаря высокой производительности, возможности дистанционного проведения работ и сокращению объема подлежащих захоронению вторичных радиоактивных отходов дают в этих случаях значительные преимущества по сравнению с традиционными химическими методами.

Мобильный комплекс МЛТК-2, действующий на отечественном промышленном поле почти 10 лет, демонстрирует превосходные технические характеристики при дистанционной резке металлоконструкций толщиной до 20 мм на расстоянии в десятки метров от объекта воздействия. В перерывах между технологическими заданиями с выездом к месту дислокации с его помощью проводят коммерческий прецизионный (очень точный) раскрой разнотол-щинных (до 14 мм) листовых металлов. Причем входящие в его состав три блока длиной 3 м и весом 970 кг можно транспортировать любым носителем. А по прибытии время подготовки установки к эксплуатации занимает не более 10 мин.

Успешно проводит демонтаж строительных конструкций с помощью трех лазерных источников мощностью 1 кВт и комплекс МЛТК-3. Он состоит из семи блоков оборудования, вес которых не превышает 100 кг, причем каждый из них может работать самостоятельно.

ЛУЧ-ЛИКВИДАТОР

МЛТК-20, созданный институтом в 2010 г. в кооперации с Научно-техническими объединениями «ИРЭ-Полюс» (г. Фрязино), «ЭТАН-Промгаз» (Москва), Научно-произв

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Науковедение»