| о действия достигает очень высоких значений, серьёзной проблемой является изготовление достаточно долговечных зеркал хорошего оптич. качества. Применяются покрытые золотом сапфировые или металлич. зеркала. Вывод излучения зачастую производится через отверстия в зеркалах. В качестве полупрозрачных выходных зеркал применяются пластины из высокоомного германия, арсенида галлия и т. п.
В электрич. разряде СО2-лазеров имеют место нежелательные эффекты, разрушающие инверсию населённостей,- разогрев газа и диссоциация его молекул. Для их устранения газовая смесь непрерывно "прогоняется" через разрядные трубы лазеров. Так происходит обновление активной среды. Для получения больших мощностей (неск. квт) в непрерывном режиме газ прогоняют через трубку с большой скоростью и разряд происходит в сверхзвуковом потоке. Для того чтобы избежать потерь дорогостоящего Не, газовая смесь циркулирует по замкнутому контуру. Возбуждение электронным ударом производится либо в резонаторе, либо непосредственно перед поступлением смеси в резонатор. В лучших приборах практически все молекулы СО2, влетающие в резонатор, уже возбуждены и за время пролёта через резонатор отдают энергию возбуждения в виде кванта излучения.
Ионные лазеры (У. Бриджес, США, 1964). В ионных лазерах инверсия населённостей создаётся между электронными уровнями энергии ионизированных атомов инертных газов и паров металлов. Инверсия населённостей достигается выбором пары уровней, для к-рой нижний лазерный уревень обладает меньшим, а верхний - большим временами жизни. Необходимость создания большого количества ионов приводит к тому, что плотность тока газового разряда в ионных лазерах достигает десятков тысяч а/см2. Электрич. разряд осуществляется в тонких капиллярах диаметром до 5 мм. При больших плотностях тока газ увлекается током от анода к катоду. Для компенсации этого эффекта анодная и катодная области разрядной трубки соединяются дополнит, длинной трубкой малого диаметра, обеспечивающей обратное движение газа.
Ввиду высокой плотности тока для изготовления газоразрядных трубок ионных лазеров применяются металлокерамич. конструкции или трубки из берил-лиевой керамики, обладающие высокой теплопроводностью. Кпд ионных лазеров не превышает 0,01%. В области видимого света сравнительно высокой мощностью в непрерывном режиме обладают аргоновые лазеры. Аргоновый ионный лазер генерирует излучение с[0601-32.jpg] =0,5145 мкм (зелёный луч) мощностью до неск. десятков вт. Он применяется в технологии обработки твёрдых материалов, при физич. исследованиях, в оптич. линиях связи, при оптич. локации искусств, спутников Земли.
Ионный лазер на смеси ионов аргона и криптона обладает способностью перестраиваться по длине волны (сменой зеркал) во всём видимом диапазоне. Он излучает мощность до 0,1 вт на волнах 0,4880 мкм (синий), 0,5145 мкм (зелёный), 0,5682 мкм (жёлтый) и 0,6471 мкм (красный луч).
Весьма перспективен лазер на парах кадмия, работающий в непрерывном режиме в синей (0,4416 мкм) и ультрафиолетовой (0,3250 мкм) областях спектра и обладающий высокой монохроматичностью. Пары Cd образуются в испарителе, расположенном около анода (рис. 4). Они сильно разбавлены Не. Равномерное распределение Cd в газоразрядной трубке и подбор его концентрации достигаются увлечением паров Cd ионами Не от анода к катоду. Плотность паров Cd определяется темп-рой подогревателя. В охладителе около катода Cd конденсируется. Трубка диаметром 2,5 мм и длиной 140 см при давлении Не 4,5 мм рт. ст., темп-ре подогревателя 250 °С, токе разряда 0,12 а и напряжении 4 кв позволяет получить мощность 0,1 вт в синей и 0,004 вт в ультрафиолетовой областях спектра. Кадмиевый лазер применяется в оптич. исследованиях (см. Нелинейная оптика), океанографии, а также фотобиологии и фотохимии.
[0601-33.jpg]
Рис. 4. Схематическое изображение кадмиевого лазера: 1 - зеркала: 2 - окна для выхода излучения; 3 - катод (слева) и анод (справа): 4 - испаритель кадмия; 5 - конденсатор паров кадмия; 6 - газоразрядная трубка.
Газодинамические лазеры (В. К. Конюхов и А. М. Прохоров, СССР, 1966). Характерной особенностью газов является возможность создания быстрых потоков газовых масс. Если предварительно сильно нагретый газ внезапно расширяется, напр, при протекании со сверхзвуковой скоростью через сопло, то его темп-ра резко падает. При внезапном снижении темп-ры молекулярного газа колебательные уровни энергии молекул могут оказаться возбуждёнными (газодинамическое возбуждение). Существует СО2-лазер с газодинамич. возбуждением. При газодинамич. возбуждении тепловая энергия непосредственно преобразуется в энергию электромагнитного излучения. Мощность излучения газодинамич. лазеров, работающих в непрерывном режиме, достигает 100 квт.
Химические лазеры. Инверсия населённостей в нек-рых газах может быть создана в результате химич. реакций, при к-рых образуются возбуждённые атомы, радикалы или молекулы. Газовая среда удобна для химич. возбуждения, т. к. реагирующие вещества легко и быстро перемешиваются и легко транспортируются. Химич. лазеры интересны тем, что в них происходит прямое преобразование химич. энергии в энергию электромагнитного излучения. Примером химич. возбуждения может служить возбуждение при цепной реакции соединения фтора с дейтерием, в результате к-рой получается возбуждённый дейтерид фтора DF, передающий в дальнейшем энергию своего возбуждения молекулам СO2. Удаление продуктов реакции обеспечивает непрерывный характер работы этих лазеров.
К химич. лазерам примыкают Г. л., в к-рых инверсия населённостей достигается с помощью реакций фотодиссоциа-ции (распада молекул под действием света). Это быстропротекающие реакции, в ходе к-рых возникают возбуждённые радикалы или атомы. Существует лазер на фотодиссоциации молекулы СF3I (С. Г. Раутиан, И. И. Собельман, СССР). Диссоциация происходит под действием излучения ксеноновой лампы-вспышки. Осколком реакции является возбуждённый атомарный ион I+.
Лит.: Квантовая электроника, М., 1969; Беннет В., Газовые лазеры, пер. с англ., М., 1964; Блум А., Газовые лазеры, "Тр. Ин-та инженеров по электронике и радиоэлектронике", 1966, т. 54, № 10; Пател К., Мощные лазеры на двуокиси углерода, "Успехи физических наук", 1969, т. 97, в. 4; Аллен Л., Джонс Д., Основы физики газовых лазеров, пер. с англ., М., 1970. Н. В. Карлов.
ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД, совокупность электрич., оптич. и тепловых явлений, сопровождающих прохождение электрич. тока через газ. См. Электрический разряд в газах.
ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ шахты, распорядок, вводимый на шахтах (рудниках), опасных по выделению метана или водорода. Если шахта опасна не только по газу, но и по взрывчатой пыли, то вводится т. н. пыле-газовыq режим.
К опасным по газу относятся шахты, в к-рых хотя бы один раз и на одном пласте было обнаружено присутствие метана. В зависимости от газообильности шахты разделяются на 4 категории (табл.).
Г. р. предусматривает выполнение ор-ганизационно-технич. мероприятий для предупреждения скопления газа до опасных пределов и появления источников воспламенения газа. Это достигается осуществлением интенсивной вентиляции выработок и дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород; применением таких способов работ и механизмов, при которых скопление газа минимально; регулярным контролем содержания газа в воздухе горных выработок при помощи газоопределителей и аппаратуры автоматического контроля и аварийного оповещения. Вторая группа мероприятий состоит в том, чтобы не допускать в шахте открытого пламени, раскалённых предметов и искр (достигается применением предохранит, взрывчатых веществ, электрооборудования в спец. исполнении, соблюдением предохранительных мер при ведении горных работ и др.).
При разработке пластов, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям, при наличии слоевых скоплений метана Г. р. включает ряд дополнит, мероприятий. См. также Пылевой режим.
С. Я. Хейфиц.
ГАЗОВЫЙ РУЛЬ, устройство для управления самолётами, ракетами, космич. кораблями и др. летательными аппаратами на тех участках полёта, где воздушные рули неэффективны. По конструкции Г. р. разнообразны: от пластин, изменяющих направление тяги газового потока, до сложного соплового аппарата. В самолётах вертикального взлёта и посадки (рис.) Г. р. применяются на режимах взлёта и посадки (до выхода на горизонтальный полёт), в ракетах и космич. кораблях - на начальных участках полёта и для управления в безвоздушном пространстве.
[0601-34.jpg]
Самолёт вертикального взлёта и посадки (а), кабина космического корабля (б), ракета (в); 1- газовый руль; 2 - генератор газа.
ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР, аппарат для очистки продукции газовых и газокон-денсатных скважин от капельной влаги и углеводородного конденсата, твёрдых
Категории шахт
Показатели
Категории по газу
Сверхкате горные
I
II
III
Угольные шахты
Количество метана, выделяющегося в сутки на 1 т среднесуточной добычи , м3
5
от 5 до 10
от 10 до 15
Св. 15 или шахты, разрабатывающие пласты, опасные по выбросам угля и газа н суфлярным выделениям газа
Рудные и нерудные шахты
Количество горючих газов (метана, водорода), выделяющихся в сутки на 1 м3 среднесуточной добычи, м3
до 7
от 7 до 14
от 14 до 21
21 н выше или шахты, разрабатывающие пласты, опасные по выбросам угля и газа и суфлярным выделениям газа
Примечание. При делении шахт на категории по газообильностп 1 м3 водорода принимают равным 2 м2 метана.
частиц и др. примесей. Примеси затрудняют транспортировку газа и являются причиной коррозии трубопроводов, закупорки (частичной или полной) скважин, шлейфов и промыслового оборудования вследствие образования пробок гидратов или льда (см. Гидратообразование). Форма Г. с. цилиндрическая (горизонтальные и вертикальные).
Г. с., как правило, имеют сепарацион-ные секции: осн. сепарационную (для отделения большей части жидкости из газового потока): осадительную, в к-рой примеси отделяются под действием сил гравитации: окончательной очистки газа (от мельчайших капель жидкости): для сбора и предварительного отстоя жидкости. Г. с. разделяются по типу осн. сепарационного устройства на гравитационные, циклонные (центробежные) и насадочные; по положению сборника жидкости - с выносным сборником и со сборником, находящимся в объёме Г. с. Принцип действия гравитационных Г. с. основан на снижении скорости газа в них до такой величины, при к-рой примеси оседают под действием силы тяжести и периодически сбрасываются по мере накопления. Гравитационные Г. с. просты по конструкции и изготовлению, надёжны в работе, однако очень громоздки, металлоёмки, и эффективность их составляет 70-85% . В циклонных Г. с. сепарация примесей происходит под действием центробежных сил. При равной с гравитационными эффективности циклонные Г. с. обладают большей пропускной способностью, менее металлоёмки и имеют меньшие габаритные размеры. Наиболее эффективными являются н а-садочные Г. с., в к-рых отделение жидкости осуществляется в основном под действием сил инерции.
Всё большее применение на отечеств, газовых промыслах получают жалюзийные Г. с., позволяющие отделить жидкость в виде плёнки, что повышает эффективность жалюзийных сепараторов до 95-97%. См. также Газов очистка.
Лит.: Разработка п эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, 2 изд.. М., 1965. Э. Б. Бухгалтер.
ГАЗОВЫЙ ТЕРМОМЕТР, прибор для измерения темп-ры, действие к-рого основано на зависимо,-.ти давления или объёма идеального газа от темп-ры. Чаще всего применяют Г. т. постоянного объёма (рис.), к-рый представляет собой заполненный газом баллон 1 неизменного объёма, соединённый тонкой трубкой 2 с устройством 3 для измерения давления. В таком Г. т. изменение темп-ры газа в баллоне пропорционально изменению давления. Г. т. измеряют темп-ры в интервале от ~2К до 1300 К. Предельно достижимая точность Г. т. в зависимости от измеряемой темп-ры 3*10-3- 2*10-2 град. Г. т. такой высокой точности-сложное устройство; при измерении им темп-ры учитывают: отклонения свойств газа, заполняющего прибор, от свойств идеального газа; изменения объёма баллона с изменением темп-ры; наличие в газе примесей, особенно конденсирующихся; сорбцию и десорбцию газа стенками баллона; диффузию газа сквозь стенки, а также распределение темп-ры вдоль соединит, трубки.
[0601-35.jpg]
Температурная шкала Г. т. совпадает с термодинамич. температурной шкалой, и Г. т. применяется в качестве первичного термометрич. прибора (см. Температурные шкалы). При помощи Г. т. определены темп-ры постоянных точек (реперных точек) Международной практической температурной шкалы.
Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954.
ГАЗОВЫЙ ФАКТОР, отношение полученного из месторождения через скважину количества газа (в м3), приведённого к атм. давлению и темп-ре 20°С, к количеству добытой за то же время нефти (в т или м3) при том же давлении и темп-ре. Г. ф. зависит от соотношения газа и нефти в пластР, от физич. и гео-логич. свойств пласта, от характера и темпа эксплуатации, от давления в пласте и т. д. Г. ф. является важнейшим показателем расхода пластовой энергии и определения газовых ресурсов нефтяного месторождения.
ГАЗОВЫЙ ЯКОРЬ, устройство для отделения свободного газа, содержащегося в перекачиваемой жидкости, с целью повышения кпд насоса. Широкое применение Г. я. нашёл в нефтяной пром-сти при глубиннонасосной эксплуатации месторождений. Существует 7 осн. типов Г. я., действие к-рых основано на повороте потока, разделении потока на части, объединении пузырей газа, перепаде давления и т. д.
Лит.: Адонин А. Н., Процессы глубиннонасосной нефтедобычи, М., 1964.
ГАЗОГЕНЕРАТОР, аппарат для термич. переработки твёрдых и жидких топлив в горючие газы, осуществляемой в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в Г. газы наз. генераторными. Горение твёрдого топлива в Г. в отличие от любой топки осуществляется в большом слое и характеризуется поступлением количества воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива (напр., при работе на паровоздушном дутье в Г. подаётся 33-35% воздуха от теоретически необходимого). Образующиеся в Г. газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетич. разложения топлива (угарный газ, водород, метан, углерод). В генераторные газы переходит также азот воздуха. Процесс, происходящий в Г , наз. газификацией топлива.
Г. обычно представляет собой шахту, внутр. стенки к-рой выложены огнеупорным материалом. Сверху этой шахты загружается топливо, а снизу подаётся дутьё. Слой топлива поддерживается колосниковой решёткой. Процессы образования газов в слое топлива Г. показаны на рис. 1. Подаваемое в Г. дутьё вначале проходит через зону золы и шлака 0, где оно немного подогревается, а далее поступает в раскалённый слой топлива (окислит, зона, или зона горения I), где кислород дутья вступает в реакцию с горючими элементами топлива. Образовавшиеся продукты горения, поднимаясь вверх по Г. и встречаясь с раскалённым топливом (зона газификации II), восстанавливаются до окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх сильно нагретых продуктов восстановления происходит термич. разложение топлива (зона разложения топлива III) и продукты восстановления обогащаются продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуются вначале полукокс,а затем и кокс, на поверхности к-рых при их опускании вниз происходит восстановление продуктов горения (зона II). При опускании ещё ниже происходит горение кокса (зона I). В верхней части Г. происходит сушка топлива теплом поднимающихся газов и паров.
В зависимости от того, в каком виде подаётся в Г. кислород дутья, состав генераторных газов изменяется. При подаче в Г. одного возд. дутья получается возд. газ, теплота горения к-рого в зависимости от перерабатываемого топлива колеблется от 3,8 до 4,5 Мдж/м3 (900 - 1080 ккал/м3). Применяя дутьё, обогащённое кислородом, получают т. н. па-рокислородный газ (содержащий меньшее количество азота, чем возд. газ), теплота горения к-рого может быть доведена до 5-8,8 Мдж/м3 (1200-2100 ккал/м3).
При работе Г. на воздухе с умеренной добавкой к нему водяных паров получается смешанный газ, теплота сгорания к-рого (в зависимости от исходного топлива) колеблется от 5 до 6,7 Мдж/м3 (1200-1600 ккал/м3). И, наконец, при подаче в раскалённый слой топлива Г. водяного пара получают водяной газ с теплотой сгорания от 10 до 13,4 Мдж/м3 (2400-3200 ккал/м3).
Несмотря на то, что идея Г. была выдвинута в конце 30-х гг. 19 в. в Германии (Бищофом в 1839 и Эбельманом в 1840), их пром. применение началось после того, как Ф. Сименсом (1861) был предложен регенеративный принцип отопления заводских печей, позволивший эффективно применять генераторный газ. Изобретателями первого пром. Г. были братья Ф. и В. Сименс. Их конструкция Г. получила повсеместное распространение и просуществовала в течение 40-50 лет. Только в нач. 20 в. появились более совершенные конструкции.
В зависимости от вида перерабатываемого твёрдого топлива различают типы Г.: для тощего топлива - с незначит. выходом летучих веществ (кокс, антрацит, тощие угли), для битуминозного топлива - со значит, выходом летучих веществ (газовые и бурые угли), для древесного и торфяного топлива и для отбросов минерального топлива (коксовая и угольная мелочь, остатки обогатит, производств). Различают Г. с жидким и твёрдым шлакоудалением. Битуминозные топлива обычно газифицируются в Г. с вращающимся водяным поддоном, а древесина и торф - в Г. большого внутр. объёма, т. к. перерабатываемое топливо имеет незначит. плотность. Мелкое топливо перерабатывается в Г. высокого давления н во взвешенном или кипящем слое. По назначению Г. можно разделить на стационарные и транспортные, а по месту подвода воздуха и отбора газа на Г. прямого, обращённого и горизонтального процесса. В Г. прямого проце |
