Моделирование импульсных химических галогеноводородных лазеров, инициируемых ИК излучением

• Автор: Стукалина, Ирина Леонидовна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 115 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Глава I. ХИМИЧЕСКИЙ ФТОРВОДОРОДНЫЙ ЛАЗЕР НА ТЕРМОЦЕПНОМ ВЗРЫВЕ, ИНИЦИИРУЕМОМ РЕЗОНАНСНЫМ Ж ИЗЛУЧЕНИЕМ
1.1. Механизм реакции водорода со фтором
1.2. Выбор системы. Теоретическое исследование характеристик генерации
1.3. О возможности получения высоких энергетических характеристик Н2 - Г2 — лазера на термоцепном взрыве, инициируемом
ИК излучением
Глава II. Н2 - ¥2 - УСИЛИТЕЛЬ, ИНИЦИИРУЕМЫЙ Ж ИЗЛУЧЕНИЕМ
II. 1. Н2 - Б2 - усилитель на термоцепном взрыве
11.2. Влияние неоднородностей активной среды на развитие усиления
и генерации
Глава III. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА НА ФОТОННО - РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ В ГАЗ О ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ
III. 1. Лазерный нагрев и испарение частиц, диспергированных в газе
111.2. Результаты экспериментов. Схема генератор - усилитель 74 ПІ.З. Численная интерпретация эксперимента по осуществлению
фотонно - разветвленной цепной реакции в газодисперсной активной среде 78 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В начале 50-х г.г. Н.Г.Басов, А.М.Прохоров и Ч.Таунс разработали основные принципы усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами [1-6]. Это стимулировало широкий прогрессирующий интерес к поиску и исследованию различных способов создания инверсно возбужденных (лазерных) сред. На этом пути в течении последних десятилетий были созданы мощные газовые лазеры с тепловым, электрическим, оптическим и химическим возбуждением. Интерес к химическим методам создания неравновесности появился еще до появления первого лазера [7,8]. В настоящее время исследования и разработки по химическим лазерам составляют крупное научно-техническое направление.
Химические реагенты являются емкими накопителями энергии. Так, удельный энергетический запас в стехиометрической смеси фтора с водородом составляет 13,5 кДж/г или 11,1 кДж/(л атм). При перестройке химических связей в широком классе реакций запасенная химическая энергия освобождается в форме неравновесного возбуждения образующих веществ. Идея химического лазера (химической накачки) состоит в том, чтобы осуществить прямое преобразование энергии, выделяющейся в процессе химической реакции, в энергию лазерного излучения без рассеяния в тепло.
По режиму работы химические лазеры могут быть как импульсного (импульсно-периодического) так и непрерывного действия. В импульсных химических лазерах используется метастабильная смесь реагентов, находящихся в реакторе, которая выводится из состояния равновесия внешним инициирующим воздействием. В химических лазерах непрерывного действия генерация

происходит при смешивании потоков реагентов, вступающих в химическую реакцию.
В идеале химический лазер - это автономный источник когерентного излучения, для которого не требуется подвода дополнительной энергии, либо ее величина ничтожно мала. Потенциально высокая удельная энергетика, относительная простота введения энергии в большие объемы в сочетании с автономностью определяют интерес к лазерам с химическим возбуждением. Химические лазеры могут найти широкие применения в лазерной технологической обработке материалов, промышленной химии, лазерном термоядерном синтезе и других областях. В будущем мыслится применение химических лазеров в космической технологии. По всей вероятности существенное расширение применений химических лазеров в технологии тесно связано с путями развития энергетики. В настоящее время серьезно рассматриваются преимущества прямого преобразования атомной и термоядерной энергии в химическую и затем в другие виды энергии. В этом случае химический лазер был бы наиболее подходящим типом лазера для получения когерентного излучения, поскольку при химической накачке требуется минимальное число ступеней энергетических превращений: термоядерная (атомная)
энергия - химическая энергия - когерентное излучение.
Преимущества химических лазеров могут проявиться, если преобразование химической энергии в когерентное излучение осуществляется достаточно эффективно. Однако в первых экспериментах, в которых удалось наблюдать индуцированное излучение при химических превращениях [9], полезный энергетический выход составлял лишь 10'6 Дж/см3. В течении нескольких последующих лет не было достигнуто существенного прогресса и перспективность идеи химического лазера оставалась проблематичной.

Рис. 1.1. Временная зависимость плотности мощности генерации Н2 - Р2-лазера на
термоцепном взрыве в среде НР:Н2:р2:02:Не:р28Оз = 0.5:76:228:23:100:20 мм рт.ст. для Е1 = 1 Дж/см