Проекты

Воздействие лазера постоянного излучения с длиной волны 532 нм на старую бумагу

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10−11-х классов

Направление работы: Инженерия, Квантовая электроника
Авторы работы: ГБОУ Школа имени Маршала В.И. Чуйкова
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Цель

Изучить механизм происходящих с бумагой процессов, а также понять возможности абляции при использовании лазера постоянного излучения.

Задачи

1. Создать установку, равномерно воздействующую лазерным лучом на бумагу.

2. Зафиксировать эффект отбеливания количественно.

3. Набрать статистику по вылетающим из бумаги частицам (что вылетает, выходит ли пар).

4. Изучить бумагу после воздействия на неё лазером.

5. Установить, какие процессы происходят при облучении.

Описание

Несколько десятилетий назад, а точнее в 80-х годах прошлого века, в МГУ были поставлены опыты по воздействию лазера с постоянным излучением на бумагу, в результате этих опытов было установлено, что бумага побелела. Однако этому не придали особого значения и механизм обеления изучать не стали. Узнав об этом, автор решил исследовать это явление более скрупулёзно, так как происходящий процесс очень напоминает абляцию, а сейчас она является синонимом воздействия импульсного лазера. Это заинтересовало автора.

Был разработан механизм, позволяющий равномерно воздействовать лазером на бумагу. Лазерный луч, выходя из лазерной установки, отражается от зеркала и попадает на подвижное зеркало, которое, в свою очередь, приводится в движение приводом. Двигаясь, зеркало меняет угол поворота, тем самым меняя направление луча лазера. Благодаря этому бумага не сгорает от продолжительного воздействия лазера. В дальнейшем установка была дополнена диафрагмой, позволяющей контролировать область применения лазера. Бумага стоит на стекле и фиксируется подставкой из оргстекла. Именно на стекле и оседают выносимые частицы. На стекле были обнаружены вынесенные лазером частицы бумаги, их диаметр составлял 30−150 мкм. Масса при воздействии лазера всё-таки выносится. Это свидетельствует об осветлении бумаги.

Лазер 532 нм был выбран по двум причинам:

1) старая бумага лучше поглощает зелёный цвет, чем красный, но хуже, чем синий, однако фотоны синего цвета обладают достаточной энергией для разрушения связи в молекулах целлюлозы и лигнина. Таким образом, одно из преимуществ выбранного способа – саморегуляция − не сможет корректно реализоваться в случае использования синего лазера;

2) зелёные лазеры относятся к категории доступных и дешёвых (так же как синие и инфракрасные).

Результат

1. При воздействии в течении 5 минут относительная белизна увеличилась на 1,7 %, 10 минут − 3,16 %.

2. Был зафиксирован вынос частиц целлюлозы (подтверждено Рамановской спектроскопией).

3. При воздействии на текст он не исчезал.

Оснащение и оборудование

  • Мощность лазера: 1 Ватт. Интенсивность: 31,831 Ватт/см2.
  • Материалы для изготовления установки.

Перспективы использования результатов работы

1. Нахождение новых методов реставрации старинных объектов.

2. Полноценное понимание процесса очистки лазером постоянного излучения.

3. Возможность реставрировать бумагу более мобильными установками, чем сейчас, так как установки на базе постоянного лазера компактнее установок с импульсным лазером.

Награды/достижения

Научно-техническая конференция студентов и аспирантов РТУ МИРЭА – победитель.

Сотрудничество с вузом при создании работы

МГУ им. М. В. Ломоносова