Генерация мощных импульсов излучения HF-лазерной системой на основе нецепной реакции накачки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

од - 8 п,ш 1

КИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

На правах рукописи УДК 539.09.082

Гадь Аркадий Викторович

ГЕНЕРАЦИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ИР-ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМОЙ НА ОСНОВЕ НЕЦЕННОЙ РЕАКЦИЙ НАКАЧКИ

01.04.08 — физика и жм плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва—1994

Работа выполнена в Российском Научном Цзнтре "Курчатовский Институт"

Научные руководители - доктор физико-математических наук Шилин Г.В.

кандидат физико-математичоских наук Ширяевскиа В.Л.

Официальны© оппонэнты - доктор физико-математических наук

Баштан A.C.,

кандидат фивико-натэматичэских наук Зарецкиа Н.П.

Вэдотцэя организация - Троицкий Институт Инновационных и

Термоядерных йсслвдрваниа

Зашита состоится " "________;____1994 г. в_часов

на заседании специализированного совета по физика плазмы и управляемому термоядерному синтезу в РНЦ "Курчатовский Институт" (Д 034.04.01) по адресу ¡123182, Москва, пл.И.В.Курчатова, I, тел.196 92 51

С диссертгциаа можно ознакомиться в библиотеке Российского научного цэнтра "Курчатовский институт"

Автореферат разослан "_"_____19Э4 г.

Учэвыя секретарь сшциааизированного /^.¡р

наук ^К.Б.Карташев'

совета, кандидат физиш-катематичегасих /

наис / К.Б.Каттгатав

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ■'РАБОТЫ, В настоящее время импульсные химические НТ-лазеры достиг-„ти той стадии развития, когда рассматриваются их возможные практические применения С1 ]. Наилучшими энергетическими характеристиками обладают НГ-лззвры на основе дагаой реакции фторирования водорода, и одной из наиболее перспективных областей: их применения является ЛТС. НГ--лазеры на основе Евцепноя реакции накачки имеют много общего с Нг-Гг-лазерами, отличаясь от них более низким физическим КВД , простотой и удобством в эксплуатации. БГ^-ШТ-лазеры предпочтительнее применять в том случае, когда можно ограничиться умеренным значением энергии излучения. Например, в экспериментах по исследованию взаимодействия когерентного излучения с веществом. Перспективным также является применение БГб-Ш-системы в качестве генератора (Г) опорного сигнала оконечного ¡^-^-усилителя (У) НЕ - системы ЛГУ, который должен обладать следующими характеристиками :

- энергия ** 1 кДж,

- длительность ~ (Ю~3-10~"7) с, -расходимость е0 ^^ вдг5Е=1.06*х/а, -сшкгрально-временная согласованность с инверсной населенностью оконечного Р^-Еу-У НТ-системы ЛГУ.

К настоящему времени основные процесса в НГ-лазерах достаточно хорошо изучены и, очевидно, что достижение заданных выше параметров излучения возможно в условиях короткоимпульсного ( " Ю не) электронно-пучкового инициирования рабочей среда (РС) высокого давления (л/1 атм). Поставленная выше задача выдвигает комплекс проблем как с технической точки зрения, так и в плане исследования физических процессов.' Так, требует дальнейшего развития идея применения Ни в 5Гб-Ш-лазере с целью получения спектрально- временной согласованности излучения с инверсной населенностью мощного короткоимпульсного Н^-У. Нэ меньший интерес представляет процесс формирования лазерного излучения в активной среде (АС) инициируемой яороткоимпульсным электронным пучком <ЭП) в ЗГ6-ГО-РС высокого давления. Открытым остается вопрос о явлении "запирания" короткоимпульсного ЭП, т.е. образовании объемного злектрозаряда в РС , на преодоление потенциала которого затрачивается значительная доля энергии инициирующих элеэтронов. Привде-сает внимание и задача повышения энергетической эффективности электронно-пучкового инициирования посредством стабилизации рэсп-

ространепия ЭП в РС внешним магнитным полек .

Таким образок, актуальность диссертационной работы вызвана с одной стороны перспективностью применения БГ^-НН-лазера в НГ-системе ЛГУ, а с др.угоя стороны - недостаточной изученностью. процессов в высокоэнергетичном БГ6-1Ш-лазерв с короткоимпульсшм электронно-пучковым инициированием и высоким давлением РС.

Целью диссертационной работы являлось : I.Изучение влияния химического состава водородеодержзщего компонента РС (Ш=Н2.Н<1,Н2+Ш') на параметры Б?б-НН-системы в широком диапазоне параметров эксперимента.

2.Определение возможности формирования излучения с расходимостью порядка дифракционного предела в ЗГ6-ВД - систетю с поперечным короткоимпульсным элоктронно-пучковым инициированием РС высокого давления.

3.Поиск условий наиболее эффективного использования энергии ко-роткоимпульсного ЭП инициирующего гг^-Ш-РС высокого давления . На закиту выносятся следующие основные положения:'

1.В широком диапазоне параметров эксперимента установлена .взаимосвязь ряда характерных особенностей БГ6-НН-лазеров с физико-химическими свойствами молекул водородсодержащего компонента РС (Ш^.Ш.^+Ш). В условиях короткоимпульсного электренно-пучкового инициирования РС высокого давления обнаружена возможность достижения спектрально-временного согласования ЗГ^-НН-генерэтора к высокозкергетичного ^-Г^-усилителя.

2.Изучен процесс формирования излучения в АС инициируемой поперечным короткоимпульсным электронным пучком в ЗГб-ВД-РС высокого давления. В результате оптимизации параметров эксперимента достигнута величина расходимости лазерного излучения порядка дифракционного предела .

3.Выявлен фактор ограничивающий эффективность короткоимпульсного поперечного электронно-пучкового инициирования ЗГ^-ЙН-РС высокого давления. Фактор заключается в явлении потери энергии инициирующими электронами в потенциале наведанного в РС объемного электрозаряда.

Практическая ценность полученных результатов заключается в возможности их применения при создании БГб-Ш-систем для ЛТС и др. приложения.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на 6-ой каучяог конференции " Применение лазеров в науке и технике", Омск, 1В89 г. и опубликованы в четырех печатных работах.

Структура и обьем диссертации .Диссертация состоит из введения, обзора литературы, -четырех глав и заключения, содержит 101 страницу машинописного текста к 35 рисунков. Список цитированной литературы содержит 97 наименований.

С0ДЕРЯАНИ5 РАБОТЫ.

Первая глава носит обзорно-исследовательский характер. В ней проводится анализ состояния экспериментальных исследований ИТ-лазеров с яеиепными реакциями накачки.

Изучение характеристик излучения БГ^-Ш-лазора показало, что при НН=Н,1. в отличии от Ш=Н2 ; СоЬ^ и т.п., спектральный состав близок к спектральному составу Н2~Г2-лазера [2]. В 13] была экспериментально показана возможность достижения ЮОХ-ной зкоргетическог гффекгквнссти съема лазерной энергии с Н2-Г2-У излучением ЗГ^-Ы-ЗГ, что достигалось ранее при Н2-Е2-ЗГ Однако, несмотря на данную перспективу применения Б^-Н,!-лазера, его изучение ограничилось лишь отдельными спектральными измерениями С2,5].

В БГ^-ЯН-лазере с газоразрядным инициированием и неустойчивым резонатором формировалось излучение с высокой, энергетической эффективностью и почти дифракционной расходимостью Г63. 3 5Гб-1Ш-лазерв с электронно-пучковым инициированием ноустоа-гквыг резонатор был применен лкпь в . где ЭП вводился в кювету аксиально, в условиях гергошцяулярЕой -геометрии электронно- пучко-зого инишлроваякя работа неустойчивого резонатора в 5ГЙ-КН -зазоре ' не исслодсвзлзсь, хотя в этом случае и возможны трудное-■и в формировании высо-сон^правлешого лазерного излучения обусловленные неоднородным характером инициироззшя ТО в ¡□порочном направлении [81. Кромо того, представляет интерес вопрос |б изменении нзгфавлотюсти оперного сигнала после его прохожде-ия 5Г6-ПН-У.

В г.91 точечным экспериментом была показана возгаяоеть повы-энкя энергетическое эффективности поперечного злектронно-учкового инициирования Ну-Г^-РС посредством удержания элзктроноо т рассеивания внешни! магнитным полем. Представляет интерес »учеиио данной. возмонтасти' в «ирском дааваэопа параметров оксп?ри-знта.

Пвлзййэ "запирания" в;яршо ноелншось в [103 , где 5ВЛЭЯИ9 БГ5-Но-РС составляло (300-<!00) MM.pr.Cl'. , Л ДШШЫЮСТЬ 7 Гц ^ =400 ПС. . Д.1Я КОрОГКОИМП.УЛЬСНСГО 311 <г!),5 Ю ¡1С),

представляющего интерес для ЛТС. "запирание" в БГ^-Ш-РС не наблюдалось.

Вторая глава содержит описание установки и методик регистрации лазерных и др. характеристик.

В состаз устзнозки входят два химических лазера импульсного действия с электронно-пучковым и газоразрядным инкаюфованием.

Лазер с электронно-пучковым инициированием состоит из сильноточного электронного ускорителя с магнитной системой, лазерной кюветы с резонаторами, газовой системы. Основными элементами ускорителя являлисьгмалоиндуктивнш хвнерагар Маркса импульсного напряжения с ударной емкостью 12.5 нФ, двойная формирующая линия емкостью 6.5 нФ и волновым сопротивлением 7.8 Ом. а также ускорительная трубка. Ускоритель генерировал ЭП с максимальной анергией электронов-310 кэБ, максимальным значением тока - 25 кА, длительностью т0 ^=40 не, апертурой 35*250 мм", ЭП вводился в лазерную кюЕвту 0 60 мм через анодную фольгу из А1 толщиной 60 мкм перпендикулярно к ее оптической оси. В отдельных экспериментах в области транспортировки ЭП магнитной системой ускорителя создавалось стационарное однородное поле напряженностью 2 кГс,

Лазер с газоразрядным инициированием состоял из : лазерной кювета с резонаторами, газовой системы, емкостного накопителя с электродами и системы првдьюнизащи. Импульс напряжения амплитудой 40 кБ подавался с емкостного накопителя 40 ьФ между .двумя алвктро-дамк, где и образовывался объемный самостоятельный разряд. Анод размерами 30*10*300 мм"3 изготавливался из германия, катодом служила сетка из нериаБовдея сталч. Расстояние между электродами составляло 20 мм.

С далью изучения лазерной системы ЗГ-У осуществлялась временная синхронизация лазеров .установки. Б этом случав запуск газоразрядного лазера производился от импульса напряжения, с датчика магнитного поля зарядного тока генератора импульсного напряжения ускорителя (пояса Роговского).

Система регистрации лазерных характеристик обеспечивала измерения энергетических, временных, пространственных и спектральных характеристик излучений КГ-лазеров и состояла из аппаратуры регистрации параметров Ж-издучения и оптических элементов различного назначения. Энергии импульса ИК-излучания измерялась калориметром, зависимость мощности ИК-излучения от времени снималась с пироэлектрического приемника на основе тонкой ориентированной

поликристаллической пленки органического вещества. Визуализация ИК- излучения осуществлялась методом фиксации теплового рельефа на фотопленке, основанном на эффекте термосенсибилизации галоидно-серебряной фотоэмульсии. Оптическими элементами системы регистрации являлись ! вогнутое сферическое зеркало, аттеньюатор, клин с полупрозрачными зеркальными гранями, собирающие линзы, дифракционная решетка.

Третья глава посвящена исследованию влияния химического состава водородсодержашего компонента на характеристики БГ^-Ш-лазера и системы З^-ЙН-ЗГ-^-^-У в различных условиях эксперимента.

На рис.1 приведены зависимости энергии, длительности переднего фронта и дшггельности по уровню 0.5 интенсивности импульса излучения Б^-Ш-лазера с плоско-параллельным резонатором и электронно-пучковым. инициированием от давления ВН. Соотношение величин энергий импульсов излучений ЗГ6-Н<Г- и ¿Т^-^ - лазеров в области низких давлений Е1Н является прямым следствием различия начальных распределений по колэбатвльным уровням Ш"ж в химических реакциях накачки Г+Н2 — ЮГ*+Н и Г+НЛ ->- НГ*+.1. Сушрпозиция данных начальных распределений возникающая щи ^0%- ном замещении водородсодержашего компонента ЭТ^-НЛ-лазера молекулярным водородом привела к паданию почти в два раза энергии лазерного излучения. Дальнейшее увеличение процентного содержания Е^ энергии излучения почти не меняло. В области высоких давлений ЛН сильное рассеяние электронов в ЗРб-Н<1-РС, обусловленное высоким атомным номером .К 127), "проявилось в снижении эффективности электронно-пучкового инициирования и, соответственно, выравнивании энергий излучения £51^-1^ и. ЗГб-Н<1~лазеров. Во всем исследуемом диапазоне давлений ИН импульс излучения ЗГ^-НЛ-лазера имел меньшую длительность и более крутой фронт из-за высокой константы скорости реакции накачки. Предполагая, что длительность фронта лазерного излучения с увеличением давления ЙН выходит на насыщение в условиях превышения длительностью фронта ЭП характерного времени накачивающей реакции, была сделана оценка величин констант скоростей реакций накачки. Получено : ^>2*10-11 см3/с , ^>8*1 о-11 см3/с.

При общем давлении РС Рг=2 атм и диафрагме, ограничивающей • объем .АС до 0.1 л, был достигнут рекордный удельный энергосъем для ЗГ6-Ы-РС - 8 »к/л.

. Исследовались сшктральные характеристики в ДЗ излучения

БГ6-ВН-лазера с РС 5Г6:Ш=10:1, Рг=0.9 атм и ТР, коэффициент увеличения которого составлял М=19.8, Поскольку в реакции накачки -»■ ШГ*+Н молекула фторводорода возбуждается до колебательного уровня 7=3, а в реакции Г+Ш - до 7=6, то при Ш=Н., спектральный состав излучения состоял из Р1-3 - переходов, а при КН=Н1 - Р2_5~ переходов. Отсутствие генерации на Р1-переходах объяснялось недостаточной скоростью формирования мода в применяемом ТР (~40 не), а на Р6-переходах- как высоким порогом генерации ТР так и колебательной релаксацей НГЖ (7=6). Поскольку спектр излучения Б^-Ш-лазера не перекрывал спектра Г2-Н2-лазера , то с целью расширения спектрального состава в РС Б16-Н<1-лазера осуществлялась добавка Н^. Появление Н^ в БГ6-НЛ-РС привело к снижению инверсии на колебательной полосе 7=4-»-7=3 в начальном распределении НГЖ, и, как следствие, к срыву на этой полосе генерации. Дальнейшее вытеснение НЛ из РС за счет добавления Н^ проявилось в срыве генерации на 7=5-^7=4 и ее возникновении на 7=1—7=0. Таким образом, расширить - спектральный диапазон ЙТ^-НЛ-лазера посредством изменения химического состова КН нэ удалось. В связи с этим, в качестве одного из возможных вариантов ЗГ для {^^-У предлагается 5Г6-Ш-лазер с составной АС. Одна половина данной АС генерируется в Б^-^-РС, а вторая - в Б^-НЛ-РС. Формирование излучения в этом случае необходимо осуществлять единой резонаторной системой. Изучалась последовательность включения и длительность генераций на отдельных Р-переходах ЗТ^-Ш-мазера. Отмечено отсутствие Л-сдвига в динамике развития спектра, что указывало на заморошнность вращательной релаксации генерирующих молекул ШГЖ. Факт отсутствия <1-сдвига в динамике .развития спектра излучения БГб-11Н-лззера с высоким давлением РС (~1 атм) являэтея существенным для .¿неприменения, поскольку отсутствием Л-сдвига характерен также высоко-энергетичныа короткоимпульсный Н2-Г2-У [11].

Нэ рис.2 приведены зависимости энергии, длительности импульса излучения БГб-Ш-лззера с ПР и газоразрядным инициированием от соотношения БГб:Ш при постоянном общем давлении РС. В 31'6-Ш-лазеро процесс диссоциативного прилипания электронов е'+З^—БТд+Г является, по - видимому, основным каналом наработки Р [101 . Данная реакция имеет максимальное сечение в области энергии электронов (0.2-0.4) эВ. Для осуществления генерации Г или

ионизация молекул , свободный элекггрон при наборе энергии во 6 —

внешнем электрическом поле должен выйти из низкой энергетической области избежав захвата в процессе е~+М -»- М~, максимальное сечение которого лежит в области энергии электронов (0.0-0.1) эВ. Максимальная энергия излучения достигнутая на БГ6-Нг-РС превышает таковую для БГ^-НЛ-РС, хотя и во втором случае квантовый выход накачивающей реакции приблизительно в два раза выше. Причиной этому является снижение эффективности инициирования Б^-НЛ-РС в результате сильных электроотрицательных свойств НЛ которые увеличивают вероятность потери электрона до достижения им энергии (0.2 - 0.4) эВ. Сильные электроотрицательные ■ свойства ЩГ проявляются также в невозможности зажигания газоразрядной системой лазера объемного разряда в ЗГ6-Н<Т-РС с Рг=100 мм.рт.ст. при ЗГб:Ш<4, в то время, как, в БР^^-РС с Р2=100 мм.рт.ст. объемный разряд зажигался вплоть до БГ^^М . Влияние химического состава при снижении концентрация НН на процесс инициирования ослабляется и энергия излучения ЗРб-Н<1-лазера превышает энергию Б^-й,-лазера, что обусловлено параметрами химических реакций накачки. Энергетические максимумы БГ^НсГ- и Бр5-Н2~лазеров достигались при одинаковых длительностях импульсов излучений и совпадении формы -; длительности токовых импульсов в разрядном контуре, времен, задержки генераций. Такие совпадения имеют место если КщжГН^ЬКц^ШЛ, отсюда получаем = 4. Данный результат согласуется со сделанной ранее оценкой.

Спектральный состав в ДЗ излучения ЗГ^-КН-лазера с ТР при М=5 и Р£=100 мм.рт.ст., БГб:1и=гО:1 состоял из Р1-6 переходов, а при Рг=100 мм.рт.ст. и БГб: 1^=4:1 из Р^д-пароходов.

В работе проводились эксперименты по изучению влияния спектрального состава излучения БГб-1Ш-ЗГ на энергетическую эффективность контроля -У. Н^-^-У с АС' размерами 2*2*25 см3 и РС Р2:02:Н2:Не=1:0:4:0.25:2, Р2=1500 мм.рт.ст. инициировался ЭП. В режимо Г с ПР У излучал импульс энергией 10 Дк длительностью т0 5=1Ю не. Опорный сигнал энергией 0.3 Дк генерировался З^-КН-лазерок с газоразрядным шгишированкем и ПР. В качества РС применялись газовые смеси I) ЗГб:Нг=4:1, Р^=1С0 мм.рт.ст., 2) ЗГ6:НЛ=20:1, Р^=КО мм.рт.ст. В обеих случаях сигналы усиливались приблизительно до 2.5 Дж. Дальнейшие эксперименты выявили отсутствие насыыюния в усилении опорных сигналов, так. что преимущество спектрального согласования ЗГ и У. будет проявляться, по-видимому, при насыщающем уровно мощности излучения ЗГ.

В четвертой главе излоаэны результаты исследования процесса формирования излучения в SFg-RH-лазерэ высокого давления с поперечным электронно-пучковым инициированием. Проведен анализ . современных представлений о данном процессе. На основе изучения дальнозон-ной картины пространственно - энергетических характеристик излучения определялась его расходимость и энергетическая эффективность формирования. Под энергетической эффективностью понималось соотношение величин энергии лазерного излучения в ДЗ к энергии лазерного излучения в БЗ формируемого ПР.

Применение ПР для формирования излучения в Slg-RH-лазере с электронно-пучковым инициированием PC STgiH^IO.M, Рг=0.9 ата дало неудовлетворительные результаты. Пространственно-энергетическое распределение излучения в ДЗ имело резко ассиметричную форму и характеризовалось отсутствием дифракционной структуры. Ассиметрич-ность обусловливалась неоднородностью инициирования РС при эффективном использовании энергии ЭП, а отсутствие дифракционной структуры - коротки« временем существования инверсной населенности в течении которого моды ПР не успевали формироваться. Как следствие, величина расходимости излучения была высока относительно дифракционного предела и составляла eQ ^ Ю-2 рад.. Замена ПР на ТР произвела существенное улучшение качества формируемого излучения, и «q 5£ ~ 10~4 рад. Исследования пространственно -энергетических характеристик в да лазерного излучения формируемого ТР показали, что распределения плотностей энергий имеют дифракционную структуру и состоят из приблизительно радиально однородных кондантриче ских колец расположенных вокруг центрального максимума. Угловые расстояния между кольцами соответствовали рас-счетным для ДЗ идеального кольцевого монохроматического излучателя с плоским фронтом и соответствующей длиной волны. Причина улучшения качества лазерного излучения заключалась в том, что формирование моды ТР осуществлялось за время меньшее времени существования инверсной населенности, и контроль АС производился фазовосвязанной модой резонатора. Количественно время формирования моды ТР определялось как разница во временах запаздывания начал суперлюминисцен-ции АС и лазерного излучения в ДЗ относительно момента ввода ЭП в кювету. Экспериментальные данные находились в соответствии с рас-счетнкми значениями.

Эксперимента проводились с набором ТР, коэффициенты увеличения

которых лежали в диапазоне М=<2.6-18.8). В результате анализа пара»

летров лазерных излучения был выявлен альтернативный характер зьйора значения М. С одной стороны, увеличение М приводило к снижено) расходимости излучения поскольку для монохроматического кольцевого излучателя с плоским фронтом расходимость уменьшается зместе с его внутренним диаметром. С другой стороны, с увеличением Л происходит падение лазерной энергетики, что объясняется как возрастанием порога генерации, так и ослаблением обратной связи резо-гатора ведущим к более интенсивному сверхизлучению и усилению частичной потери модового контроля над АС. Распределение энергии по ^фракционным кольцам в ДЗ лазерного излучения формируемого ТР сличалось от соответствующей картины, формируемой идеальным плос-отм монохроматическим кольцевым излучателем. Отличие от идеальной сартины можно объяснить как наличием поперечного градиента показателя преломления АС, оптическими дефектами окон кюветы, зеркал »зонатора, искажением мод резонатора обусловленным пространствен-юй неоднородностью коэффициента усиления АС, так и возбуждением в »зонаторе мод высшего порядка [8].

Наименьшее значение расходимости в работе' было достигнуто 'о 5Е=0'15 мРад ПРИ с М=19.8, время формирования моды в котором ¡оставляло 40 не. Длительность импульса лазерного излучения в ДЗ оставила т0 5=100 не, энергия - 0.2 Дк. Столь низкая расходимость галучения достигалась за счет снижения энергетической эффективного при его формировании примерно до 20%.

В работе изучались особенности формирования излучения в Г^-Ш-лазере с электронно-пучковым инициированием в режиме У. В ачастве ЗГ применялся БГб-Ш-лазвр с газоразрядным инициирова-ием. При условии одинаковых водородсодержащих компонентов в РС У ЗГ, а также временного совпадения максимумов интенсивностей излу-ения ЗГ и инверсной населенности У, съем лазерной энергии с пос-еднего осуществлялся с почти 100 %-ноя эффективностью. Изменения величине расходимости излучения ЗГ после его усиления зафиксиро-аны еэ были. Данные результаты экспериментов с системой ЗГ-У подг-ерждают возможность построения высокоэнергетичных БГ^-ИН-систем с изкей расходимостью лазерного излучения.

В пятой главе проведены экспериментальные исследования поиска славка наиболее эффективного использования энергии ЭП при иниции-звании Б?б-йН-РС. Проведен анализ современных, представлений о изических процессах протекающих при генерации и распространении П., в газовой среде.

По измеренным пространственно-энергетическим характеристикам БЗ лазерного излучения формируемого ПР изучались особенности распространения ЭП в SFg-RH-PC. В условиях, когда длина ионизационного торможения инициирующих электронов превышала размер ашртуры АС, увеличение давления PC приводила к пропорциональному росту энергии импульса лазерного излучения. После выравнивания длины ионизационного торможения электронов и размера апертуры АС <РЕ>1 атм), с увеличением давления PC энергия лазерного излучения, спадала в результате усиления потерь ва стенках лазерной кюветы инициирующих электронов за счет их рассеивания. С целью исключения канала потерь энергии электронов за счет их рассеивания в области формирования и транспортировки ЭП генерировалось внешнее магнитное поле. Характер зависимости энергии импульса лазерного излучения от давления PC при этом не менялся. Действительно,анализ пространственно-энергетических характеристик лазерных излучений показал, что в области низкого давления PC внешнее магнитное поле исключало рассеяние электронов, а в области высокого - рассеяние шэло место. Однако при включении внесшего магнитного поля,в области низких давлений (<1 атк) энергия излучения увеличивалась, в то время, как , в- области высоких давления происходило ее снижение Измерение параметров ЭП показало, что при включении магнитной системы знергид- ЭП уменьшалась с IOQ Дж.до 50 Дк, что и являлось причиной отрицательного влияния внешнего магнитного поля наряду с рассеянием злектронов на энергетические характеристики лазерного излучения в области высокого давления PC. Длительность импульса ЭП при этом сокращалась от tq 5=40 не до 20 не. Такое изменение параметров ЭП можно объяснить влиянием внешнего магнитного поля на скорость разлета призлектродной плазмы диода ускорителя. Действительно ,. уменьшение длительности токового импульса ЭП могло произойти лишь в результате раннего закорачивания диодного промежутка призлектродной плазмой, скорость разлета которой увеличилась под действием внешнего магнитного поля. Таким образок , выявлен альтернативный характер выбора напряженности внешнего магнитного поля стабилизирующего распространение ЭП в PC. С одной стороны, чем выше напряженность, тем при более высоком давлении PC исключается канал потерь энергии электронов за счет их рассеивания. С другой стороны, .увеличение напряженности ведет к уменьшению КПД ускорителя, а следовательно, у. к снижению глубины инициирования PC. В результате альтернативного характера выбора напряженности внешнего магнитного

поля, в условиях нашего эксперимента стабилизация распространения ЭП в РС не.привела к увеличению максимальной энергии излучения лазера. ■

Проблема в обеспечении высокой энергетической эффективности электронно-пучкового инициирования, связанная с явлением рассеивания электронов не является единственной. Сдесь также существенно ограничение эффективности инициирования в результате "запирания" Э11 в РС. ЭП "запирается" в связи с образованием объемного злектро-заряда в газовой срэде и проявляется как в аномальном сокращении длины ионизационного торможения электронов, так и в уменьшении энерговыделения в газовой среде. Измерения в данной работе глубин распространения ЭП в ЗГб-НН-РС при РЕ=(0.5-2.5) атм показали, что в области давления Р£ > 2 атм дины ионизационного торможения электронов в несколько раз ниже своих рассчетных значений. Ка основе изложенного факта было сделано предположение о "запирании" ЭП. Предполагалось, что объемный электрозаряд в РС возникал в результате затруднения генерации обратного тока, что обусловливалось малой подвижностью 3^. В этом случав замена злвгаза на газ приблизительно такой же массовой плотности и меньшей электроотрицательности должна отразиться на глубине распространения ЭП в Э^-Ш-РС. Действительно, 50Ж-ное вытеснение злегаза ксеноном привело к достаточно высокой степени согласования расчетного и экспериментального значения величин глубины распространения ЭП в РС. Таким образом, в работе обнаружено явление "запирания" ЭП длительностью ~10 не в Б^-Ш-РС. На основе анализа результатов полученных в настоящей работе и результатов др. экспериментов было сделано предположение о влиянии длительности импульса ЭП на условия возникновения его "запирания" в РС. А именно ; чем короче длительность импульса ЭП инициирующего ЗГ6-Ш-РС, тем при более высоком давлении РС происходит его "запирание".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ I.Проведено исследование влияния химического состава водородсодер-жащего компонента РС (ГО=Н2,Н<Т,Н2+Н.1) на характеристики З^-Щ-системы в широком диапазоне параметров эксперимента. В условиях короткоимпульевего электронно-пучкового инициирования БГ^-Щ-РС высокого давления продемонстрирована возможность получения генерации длительностью 10 не .спектральным составом включающим Р1_6-линии с отсутствием «Т-сдеига во временной динамике развития.

и

2.Исследованы пути решения задачи формирования излучения с расходимостью близкой к дифракционной в SIg-RH-системе с короткоимпульсным поперечным электронно-пучковым инициированием PC высокого давления:

- в результате оптимизации параметров телескопического резонатора достигнута величина расходимости излучения генератора порядка дифракционного предела:

-экспериментально установлено отсутствие существенного изменения расходимости лазерного излучения в процессе усиления.

3,Выявлены факторы ограничивающие эффективность короткоимпульсного поперечного злвктронво-пучкового инициирования SFg-RH-PC высокого давления. Так, по достижению достаточно высокого давления рс возникает ограничение эффективности электронно - пучкового инициирования в результате потерь энергии инициирующих электронов в потенциале наведенного в PC объемного электрозаряда.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА .

1.Башкин А. С. Экспериментальное исследование импульсных химических лазеров на основе цэгшоа реакции фторирования водорода.Труды ФИАН СССР.-М*Наука,1989,т.194,с.4-44.

2.Greiner N.R. Time-resolve output spectrum from a hydrogen fluoride laser using mixtures of ST6 and HJ.-IEEE J.Quantum.Electron. ,1975, Y. QE- 11,p.844-847.

3.Patterson I.L.,Hays G.N..Truby F.K..Gerber R.A.Laser-beam chfrac teristiks of Phoenics.an HF oscillator-amplifier system.- J.Appl. Phys.,1979,7.50,p.2643-2646.

1 4.Hoffman J.M..Patterson I.L..Gerber R.A. Energy extraction from a large-volume HF -laser amplifier.-J.Appl.Phys.,1979,r.50,p. 11231125.

5.Mayer S.w..Taylor D.,Kwok М.А.НГ chemical lasing at higher vibrational levels.-Appl.Phys.Iett..1973,y.23.p.434-435.

6.Deka B.K..Dyer P.E. Mode control and performance studies of a pulsed unstable resonator HF/KF-laser.-IZEE J.Quantm.Electron. ,1978,v.QE-14,p.661-673.

7.Patterson E.L. .Gerber R.A.Characteristics of a high-energy hydrogen fluoride (HF) laser Initiated by an intense electron beam.-IEEE J.Quantum.Electron.,1975,7.01-11.p.642-648.

в..Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения.-М.«Наука,1979.

9.Amimoto Б.Т..Whittier J.S..lundquist M.I., Ronkowskl F.G.,Hoi-iland R..Ortwerth P.J.Pulsed chemical laser with variable pulse-length electron- ftesm Initiation and magnetic confinement.-Appl.Phys.Lett.,1932,v.40,p.20.

Ю.Грабовский E,В. .Денисенко В.П. .Животов В.К. .Казаков Ю.Б..Крашенинников Е.Г. и др.О некоторых особенностях химического лазера да смеои ST^+'dp, инициируемого элоктронным пучком,- Ж1Ф, 1979, т.49. с.2224-2226 Г

П.Киряевский Б.Л.Экспериментальное исследован® импульсных химически гйлогеноводеродных лазеров инициируемых сильноточным ?ЭП,-Дксс. на соиск. уч.степ.к.ф.-м.н..-М.;ИАЭ им.И.В,Курчатова, 1985.

Основные материалы .диссертации опубликованы в работах?

1.Абрамов В.В.,Галь A.B..Ширяевский В.Л. Элактроразрядный импульс вий ЬТ-лаззр на основе кешпнок химической реакции накачки.-Тзгисы цокладов 8-ой научной конференции "Применение лазеров в науке и технике", 0кск,1989,с.18.

2.Гадь A.B.,Гусанов В.Д..Ширяевский В.Л. .Шолин Г.В. .Семенов В.Н. 1ркг«знени9 неустойчивых тласкспических резонаторов дяя получения •ra.ryTiôiîHH с малой расходимостью в к-о^льснск химическом î!F-лазере с электронно- лучковым 1ашиированвзм.-Квантовая электроника,1991,-

Г. 13 „С, <195-498.

3.Гель А.В, .Русанов В. Д. .Ширяевский В.Л. .¡Полин Г.В. О возмоижэота и гслсбиях получения высоких энергетических характеристик излучения мпульсного химического HF-лазера на емзеи SPg-HJ.- Квантовая электроника,1992,т.19,с.841-642.

I.Галь A.B..Додонов A.A..Русаков В.Д..Ширяевский 3.Л, .¡Долга Г.В. Шяние химического состава водородсодервкашего компонанта НН >яСочей ервды и способа инициирования на параметры импульсного згкического SFg-îôl-лазвра.-Квзнтовзя электроника» 1902,т. 19,с. 15961.

'.Ггдь А.В.,Русанов В.Д..Ширяевский В.Л.,Шолин Г.В. Спектрз.лькыо аракгвристики излучения импульсного химического Hf-лазера с элакт-енно-пучковым инициированием на с.у.вс'л SF^-HJ-H^.-Квантовая лактроника,1992.Т.19,с.1055-1057.

Рис.1. Зависимость энергии (□,£>), длительности переднего фронта (А »А ), длительности по уровню 0.5 интенсивности (о , е ) импульса излучения гг^-кн-лззвра о электронно-пучковым инициированием ' от давления донора водорода Ркн при РЗР6=0.80 атм. (О ,0 ,Л -ин=н?;

£3. С,А -кн=нл).

- лазера с газоразрядным ишниировашюм от ■ состава РО при р£=100 мм.рт.ст. ! ян=н2 (о), г<н=ю (Л).