Glosar de fizică
Un laser chimic este un laser cu gaz, în care se formează inversarea populației ca rezultat al reacțiilor chimice. reacții. Posibilitatea de a crea un laser chimic se bazează pe faptul că produsele multor produse exoterme. Chem. reacțiile se formează. în state excitate. Cele mai multe produse chimice cu laser lucrează pe rotiri vibraționale. tranziții ale moleculelor diatomice. Moleculele excitate sunt formate eficient, în special, ca urmare a exotermelor. reacții de substituție:
și mijloace. partea d a energiei eliberate Se divide într-o excitație vibrațională. nivelurile moleculei AB. Ca urmare, se formează un gaz de non-echilibru al moleculelor diatomice AB, în care cf. valoarea este oscilantă. energia este mult mai mare decât cantitatea de energie furnizată. și vra-shchat. gradul de libertate a moleculelor. Un astfel de gaz de non-echilibru este un mediu activ cu o populație inversă pentru un număr mare de oscilații. tranziții (vezi Spectrele moleculare). În tabel. se dau câteva reacții care conduc la populația inversă, valorile lui D și d, precum și un interval de lungime de undă aproximativ l din radiația corespunzătoare.
Pentru munca unui laser chimic, este necesar să se creeze un anumit număr de radicali liberi chimic activi care să stimuleze fluxul chimic. reacție. În acest scop, se folosesc toate metodele de influențare a moleculelor care conduc la disocierea lor: încălzirea directă, provocând căldură. disociere; iradierea cu lumină UV sau vizibilă, provocând fotodisocirea parțială sau completă a moleculelor; Chem. reacții însoțite de formarea de radicali liberi; o descărcare de gaz în care se formează radicali liberi în bază. în coliziuni de electroni cu molecule; iradiere chim. reactanți cu grinzi de electroni sau ioni rapizi, produse de reacții nucleare, etc. Deoarece reacțiile care duc la excitarea unui laser chimic provoacă schimbări ireversibile în chim. compoziția reactivilor inițiali, condiția necesară este lungă. Lucrarea unui laser chimic este reînnoirea continuă a unei substanțe de lucru.
În mediul activ al unui laser chimic, împreună cu reacția (1), apar o varietate de procese de coliziune cu participarea moleculelor excitate vibrațional. Aceste procese oferă ființe. influențează formarea populațiilor și determină caracteristicile de ieșire ale unui laser chimic. Naib. este important procesul relaxării vibrațional-translaționale a moleculelor excitate vibrațional:
unde M sunt moleculele care fac parte din mediul activ al unui laser chimic și u este numărul cuantic vibrațional al moleculei. Acest proces, ca rezultat al energiei vibrationale a moleculei formate în timpul fluxului exotermic. reacția este transformată în căldură, distruge inversarea populației în mediul activ al unui laser chimic și își limitează caracteristicile de ieșire. Eff. transformarea substanțelor chimice. energia în energia radiației laser este posibilă numai cu condiția ca timpul caracteristic al reacției (1) să nu depășească timpul caracteristic al procesului. relaxare (2). Deoarece este obișnuit ca chimia de fază gazoasă să curgă. reacție, condiția opusă este îndeplinită, doar nesemnificativă. numărul de sisteme care reacționează chimic este adecvat pentru utilizarea ca mediu activ al unui laser chimic cu caracteristici de ieșire ridicate.
Energia eliberată ca rezultat al fluxului exotermic. Chem. reacții, este de obicei distribuită în funcție de. numărul de oscilații. stările moleculei - produsul reacției. Natura acestei distribuții este determinată de relația dintre timpii de curgere chimici. reacția (1), oscilație. relaxare (2), precum și timpul caracteristic al procesului de schimbare a oscilațiilor. quanta în coliziunea moleculelor AB una cu cealaltă. Această relație este foarte complexă, depinde de compoziția mediului activ al laserului, temperatura gazului și determină spectrul de emisie al unui laser chimic. În plus, moleculele aparținând determinantului. kolebat. stat, sunt distribuite în funcție de. numărul este rotit. state. În acest caz, datorită schimbului rapid de rotații. energie în coliziuni unele cu altele și cu molecule ale gazului tampon, distribuția moleculelor de-a lungul rotației. stări în mediul activ al unui laser chimic este de obicei descrisă de formula lui Boltzmann:
unde Nu este concentrația moleculelor aparținând unei stări vibraționale date; În rândul său. molecula constanta; J -vraschat. numărul cuantic care caracterizează o anumită rotire. de stat; T este temperatura gazului. În aceste condiții, se realizează un regim de inversare parțială în mediul activ al unui laser chimic, când inversarea populației este rotită vibrațional. tranzițiile ramificațiilor P (tranziții JJ + 1) se realizează atunci când este încălcată condiția Nu> Nu-1. Aceste circumstanțe afectează caracterul spectrului laser. care de obicei constă dintr-un număr mare de rotiri vibraționale. P-ramuri de tranziție aparținând mai multor. kolebat. benzi.
DOS. Parametrii care caracterizează eficiența unui laser chimic sunt proprietățile sale chimice. eficiența hx (raportul dintre energia radiației laser și energia eliberată ca urmare a reacției chimice) și așa mai departe. Electrice. (raportul dintre energia radiației laser și energia consumată la inițierea reacției chimice). Deoarece energia necesară pentru a iniția o mulțime. este exotermă. reacție, mai puțină energie, care este eliberată ca urmare a unor astfel de reacții, valoarea ei nu are limite principale de sus și poate depăși 100%. De exemplu. Electrice. eficiența unui laser chimic bazat pe reacția în lanț a fluorului cu hidrogen (sau deuteriu)
în definiție. condițiile atinge 1000%. Acest lucru se datorează particularităților chimiei lanțului. reacție, pentru inițiere
Învățarea suficientă de a învăța să nu-i facă nimic înseamnă nimic. numărul de radicali activi chimic. Totuși, valoarea laserelor hx cu o valoare atât de ridicată a h este relativ mică (
1%), deoarece pentru un început mic. gradul de disociere a moleculelor F2, timpul de reacție în lanț este mult mai lung decât timpul caracteristic de distrugere a populației inverse ca urmare a coliziunilor intermoleculare însoțite de vibrații. relaxare. Având în vedere această circumstanță, valoarea hx a laserului bazată pe reacția în lanț a fluorului cu hidrogen cu începutul scăderii. gradul de disociere a moleculelor scade conform legii hx
, iar pentru el dependența e
1 / Rezultă că utilizarea unei reacții în lanț nu permite o transformare completă a substanței chimice. energie în energia radiației laser. În legătură cu acest naib. puternic X. l. bazat pe HF, având o valoare ridicată a hx (până la 10%), lucrează pe baza reacțiilor simple de substituție (tabelul). Max. energia radiației
din laserele HF în regimul impulsic ajunge la 10 kJ la o durată de impuls de câteva bucăți. zeci de ns. Naib. laserele chimice continue HF continue, când substanța activă este pompată printr-un rezonator cu o viteză supersonică și este caracterizată de puterea de ieșire în câteva. kW la h
Împreună cu moleculele excitate vibrațional ca urmare a fluxului exotermic. reacțiile pot forma molecule excitate pe cale electronică, căderea radiantă a acestora poate forma și baza muncii chimice. cu laser. Din numărul mare de chimii specifice discutate în literatură. mecanisme pentru crearea unui atomi excitați sau molecule ca mediu activ a găsit mecanism practic de implementare pentru crearea unei populații inverse cu laser chimic în tranziția între stări ale fine atom structura de iod I (2 P1 / 2) și I (2 P3 / 2), cu o lungime de undă de 1,315 microni. Deșeuri de top. starea tranziției cu laser este realizată ca urmare a transferului excitației din molecula oxigenului singlet:
La rândul său, oxigenul singlet este obținut ca rezultat al reacției clorului cu peroxid de hidrogen într-un mediu alcalin. Astfel. Laserul cu oxigen-iod nu este
buet pentru munca sa externă. sursă de energie, consumând exclusiv produse chimice. energia reactivilor. Puterea de ieșire a acestui laser ajunge la mai multe. sute de wați în mod continuu cu eficiență în mai multe. procente. Calitățile atractive ale unui laser de acest tip sunt legate de lungimea de undă a radiației de la valoarea maximă corespunzătoare. transparență optică. dispozitive pe bază de siliciu, precum și cu naib. înaltă printre laserele chimice prin calitatea fasciculului laser, care se datorează nesemnificativității. eliberarea energiei în mediul activ al laserului.
Baza unei aplicatii cu laser chimice sunt, pe de o parte, eficiența lor ridicată și generarea de energie electrică, iar pe de altă posibilitate mână de a genera un număr mare de tranziții pe o gamă largă a spectrului IR. Împreună cu alții. Tipuri de lasere de mare putere lasere chimice sunt utilizate în tehnologia de prelucrare a materialelor în plante pentru a studia controlate cu laser de fuziune termonucleară, sisteme de detectare laser a atmosferei, în spectroscopie laser, chimie cu laser, separarea cu laser a izotopilor, precum și pentru studierea coliziunile moleculare cu schimbarea kolebat. și se rotește. stări de molecule.
Literatură pe
- Chimerii lasere, ed. NG Basova, M. 1982; Eletskii AV Procese în lasere chimice, "UFN", 1981, v. 134, c. 2, p. 237; Chimerii lasere, ed. R. Gross și J. Bott, trans. cu engleza. M. 1980; Ablekov VK Denisov Yu. N. Proshkin VV Chemical lasers, M. 1980.
ȘTIRI ALE FORUMULUI
Cavalerii teoriei eterului
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: