Теплофизические процессы в инертных газах при воздействии жесткого ионизатора

• Автор: Тюкавкин, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
I. Торможение потоков высокоэнергетичных многозарядных ионов и
электронов в инертных газах.
1.1.Торможение потока многозарядных ионов.
1.2.Торможение потока высокоэнергетинных электронов.
1.3.Скорость образования и концентрация первичных электронов.
II.Газокинетические процессы при возбуждении инертных газов жестким ионизатором.
2.1.Кинетическое уравнение для электронов.
2.2.Методика численного расчета кинетического уравнения.
2.3.Особенности формирования энергетического распределения
электронов.
2.4.Скорости и энергетические цены образования электрон-ионных пар и возбужденных атомов в газе.
III.Расчет неоднородности энерговклада и термодинамические характеристики при возбуждении газовых сред жестким ионизатором.
3.1.Излучательная способность активного слоя.
3.2.Распределение энерговклада в плоскопараллельном случае.
3.3.Распределение энерговклада в газ в цилиндрическом случае.
Заключение.

ІЗВ9Д8 НИ6
АН8ЛИЗ воздействия ЖеСТКОГО ИОНИвЭТОрЭ Н8 различные ирвдЫ важен во многих областях как прикладной, так и общей физики. Вид жесткого ионизатора весьма разнообразен. Это - электронные пучки, высокоэнергичные осколки деления урана, рентгеновское излучение, продукты радиоактивного распада, УФ- излучение и т.д. Динамика прохождения высокоэнергетических потоков заряженных частиц через твердые тела, их взаимодействие с газовыми средами, физические процессы в датчиках ионизирующих излучений, расчет эквивалентных доз и т. д. - актуальные задачи, связанные со многими отраслями науки и техники. Не является исключением и физика лазеров, где жесткий ионизатор используется либо непосредственно как источник накачки, либо как предыонизатор или стабилизатор электрического разряда.
В данной работе жестким ионизатором являются потоки высокоэнергетичных ионов,продукты ядерных реакций и электронные пучки, уже давно применяемые на практике в качестве источников накачки многих лазерных сред [1,21. Исследование лазеров с накачкой продуктами ядерных реакций проводится уже 20 лет [2,3]. Впервые генерация с такого рода накачкой на молекулах 00 и атомах Хе была получена в 1975 году. Все дальнейшие исследования велись, в основном, с использованием смесей инертных газов, имеющих низкий порог генерации когерентного излучения в ближней инфракрасной области спектра. Существенное развитие в последнее время получили лазеры высокого давления на парах металлов, накачиваемых продуктами ядерных реакций и электронными пучками [43. Буферным газом в таких смесях является Не, рабочим газом

пары металлов второй группы: Ва, Ве, Са, Ой, Н§, М§, 5г, 2п. Важным достоинством таких смесей является широкий диапазон длин волн-от инфракрасного до ультрафиолетового [41. Генерация при ядернои накачке наблюдалась даже для В~л переходов эксимерной молекулы ХеР [ о 3. Минимально необходимый порог генерации

составлял нвикильки квт/иМ' Для других эксимерных смесей этот порог может достигать |0и кВт/см , что делает сложной задачу получения генерации с ядерной накачкой при современных характеристиках импульсных реакторов. Перспективными для создания лазера с ядерной накачкой на эксимерных переходах в УФ-области спектра могут оказаться газовые смеси на основе инертных газов и галогенидов щелочных металлов [5,6,7,83. Важным преимуществом таких смесей является то, что эксимерные молекулы образуются в двухчастичных реакциях замещения, имеющих большие константы скоростей. Кроме того, отсутствуют основные механизмы поглощения, характерные для обычных сред эксимерных лазеров, что снижает порог генерации и дает возможность
использования ядерной накачки для создания мощных лазеров
на таких рабочих смесях [83.
В настоящее время ведутся поиски низкопороговых сред с накачкой радиоизотопными источниками. В [93 отмечена возможность создания непрерывного лазера на длине волны 2.03 мкм, к.п.д. около % и ресурсом работы около 100 дней при
Р 4 О
использовании изотопа ' Ро и смеси Аг-Хе. Использовать в
_ . ___252г
качестве источника накачки можно и о,—активным изотоп ош
(е =6.1 МэВ, Т„ = 163 дня, Р=120 Вт/ч). Лазеры такого рода
4.-1. I / С. х
могут с успехом использоваться для космических применений в качестве источников когерентного излучения в лидарных системах,

после столкновения практически неизменной. "Угловая" часть функции распределения релаксирует существенно быстрее "энергетической" и при отсутствии внешних полей электронную функцию распределения можно считать сферически симметричной, зависящей только от энергии. Интеграл упругих еа- , е1-столкновений в этом случае приводится к фоккер-планковскому виду, в котором поток электронов в пространстве энергий записывается в форме [38]:
Г 2 Л 2 V
’’еа’-[ г] * 2МА«)( + те -=г~ ! ' (г-2)

где 1, 0- плотность и сечение упругого рассеяния для 1-ой
компоненты;
Т„- температура газа;
*} /р
§(е)=е г(Е), причем г(Е) - функция распределения
электронов по энергии, нормированная на полную плотность электронов

X Г(Е)оЕ

Заметим, что введение температуры газа обосновано малым временем релаксации для упругих атом-атомных столкновений по сравнению со временем передачи энергии от электронной к газовой подсистеме.
Транспортное сечение упругого рассеяния в данной работе мы выбирали в виде: