Перспективы разработки лазерных технологических комплексов

В докладе лауреата Государственной  премии РФ в области науки и  технологий за 2009 год, директора ИПЛИТ  РАН, академика В.Я.Панченко затрагивалась проблематика лазерно-информационных биомедицинских технологий. Рассматривались лазерные технологии быстрого прототипирования и стерео литографии (уже в  2004 году была достигнута разрешающая способность в 180 нм), технологии поверхностно-селективного лазерного спекания (ПСЛС), лазерно-информационные технологии дистанционного биомоделирования, лазерные технологии в отоларингологии, сверхкритические флюидные технологии создания биоматериалов и матриц для тканевой инженерии, адаптивные оптические системы для офтальмологии и интеллектуальные лазерные системы для медицины. Технология ПСЛС базируется на эффекте расплава поверхностей полимерных частиц, прозрачных для лазерного излучения, равномерно распределенными при его поглощении по поверхности порошка нано частицами углерода и золота.

Темой выступления члена-корреспондента РАН В.И.Конова (Институт общей физики им.  А.М.Прохорова РАН) были лазерно-плазменные микро- и нано технологии. Рассматривались результаты работ с квантово-размерными структурами, газами, твердыми телами, плазмой и  жидкостью, с длительностью лазерного воздействия от фемтосекундного до непрерывного, проведенных в вакууме, жидкости или газе с  интенсивностью облучения до 10¹⁴–10¹⁶ Вт/см2, в  видимом, ИК- и УФ-диапазонах, со средней мощностью излучения до 50–100 кВт. Наблюдались процессы изменения фазового состава, нагрева, модификации структуры и терм деформации, фото возбуждения и  ионизации вещества, генерации лазерной плазмы, стимулирования излучением химических реакций и лазерной абляции. Перспективными являются физико-химические методы создания нано- и микроструктур в объеме и на поверхности материалов, в частности, технологии создания нано структур при лазерной графитизации алмаза. Принцип локального микро- и нано структурирования в объеме твердых тел предполагает наблюдаемость фазовых или структурных превращений материала наряду с задействованием механизма включения нелинейного поглощения в области фокального объема, где интенсивность света выше порогового значения, минимизацию вложенной энергии лазерного импульса для исключения механических разрушений, прозрачность материала и низко интенсивность лазерного излучения.

На основе представленных докладов можно сделать следующие     выводы:

• В условиях всевозрастающей конкуренции на мировом рынке вооружения и военной техники (ВВТ) применение в военной сфере лазерных гражданских технологий позволяет на нано технологической базе создать оборонительные системы нового поколения, конкурентоспособные на внешнем рынке.

• Совершенствование лазерных технологий, приборов и систем, предназначенных для решения широкого класса задач в гражданском производстве и ВВТ, является одним из важнейших направлений развития современной науки и техники. При полномасштабном развертывании аналогичных исследований за рубежом недофинансирование соответствующих программ в РФ препятствует укреплению обороноспособности государства и создает реальную угрозу национальной безопасности.

• Целесообразно внесение изменений в законодательство, регламентирующее норму отчислений предприятий ОПК, инвестирующих в НИОКР. Необходимо предоставление налоговых льгот для капиталовложений в фундаментальные и прикладные научные разработки, что будет способствовать стимулированию производства и развитию социальной инфраструктуры. 

Лазерные технологические  установки большой мощности применяются  во многих отраслях промышленности при  решении таких задач, как сварка толстостенных конструкций, размерная резка (раскрой) листового металла и поверхностная термообработка. Однако эти установки, как правило, являются стационарными и работают в условиях производственных помещений.

В начале 90х годов в ГНЦ РФ ТРИНИТИ родилась идея и была начата разработка семейства мобильных технологических комплексов на базе мощных газоразрядных СО₂ лазеров. Их создание открывало широкий круг принципиально новых технологий в различных отраслях промышленности. Представлялось перспективным их применение при проведении аварийновосстановительных и демонтажных работ в атомной промышленности, газонефтяной и других отраслях при техногенных, природных и экологических катастрофах, когда приближаться к объекту, на который необходимо воздействовать, затруднительно или даже опасно.

Мобильный лазерный технологический  комплекс (МЛТК) должен оперативно доставляться в любое место любым видом транспорта (наземным, водным или воздушным). И через несколько десятков минут его уже можно будет использовать для решения возникших проблем.

Кроме того, представлялся  перспективным рынок оказания лазерных технологических услуг. Например, в выездном решении технологических проблем разового характера, когда использование лазерных технологий оказывается исключительно выгодным, но создание стационарного лазерного участка экономически нецелесообразно.

В конце 90х годов были созданы и прошли полевые испытания комплексы МЛТК5 и МЛТК50. МЛТК5 был создан на основе непрерывного СО₂ лазера замкнутого контура с накачкой самостоятельным разрядом выходной мощностью излучения 5 кВт и базировался на автомобильном шасси полуприцепаконтейнеровоза. Применялся для дистанционного разрушения каменных пород, ведения восстановительной наплавки на шейки крупногабаритного ротора и т.д.

МЛТК50 был создан на основе импульснопериодического электроионизационного СО₂ лазера открытого контура с мощностью излучения 50 кВт. Оригинальность идеи заключается в использовании в качестве основного рабочего тела окружающего атмосферного воздуха [1]. Оборудование комплекса МЛТК50 размещалось на двух автомобильных полуприцепах, и общий вес достигал 48 тонн. Комплекс МЛТК50 успешно демонстрировал возможность решения поставленной перед ним задачи: с дистанции порядка 50 метров вести разделительную резку металлоконструкции толщиной до  
40 мм при ликвидации аварий на газовых скважинах [2]. Сложность ведения аварийных работ заключалась в необходимости расчленения и удаления поврежденного оборудования, располагающегося вблизи и в самом устье горящей аварийно фонтанирующей скважины. Не удовлетворили газпромовцев только весогабаритные характеристики.

К этому времени – началу ХХI века – произошла революция в лазерной технике – в ООО «НТО «ИРЭПолюс»  
(г. Фрязино М.О.) были созданы мощные волоконные лазерные источники. Они имели уникальные весогабаритные и эксплуатационные характеристики. Стало очевидно, что эти лазеры с оптоволоконной системой доставки лазерной энергии (до 300 м) великолепно вписываются в разработанную концепцию создания автономных мобильных лазерных технологических комплексов многофункционального назначения.

Отметим, что в атомной  энергетике актуальными становятся проблемы, связанные с прекращением эксплуатации ядерных объектов вследствие техногенных или природных катастроф, либо вследствие окончания допустимого срока эксплуатации. При выводе из эксплуатации этих объектов необходимо решить задачи фрагментации и многократного уменьшения радиационноэкологической опасности поверхностнозагрязненных деталей и изделий. Применение лазерных технологий для решения этих задач дает ряд значительных преимуществ по сравнению с традиционными методами: высокая производительность, дистанционный характер лазерной обработки, существенно меньший объем вторичных радиоактивных отходов, подлежащих захоронению.

Можно сказать о том, что  существует способ избежать попадания  России на обочину мирового экономического развития - это быстрейший переход к инновационной экономике, основанной на использовании интеллектуального потенциала. Лазерная отрасль России в ее нынешнем состоянии готова поддержать инновационный прорыв. Она может стать мощным средством модернизации российского промышленного производства и инструментом для обеспечения конкурентоспособности российских товаров на мировом рынке.

Для доказательства достаточно представить  наиболее заметных участников лазерного рынка России, занимающихся разработкой и производством технологических лазеров, лазерного технологического оборудования и его компонентов, внедрением лазерной технологии и оказанием сервисных услуг в этой области.

Реализация предлагаемого  освоения лазерной промышленности даст возможность: 
- применять новейшую технологию обработки изделий; 
- получать высокоточные изделия с уникальными качествами; 
- повысить производительность труда; 
- улучшить экологию.

- улучшить систему медицины  путем распространения в огромном  количестве новейшего медицинского оборудования.

- повысить обороноспособность.

ВЫВОДЫ 
1. Современные лазерные технологии являются неотъемлемой частью современного мира. Для перехода к постиндустриальному этапу развития общества и новому технологическому укладу необходим качественный рост в восприятии проблем отраслевого развития на государственном уровне. Стратегия развития отрасли предполагает целенаправленное финансирование работ по линии госбюджета и внешних и внутренних заимствований и под гарантии возврата кредитов. 
2. В рамках программы научной кооперации академических институтов, в частности, разработан новый алгоритм построения системы юстировки, который в два раза снижает число дорогостоящих элементов при сокращении времени юстировки и повышении точности. Также создан диагностический комплекс для анализа параметров лазерного излучения, продуктов термоядерных реакций и измерения характеристик  
плазмы. 
3. Необходимым условием развития современного информационного общества является совершенствование технологий конструирования волоконно-оптических систем связи и передачи информации со скоростями в терабитном-петабитном диапазоне. Целесообразно финансирование данного направления через соответствующую федеральную целевую программу.

Список  литературы:

• Востриков В.Г., Красюков А.Г., Наумов В.Г., Шашков В.М., Мощный СО_2-лазер , Патент РФ № 2086064 от 27.07.07

 Лазерно-спектроскопический метод  оценки эффективности фотосенсибилизаторов в биологических средах, Лощенов В.Б., А.В. Рябова, А.А. Стратонников, Квантовая Электроника, т. 36, N 6. 562-568 (2006).

• Лиханский В.В., Лобойко А.И., Красюков А.Г. и др.  излучение СО₂-лазера, Квантовая электроника, т.26, №2, стр. 139, 2004

•   Блохинцев Д. И. Принципиальные вопросы квантовой механики. " Наука ", 2003г

• http://www-sbras.nsc.ru/HBC/2006/n03/f09.html

• http://venture-biz.ru/tekhnologii-innovatsii/286-lazernoe-oruzhie