Лазер тушит пожары

Когда в середине прошлого века будущие нобелевские лауреаты Николай Геннадиевич Басов, Александр Михайлович Прохоров и Чарлз Таунс создали первый мазер на аммиаке, а вслед за ними Теодор Мейман — первый в мире рубиновый лазер, ученым даже в голову не могло прийти такое обилие применений оптических квантовых генераторов, какое наблюдается ныне. Об этих приборах в научных кругах даже шутка ходила: лазер это просто «решение, ищущее проблему». Тем более никто и подумать не мог, что мощные лазеры будут помогать в ликвидации последствий аварий и в тушении пожаров.

Например, задача: как и чем эффективно заглушить открыто фонтанирующую газовую скважину? Степень сложности этой проблемы известна не только специалистам газовой отрасли. И пока простые граждане страны с содроганием смотрят по ТВ кадры ужасающих катастроф, ученые, в частности из Государственного научного центра РФ Троицкого института инновационных и термоядерных исследований, создают уникальные лазерные установки.

Новейшая разработка троицких физиков в содружестве с фрязинским НТО «ИРЭ-Полюс» и ООО «Газпром газобезопасность» — мобильный лазерный технологический комплекс мощностью до 24 кВт, получивший название МЛТК-20. Он не только успешно прошел полигонные испытания, но уже неоднократно применялся в реальных «боевых» условиях по разрезанию металлоконструкций оборудования, рухнувших при аварии газонефтяных вышек.

В условиях бушующего пламени и невероятно высоких температур специалистам практически невозможно подобраться к устью скважины. Ведь эпицентр окружен грудой тяжеленных искореженных конструкций весом сотни тонн. Лишь фрагментированные — порезанные на более мелкие блоки, они вполне поддаются растаскиванию с применением специальной техники. В том и состоит основная роль когерентного монохроматического излучения, создаваемого мобильным лазерным комплексом.

Мощный лазерный луч вполне способен дистанционно разрезать на части толстостенные фрагменты искореженной вышки и оборудование. Причем, сложна не только сама техника, но и используемые при этом технологии, поскольку мощные лазерные устройства, создаваемые троицкими физиками, для подобных операций применяются впервые в мире. (…)

Буквально через месяц после полигонных испытаний мобильный лазер, преодолев более трех тысяч километров пути, приступил к реальному тушению в Ямало-Ненецком АО. При бурении скважины в июле 2011 года на Западно-Таркосалинском нефтегазовом месторождении произошел взрыв и возник открытый газовый фонтан.

Перед новой установкой была поставлена сложная задача: разрезать массивные стальные части поврежденной конструкции, освободить и срезать фланец фонтанной трубы. И хотя работать пришлось в экстремальных условиях (мощное тепловое излучение газового факела не позволяло продвинуться ближе 70 метров) с задачей справились. После чего газовики своими средствами заглушили газовый фонтан.

В августе 2013 года случилась авария на ямальском Самбургском нефтегазо-конденсатном месторождении. В течение суток была организована погрузка и отправка лазерного комплекса на борту транспортного Ил-76. Для его обслуживания вылетели научные сотрудники ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Особенность этой аварии была в том, что в отличие от предыдущей скважины, не введенной еще в эксплуатацию, здесь установка была действующей.

В условиях мощнейшего пламени лазерным лучом мобильного лазерного комплекса удалось срезать 9 из 12 элементов фланца, что позволило артиллеристам легко удалить верхнюю часть этого запорного устройства без повреждения основного оборудования и освободить путь вертикально вверх газовому фонтану. Полевые испытания показали, что МЛТК-20 способен надежно работать в сложнейших условиях, ведь мощный лазерный луч с успехом преодолевает горящий нефтегазовый факел, почти не рассеиваясь.

Применений мобильным лазерным технологическим комплексам — море в прямом и переносном смысле. Еще в 1990-е годы лазерные комплексы МЛТК предполагалось использовать для очистки поверхности воды от нефтяной «радужной» тонкой пленки, не поддающейся удалению никакими другими способами.

Особенно актуально это выглядит сегодня в связи с активным промышленным итехно-логическим освоением Арктики — добыче в северных морях и на арктическом шельфе углеводородов, а значит усиленным строительством буровых установок нефти и газа. Троицкие физики уже начали научные исследования и модельные испытания по ликвидации разливов нефти во льдах. Им предстоит подобрать соответствующие режимы работы лазерной установки для условий Арктики.

До 1991 года ГНЦ РФ ТРИНИТИ был филиалом Института атомной энергии им. И.В. Курчатова, входя в систему Минсредмаша СССР. Сегодня институт, входящий в корпорацию «Росатом» ведет исследования по управляемому термоядерному синтезу (УТС), по физике высоко- и низкотемпературной плазмы, плазменной энергетике, физике и технике мощных газоразрядных лазеров. Предприятие активно внедряет в практику лазерные технологии на основе CO₂, CO, эксимерных и твердотельных лазеров.

Назначение лазеров обширно: от чисто исследовательских до технологических. В годы, когда институт был еще филиалом Института атомной энергии, здесь была создана первая в нашей стране в серии мощных технологических -лазерная установка ЛТ-1. Именно этот уникальный быстропроточный CO-лазер непрерывного действия с замкнутым газодинамическим контуром (в нем использовался поперечный самостоятельный разряд постоянного тока), дал толчок дальнейшему развитию всей мощной технике подобного рода в СССР. Сравнительно малая расходимость лазерного луча позволила сориентировать уже первую технологическую установку на дистанционное выполнение операций. Дальше возникли задачи не просто дистанционного применения лазера, когда доступ к аварийному очагу затруднен, но его мобильного перемещения к месту возможных аварий и стихийных бедствий для ликвидации их последствий. Так родилась идея, в дальнейшем реализованная в семействе мобильных лазерных технологических комплексов (МЛТК) на базе мощных газоразрядных С0₂-лазеров. Оригинальность идеи при создании этой мобильной лазерной установки базировалась на использовании в качестве основного рабочего тела — окружающего атмосферного воздуха с добавкой 5% углекислого газа.

Фотографии предоставлены ГНЦ РФ ТРИНИТИ

Примечания

1. Мазер — от англ. microwave amplification by stimulated emission of radiation — усиление микроволн вынужденным испусканием излучения;
2. Лазер — от англ. light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света вынужденным излучением).