Кинетика активных сред лазеров на переходах атомов хлора, азота, углерода, кислорода и ксенона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

^ #

^ ^ч РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Ч4 . ^ ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 621.373.826

СИМАКОВА Ольга Владимировна

Кинетика активных сред лазеров на переходах атомов хлора, углерода, азота, кислорода и ксенона. (01.04.21 - лазерная физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Институте общей физики Российской Академии наук. Научный руководитель кандидат физико-математических наук

Карелин A.B.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор Бирюков A.C. кандидат физико-математических наук

Холин И.В.

Ведущая организация Московский Инженерно-физический Институт

Защита состоится <</§>> H^^J^i 1998 г. в ¿Г часов на заседании Диссертационного совета Д-003.49.02 Института общей физики РАН по адресу: 117942, г. Москва, ул. Вавилова, 38.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИОФ РАН.

Автореферат разослан «¿» ^fl/^t 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета д.ф.м.н.

Быков В.П.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Одним из перспективных способов возбуждения лазерно-акгивных сред является накачка заряженными продуктами ядерных реакций (ядерная накачка). На пути развития лазеров с ядерной накачкой (ЛЯП) появилась идея создания установки принципиально нового типа - реактора-лазера (PJI), в котором процесс прямого преобразования ядерной энергии в световую осуществляется при совмещении лазерно-акгавной среды и ядерно-активной зоны реактора, что открывает возможность получения качественно новой энергетики. В связи с этим представляется весьма актуальным поиск перспективных активных сред, обладающих низким порогом накачки и эффективно излучающих в оптическом диапазоне, и выяснение и оптимизация условий, при которых происходит наиболее эффективная лазерная генерация в рабочей среде. Одним из способов решения этих проблем является построение подробных кинетических моделей активных сред лазеров, на основе которых можно не только интерпретировать уже имеющиеся эксперименты и получать информацию о предельных возможностях конкретной среды, но и осуществлять более целенаправленный поиск новых перспективных АС для создания эффективного РЛ.

В качестве возможных АС для лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН) рассматриваются смеси инертных газов с молекулярными газами N2, СО, СО2, О2, CCI4 и др. Лазеры на атомарных переходах азота, углерода, кислорода и хлора привлекают интерес удобными длинами волн излучения (вблизи окон прозрачности атмосферы) и достаточно низкими порогами генерации, что делает их пригодными для использования в устройствах со стационарной накачкой.

Одним из наиболее перспективных среди лазеров, работающих в ближнем ИК диапазоне, является ксеноновый лазер, эффективная генерация в котором возникает при самых различных способах накачки.. Достоинства ксенонового лазера с ядерной накачкой связаны с удобным набором длин волн генерации, с низким порогом и потенциальной возможностью накачки больших объемов. Несмотря на большое количество экспериментальных и теоретических работ, посвященных Хе-лазеру, к настоящему времени не было построено не противоречащей спектроскопическим исследованиям и адекватно описывающей широкий спектр экспериментальных результатов кинетической модели его активной среды. Не сложилось даже единого мнения относительно механизма создания инверсии в Хе-лазере. В связи с этим задача моделирования АС Хе-лазера продолжает оставаться актуальной.

Построение кинетических моделей АС лазеров является актуальной задачей еще и потому, что подробное изучение кинетики АС позволяет понять глубже физику процессов в активных средах с накачкой жестким ионизатором вообще, уточнить ряд конешгг скоростей важных плазмохимических реакций, выявить общие черты формирования инверсии в плотной низкотемпературной плазме.

Цель работы.

Анализ перспективности использования смесей инертных газов с молекулярными газами в качестве АС для Л ЯН. Для чего предполагалось построить подробные кинетические модели АС указанных лазеров с выявлением определяющих релаксационных процессов и установлением основных механизмов накачки и определить оптимальные условия, при которых возможно получение максимальных энергетических параметров данных лазеров.

Построение подробной многоволновой кинетической модели Не-Аг-Хе лазера, которая адекватно и непротиворечиво описывала бы широкий круг

экспериментальных данных, и на ее основе получение оптимальных условий генерации и максимальных выходных характеристик ксенонового лазера с накачкой жестким ионизатором.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней построены первые подробные ккнетическне ?™одедн Л51Н из смссях инертных газов с молекулярными газами и установлены механизмы создания инверсии. Практическую ценность представляет получение оптимальных условий и параметров генерации указанных лазеров.

Впервые построена кинетическая модель Не-Аг-Хе лазера с накачкой жестким ионизатором, которая непротиворечиво описывает широкий круг экспериментов по лазерам на смеси Не-Аг-Хе при различных составах и способах возбуждения АС; модель позволяет описывать многоволновую генерацию на шеста переходах в атоме ксенона. На основе модели определены максимальные возможности ЛЯН на переходах ксенона и условия их реализации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Результаты диссертации докладывались на конференции в Томске, на семинарах ИОФАНа и опубликованы в 9 печатных работах.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

На защиту выносятся подробные нестационарные кинетические модели лазеров с накачкой жестким ионизатором на смесях Не-Ие-ССЦ (Х=1.59 и 2.45 мкм); №-Аг-К2-С0(С02)-02-Н2 (>.=833.5, 859.4, 862.9, 904.6, 940.6 нм); Не-Ме-02-К2-Н2-С0(Ж)) (Я=2.65 и 2.76 мкм); Не-Аг-Хе (Х=1.73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37, 3.51 мкм). Анализ указанных кинетических моделей позволил сформулировать следующие утверждения.

1.В лазере на переходах атома С1 с >.=1.59 и 2.45 мкм в смеси Не-№-ССи с ростом парциального давления СС1д происходит смена механизма накачки верхнего рабочего уровня: тройная рекомбинация атомарных ионов

СГ с электронами - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов С1/ - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов СС12+. В оптимальных условиях генерации основным каналом накачки является диссоциативная рекомбинация С12\ Очистка нижних рабочих уровней - радиационная и столкновительная с участием атомов буферного газа.

2.Б лазерах с ядерной накачкой высокого давления на переходах атомов С (¿.=940.6, 833.5 нм), N (Я=859.4, 862.9, 904.6 нм) и О (А=2.65, 2.76 мкм), в смесях инертных газов с молекулярными соответственно Ые- N2-С0(С02)-Н2-02 и Ые-Не-С)2-Ы2-С0(С02)-И2-К0 основным механизмом накачки верхних рабочих уровней является тройная рекомбинация атомарных ионов рабочих газов с электронами. Очистка нижних рабочих уровней - радиационная. При введении в смесь Ке-Ы2-С0(С02)-Н2-02 добавок аргона основным каналом накачки лазера на переходах атома С становится диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгС+.

3.В лазере на ИК переходах атома ксенона в смесях высокого давления, возбуждаемых жестким ионизатором, основной механизм накачки верхних рабочих уровней зависит от состава среды: 1) в чистом ксеноне это диссоциативная рекомбинация молекулярных, ионов Хъ2+ в сочетании с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из

состояний ксенона.; 2) в смеси Не-Хе - тройная рекомбинация атомарных ионов Хе+; 3) в смеси (Не)-Аг-Хе - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгХе+ в сочетании (как в чистом ксеноне) с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из 6р56з' состояний ксенона.

4.Существенную роль в повышении эффективности генерации ксенонового лазера с накачкой жестким ионизатором играет рециркуляция энергии в реакциях хемоионизации метастабильных и резонансных состояний и возбуждения верхнего рабочего уровня электронным ударом из состояний 6р56з'.

5. Ксеноновый лазер подвержен сильному влиянию температуры АС, что является следствием преимущественной столкновительной очистки нижних рабочих уровней и смещением (в смесях с Аг) равновесия с ростом температуры АС от образования ионов АгХе' в сторону образования ионов Хе/, которые преимущественно приводят к заселению нижних рабочих уровней.

. . ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, четырех глан, заключения и списка литературы из Ш& наименований. Общий объем диссертации составляет 175 страниц машинописного текста включая 2 таблицы, 42 рисунка и приложение (25 стр.).

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

Все результаты диссертации получены лично автором либо при его непосредственном участии. 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

Во введении обсуждаются актуальность рассмотренных задач, сформулирована цель диссертации, отмечена научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе диссертации дан общий обзор достижений в области лазеров с ядерной накачкой (п. 1.1). В п. 1.2 приведен обзор экспериментальных и теоретических работ по лазерам на переходам атомов С1, С, N и О, в п.1.3 рассмотрены работы по исследованию кинетики ксенонового лазера. О механизмах генерации в атомах С1, С, N. О в литературе определенные данные отсутствуют, имеются лишь предположения, которые обсуждаются в п.1.2. В п.1.3 показано, что несмотря на богатый экспериментальный материал и многообразие существующих кинетаческих моделей АС ксенонового лазера, до

настоящего времени не сформировалось единой непротиворечивой точки зрения на механизмы накачки в нем. Здесь же обсуждаются недостатки и противоречия уже созданных моделей и предпосылки создания нашей МОДеЛИ Хб'ЛаоСра.

Во второй главе диссертации приводится подробная кинетическая модель ЛЯН в смеси еыссксго давления Нс-Мс-ССц на переходах атома С1 с Х.=1.59 и 2.45 мкм.

В п.2,1 приведено описание модели С1-лазера. Модель учитывает 31 компоненту плазмы Не-Ме-ССЬ (атомарные и молекулярные ионы, возбужденные атомы), среди которых 9 возбужденных состояний атома хлора. Учитывалось перемешивание возбужденных состояний атома С1 электронами и атомами буферного газа. Отмечается важная роль свойства электроотрицательности хлорсодержащих молекул в формировании релаксационной картины.

Здесь же формулируются основные механизмы накачки в.р.у. для линий с А.=1.59 и 2.45 мкм в атоме хлора. Расчетным путем показано, что основными каналами накачки в.р.у. являются процессы тройной рекомбинации (т.р.) ионов С1+ с электронами, диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов С12+, СС12+ и ион-ионная рекомбинация возбужденного иона СС12+* с отрицательным ионом СГ.

В п.2.2. приводятся сравнительные генерационные характеристики СГ лазера. Вклад каждого из процессов в накачку в.р.у. зависит от парциального давления СС14 в смеси. Этим определяется наличие оптимума на зависимостях мощности генерации и пороговой плотности потока нейтронов от парциального давления СО4. В оптимальных условиях генерации основным механизмом накачки р.р.у. является диссоциативная рекомбинация С12+, в припороговой области - это ион-ионная рекомбинация молекулярных ионов ССЬ+* с ионам^ СГ.

В третьей главе диссертации приводятся подробные кинетические модели ЛЯН на смесях высокого давления Мс-Аг-ССХССЬН^-СЬ-Нг на переходах атомов С (1-940.6 и 833.5 мкм) и N (>.=859.6, 862.9, 904.6 нм) и Не-Ые-Ог-СОШОЬНг на переходах атома кислорода с >.=2.65 и 2.76 мкм.

В п.3.1. приведено описание кинетики АС указанных лазеров, которое включает перечисление учитываемых при моделировании компонент плазмы (атомарных и молекулярных ионов, возбужденных атомов, с учетом поуролневой кинетики в атомах рабочих газов), создаваемой в данных смесях жестким ионизатором, основных процессов релаксации энергии, и описание механизмов создания инверсии на рабочих переходах. Общими чертами генерации в рассматриваемых системах является то, что накачка в.р.у. происходит в процессах тройной рекомбинации (т.р.) атомарных ионов рабочих газов с электронами. Атомарные ионы во всех случаях образуются главным образом в результате реакций Пеннинга на метастабилышх атомах буферных газов. Добавление в смесь неона с молекулярными газами примесей Аг приводит к перехвату релаксационного потока в приведенной в п.3.1 цепочке реакций с метастабилей к метастабилям Аг*. В

присутствии аргона прекращается генерация на переходах атома N из-за исчезновения основного канала образования ионов И1" вследствие более низкой энергии возбуждения Аг* по сравнению с потенциалом ионизации N. На углеродных линиях повышаются генерационные характеристики по причине более слабых паразитных каналов исчезновения метастабильных состояний аргона по сравнению с Ие*. В смеси Ые-Аг с молекулярными газами к накачке в.р.у. в атоме С привлечен процесс диссоциативной рекомбинации молекулярного иона АгС+.

Тушение н.р.у. для всех рассматриваемых в главе переходов радиационная и столкновительная с участием электронов и атомов буферного газа.

В п.3.2 приводятся расчетные и экспериментальные зависимости мощности излучения и пороговой плотности потока нейтронов на всех длинах волн от давления буферных газов и парциальных давлений молекулярных газов. Наличие оптимума на зависимостях мощности генерации на переходах атомов С и N от давления неона в смеси Ые-Иг, 1йкжс как и 01 парциального давления раи0ч£10 газа, обусловлено с одной стороны, ростом концентрации атомарных ионов рабочих газов в реакциях Пеннинга и с другой - ростом канала их исчезновения в реакциях конверсии-.

А++ В +№ АВ++ Ые (1), А, В=С, N. В уменьшении мощности генерации также играет роль увеличение ширины линии рабочего перехода с ростом давления неона.

Огггимум на зависимостях мощности генерации на переходах атома С от давления аргона в смеси №-Аг с молекулярными газами связан с конкуренцией процессов наработки ионов АгС+ и исчезновения Аг* в реакциях тройной ассоциации с участием атомов Аг и Ые.

Оптимум на зависимостях мощности генерации на переходах атома С от давления неона в смеси №-Аг с молекулярными газами определяется совокупностью процессов образования ионов АгС+ и разрушением их в реакции:

АгС+ + № С+ + Аг + № (2). В смеси Не-Не-02-С0(Ж))-Н2 оптимальные параметры генерации на переходах в атоме кислорода определяются суммой процессов образования атомарных ионов 0+ в реакциях Пеннинга и перезарядки на компонентах неона и исчезновения ионов 0+ в реакциях конверсии типа :

0+ + Б + Не(№) н> 0Б+ + Не(Ые) (3), где ГЮ, С, N. Н и перезарядки на молекулах КЮ2, которые активно нарабатываются в данной смеси.

В смсси чистого неона с молекулярными газами генерация в кислороде отсутствует вследствие резкого уменьшения потока т.р. на в.р.у. из-за роста температуры электронов при замещении гелия на неон.

В п.3-3 для каждой из рассмотренных длин волн в данных смесях приводятся результаты полной численной оптимизации.

В четвертой главе представлена подробная многоволновая кинетическая модель Не-Аг-Хе лазера на переходах с лН .73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37, 3.51 мкм.

В п.4.1 приведено описание модели. В смеси Не-Аг-Хе рассматривалось 32 компоненты плазмы: атомарные и молекулярные ионы , димеры Не, Аг, Хе, метастабилыше состояния атомов гелия и аргона. В том числе все возбужденные уровни атома ксенона, принадлежащие состояниям 5с1, 6р, 6я и 6б\ Поуровневая кинетика в модели плазмы Не-Аг-Хе включает все радиационные переходы 5с1 - 6р, 6р - бэ, (бэ, Об') - Хе'Бо , перемешивание Хе* атомами Не, Аг и Хе и все возможные реакции внутри- и межмультиплетного электронного перемешивания. В модели учитывается ионизация электронами из всех рассматриваемых возбужденных состояний ксенона. Для излучения на переходах с метастабильного 152(3Р0 и резонансного Ь^Р]) уровней в основное состояние ксенона % учитывалось влияние реабсорбции.

Помимо основной схемы Не-Аг-Хе лазера модель содержит реакции с участием молекулярного и атомарного азота и кислорода, которые в реальных условиях всегда присутствуют в лазерной среде в качестве примесей.

Всего с учетом поуровневой кинетики и процессов с участием примесных газов модель содержит около 900 плазмохимнческих реакций.

Приводится описание механизмов создания инверсии в смеси Не-Аг-Хе на переходах атома ксенона. Расчеты показали, что вклад того или иного процесса в накачку в.р.у. зависит от конкретных условий - состава и

давления смеси, соотношения компонент, мощности накачки. Рассматриваются отдельно случаи преобладания каждого процесса в создании инверсии, и обосновывается выбор процентных долей потоков каждой реакции, попадающих на в.р.у. В результате установлено, что в чистом ксеноне накачка в.р.у. происходит в процессе диссоциативной рекомбинации в сочетании с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из 6р56з' состояний ксенона; в смеси Не-Хе - в ходе тройной рекомбинации ионов Хе+ с электронами; причем доля потока этой реакции, попадающая на в.р.у, зависит от давления смеси; в смеси (Не)-Аг-Хе - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгХе+ в сочетании (как в чистом ксеноне) с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из 6р56з' состояний ксенона.

Для смесей разного состава рассматриваются характерные черты формирования релаксационной картины.

Тушение нижних рабочих уровней атомами гелия, аргона и ксенона определяет величину инверсии на лазерных переходах и спектр генерации.

Для каждого состава смеси прослежено влияние электронов на населенности возбужденных уровней, которое определяется параметрами среды - температурой электронов, мощностью накачки.

В п.4.2. приводятся сравнительные расчетные и экспериментальные характеристики лазера на ИК переходах атома ксенона в смеси Не-Аг-Хе в широком диапазоне параметров среды и накачки. Рассматривалась накачка мшишеекундными, микросекундными, наносекундными ЭП и ядерная накачка.

Максимальная мощность генерации на длине волны 3.51 мкм в ЛЯН на чистом ксеноне достигается при давлении ксенона 0.3 атм. Спад мощности генерации при давлении выше 0.3 атм обусловлен ростом канала тушения ксеноном в.р.у. и уменьшением сечения индуцированного излучения. Значение пороговой плотности потока нейтронов (передний фронт

импульса накачки) определяется тушением в.р.у. атомами ксенона, поэтому Ft растет с ростом давления ксенона.

В смеси Не-Хе при накачке ЭП инверсия возникает на всех линиях 2.03, 1.73, 2.65 мкм , начинающихся с общего рабочего уровня 5d[3/2]°i, усиление носит квазинепрерывный характер на каждом переходе. Инверсия на всех переходах обусловлена тушением н.р.у электронами. Генерация наблюдается только на более сильных оптических переходах с ^=2.03 и 2.65 мкм, максимальная энергия переносится в линии с ?.=2.03 мкм, а генерация на линии с 1=1.73 мкм отсутствует. Это происходит вследствие того, что нижний уровень для перехода с Л=2.03 мкм обладает наименьшей населенностью из-за большой (7.5Т0"11 см3/с) константы тушения гелием. Нижний для линии с Х=1.73 мкм уровень оказывается заселенным больше двух других н.р.у. вследствие слабого тушения гелием и активного перемешивания его электронами с состояниями 6s'.

Оптимум на зависимостях полной энергии излучения от относительного содержания ксенона в смеси Не-Хе определяется уменьшением роли 6s состояний ксенона в образовании иона Хе+ из-за роста канала потерь их в реакциях ассоциации, и переработкой Хе+ в молекулярные ионы Хе2+ в реакциях конверсии, которые в основном накачивают н.р.у.

В смеси Аг-Хе при ядерной накачке от реактора ВИР-2 максимальный КПД 1.7 % и мощность 505 Вт достигаются при давлениях аргона 0.5 атм и ксенона 2 Topp. Максимальная мощность 530 Вт в расчете получена для давления аргона 0.75 атм.

При накачке ЭП микросекундной длительности с плотностью тока 1.7 А/см2 с ростом давления смеси происходит рост значения полной энергии излучения и КПД АС. При давлении смеси 3.5 атм расчетные значения полной энергии излучения и КПД АС составили соответственно 42 Дж и 5 .3 %.

Максимальное значение полной энергии излучения 43 Дж в расчете достигаются при содержании ксенона 5хе~5-10"3. При большей относительной концентрации ксенона начинается спад полной энергии. Это происходит вследствие уменьшения потока д.р. ионов АгХе+ на в.р.у. и роста канала образования ионов Хег+, которые в большей степени накачивают н.р.у. Другой причиной ухудшения генерации является увеличение тушения в.р.у. атомами ксенона. Переходы с 1.73, 2.03, 2.65 мкм и 2.63, 3.37 мкм имеют соответственно общие в.р.у. Поэтому в условиях многоволновой генерации наблюдался как в эксперименте, так и в расчете эффект конкуренции линий. Генерация на переходах с А,=1.73 и 2.63 мкм носит квазинепрерывный характер, на остальных линиях - на фронтах импульса накачки. Это различие в поведении разных линий связан с различием в величинах сечений индуцированных переходов и скоростей тушения н.р.у. атомами аргона и ксенона. Линии с Х=2.03 и 2.65 мкм вследствие большой вероятности перехода имеют меньший порог генерации, чем Х=1.73 мкм, поэтому генерация на них развивается с меньшей задержкой. По мере заселения н.р.у. вследствие индуцированных переходов и радиационно-сголкновителыюго каскада мощность на >.=2.03 и 2.65 мкм срывается, а на Я=1.73 мкм растет, т.к. н.р.у. для этого перехода сильнее тушится аргоном. Генерация на 2.03 и 2.65 мкм возникает снова на заднем фронте импульса накачки, когда заселенности н.р.у. снова малы.

При увеличении величины плотности тока пучка до значения 3=10 А/см2 происходило значительное уменьшение эффективности генерации в смеси Аг-Хе. Сильное тушение электронами в.р.у. и перемешивание н.р.у. с 6а' состояниями ксенона приводит при давлениях 1-2 атм к низкому КПД генерации и «двугорбой» форме импульса генерации с провалом, соответствующим максимуму импульса накачки. Повышение давления смеси до 3 атм приводит к росту КПД и сглаживанию импульса генерации.

Уже при небольшом добавлении аргона в смесь Не-Хе энергия излучения существенно растет из-за увеличения энерговклада в среду и включения в процесс накачки в.р.у. канала д.р. иона АгХе+. С увеличением содержания аргона в смеси энергия генерации растет. Вплоть до значения 5дг=0-7 в спектре преобладает линия с А,=2.03 мкм, с дальнейшим добавлением аргона в смесь спектр перестраивается - появляется генерация на Я=1.73 мкм и в меньшей мере на Я-2.63 мкм. При 5^0.8 генерация на линии с А,=2.03 мкм прекращается, и 90% эпергии высвечивается на длине волны 1.73 мкм.

Доминирование той или другой линии в спектре генерации в смеси Не-Аг-Хе зависит ог относительной доли аргона в смеси, т.к. на соотношение населенностей для нижних уровней разных переходов влияет величина, равная отношению суммарных скоростей расселения н.р.у. в реакциях тушения атомами гелия и аргона кНе*[Не] + кдг*[Аг] (кне, кдг - константы скоростей тушения н.р.у гелием и аргоном).

П.4.3. посвящен влиянию температуры среды на генерационные характеристики ЛЯН. Анализ результатов по генерации в чистом ксеноне позволил сделать вывод, что нагрев среды в течение импульса накачки приводит к снижению максимальных энергетических параметров и обрыву генерации раньше окончания импульса накачки. Срыв инверсии на рабочем переходе происходит вследствие более медленного уменьшения концентрации н.р.у.( по сравнению с концентрацией в.р.у ) из-за роста константы скорости его заселения из бй' состояний атомами ксенона со временем. С увеличением давления ксенона температура газа уменьшается, что приводит к смещению импульса генерации в область больших времен.

В смеси (Не)-Аг-Хе при ядерной накачке ухудшение параметров генерации происходит, помимо описанной выше причины, вследствие сильной (экспоненциальной) зависимости скорости развала иона АгХе+ в реакции:

АгХе4" + Аг->Хе+ + 2Аг (4) от температуры газа. Поток реакции д.р. ионов АгХе1, которая для условий эксперимента является основным механизмом накачки в.р.у., быстро уменьшается. Равновесие смещается в сторону образования Хе+, а затем Хег+, который в большей степени заселяет н.р.у.

В п.4.4 приведены результаты полной оптимизации ЛЯН в смеси Аг-Хе на длине волны 1.73 мкм для реактора ВИР-2М (длительность импульса накачки ~8 мс).

Оценены максимальные возможности ЛЯН при накачке коротким

импульсом нейтронов (около 500 мке) и при квазистационарной накачке (~1 с)-

Заключение содержит основные результаты данной диссертации.

1.В ЛЯН на переходах атома С1 в смеси Не-Ые-ССЦ механизм накачки в.р.у. зависит от парциального давления рабочего газа и мощности накачки. В оптимальных условиях генерации основным механизмом накачки является д.р. молекулярных ионов С1г+- При малых концентрациях ССи (менее 1 мТорр) накачка в.р.у. происходит в процессе т.р. ионов С1+ с электронами, а при давлении ССЬ (свыше 100 мТорр) - преимущественно за счет диссоциативной рекомбинации молекулярных ионов ССЬ+. При малых (вблизи порога) мощностях накачки заселение в.р.у. определяется ион-ионной рекомбинацией ионов ССЬ+* и С1.

2,Приведены результаты полной оптимизации на длинах волн 1.59 и 2.45 мкм атома С1.

З.Основными механизмами накачки в.р.у. на переходах атомов С, N. О в смесях Ые-М2-С0(С02)-Н2-02 и Не-№-02-№гН2 является т.р. атомарных ионов С, К, О с электронами. В смеси Не-02^2-Н2 в накачке в.р.у. в атоме О участвует процесс диссоциативного возбуждения. В смеси Ые-Ат-^-С0(С02)-Н2-02 основным каналом накачки в.р.у. атома С становится д.р.

молекулярного иона АгС+. Очистка н.р.у. для всех переходов в основном радиационная.

4.Рассчитаны оптимальные характеристики генерации в указанных смесях ЛЯН на всех переходах в атомах С, N. О.

5.На основе численного моделирования лазера на ИК переходах атома ксенона в смеси Не-Аг-Хе установлено, что основными механизмами накачки в.р.у. ИК переходов атома Хе являются:

•в смеси Не-Хе тройная рекомбинация ионов Хе+ с электронами причем доля потока этой реакции, попадающая на в.р.у , зависит от давления смеси;

•в чистом Хе диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов Хег+ с электронами;

•в смеси (Не)-Аг-Хс диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгХе+ с электронами и возбуждение из 6б' состояний ксепона электронным ударом.

6.Вклад каждого из механизмов в накачку в.р.у. зависит от конкретных условий работы лазера - давление смеси, соотношение компонент, мощности накачки.

7.Метастабилыше и резонансные бе и 6б' состояния ксенона играют важную роль в рециркуляции энергии в реакциях хемоионизацин в смеси Не-Хе и возбуждения в.р.у. электронами в смеси (Не)-Аг-Хе.

8.Консганга скорости реакции трехчастичной конверсии ионов Хе+ с атомами ксепона и гелия оказалась равной 2-Ю"32 см6/с, что в несколько раз меньше принятых ранее значений.

9.Нагрев среды при миллисекундных импульсах накачки снижает мощность и КПД лазера и приводит к срыву генерации до окончания импульса накачки. Это происходит вследствие преимущественной столкновительной очистки нижних рабочих уровней и смещения равновесия в цепочке реакций образования-развала иона АгХе+ и наработки ионов Хег+ в

сторону образования Хег+, которые приводят к преимущественному заселению н.р.у.

Ю.При накачке Ar-Хе смеси импульсом тепловых нейтронов от реактора ВИР-2М максимальный КПД генерации 1.8 % на линии с А.=1.73 мкм достигается при условиях: давление смеси 0.5 атм, давление ксенона 2 Topp, плотность потока нейтронов 1.5-1015 см"2с"', коэффициент пропускания зеркал резонатора Т=10 % (длина активной области 200 см).

11.В ЛЯН на смеси Аг-Хе при плотности потока нейтронов на уровне 2-3-1016 см"2с_1 возможно достижение КПД до 3 % при накачке коротким импульсом (~500 мкс) и до 3.5 % при квазистационарной накачке (~1 с) при осуществлении эффективного охлаждения лазерной среды.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активной среды лазера с ядерной накачкой на ИК переходах атома хлора. //Квантовая электроника. 1997. Т. 24, № 11. С. 993-997.

2. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активных сред лазеров с ядерной накачкой на переходах атомов углерода и азота. //Квантовая элеюроника. 1998. Т. 25, №4. С. 319-323.

3. Карелин A.B., Симакова О.В. О механизме генерации в лазере с ядерной накачкой на ИК-переходах атома хлора. //Краткие сообщения по физике. 1997. №7-8. С. 10-15.

4. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетическая модель ИК-лазера с ядерной накачкой в смеси He-Ne-CCLt на атомарных переходах хлора. //Оптика атмосферы и океана, 1998. Т. 11, № 2-3. С. 110-115.

5. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетическая модель лазера с ядерной накачкой на переходах атома хлора. Препринт ИОФАН №6,1997, 47 с.

6. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активной среды лазера с ядерной накачкой на переходах атомов углерода и азота. Препринт ИОФАН № 9, 1997,48 с.

7. Карелин A.B., Симакова O.B. Кинетика активной среды лазера с ядерной накачкой на переходах атома кислорода. Препринт ИОФАН № 2, 1998, 26 с.

о. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активной среды лазера с ядерной накачкой не переходах атома кислорода. //Квантовая электроника,

iQ9B, Г- г 6> ЛЛЗ, C.T-T-9-^г . 9. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активной среды лазера на ИК переходах атома ксенона в смеси Ile-Ar-Xe с накачкой жестким ионизатором. Препринт ИОФАН № 3, 1998.

Подписано в печать 21 сентября 1998 года. Формат 60x84/16. Заказ № 190 Тираж 85 экз. П.л. 1,0. Авт.л. 1,0 Отпечатано в РИИС ФИАН. Москва, В-333, Ленинский проспект, 53 Тел.: 132 5128, 132 6137, 132 6839, 132 6298

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи СИМАКОВА Ольга Владимировна

КИНЕТИКА АКТИВНЫХ СРЕД ЛАЗЕРОВ НА ПЕРЕХОДАХ АТОМОВ ХЛОРА, АЗОТА, УГЛЕРОДА, КИСЛОРОДА И КСЕНОНА.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник А.В.Карелин

Москва 1998

АННОТАЦИЯ

Построены подробные нестационарные кинетические модели лазеров с ядерной накачкой на переходах атомов хлора, азота, углерода, кислорода в смесях высокого давления инертных газов с молекулярными газами и многоволнового Не-Аг-Хе лазера с накачкой жестким ионизатором Проведены расчеты выходных характеристик лазеров и получены оптимальные параметры генерации.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ_5

ГЛАВА 1. Плазменные лазеры на электронных переходах

атомов._13

1.1 Лазеры с ядерной накачкой._13

1.2 Лазеры с ядерной накачкой на переходах атомов С1, С, N и О._15

1.3 Лазеры на ИК переходах атома ксенона._18

1.4 Математическое моделирование активных сред и излучения._32

ГЛАВА 2. Кинетическая модель лазера с ядерной накачкой на

переходах атома хлора._33

2.1 Релаксация плазмы в смеси Не-Ые-СОЦ.__34

2.2 Механизмы создания инверсии на рабочих переходах._39

2.3 Результаты расчета и обсуждение._42

2.3.1. Переход с А,=1.59 мкм._42

2.3.2. Переход с А,=2.45 мкм._47

Выводы к главе 2.___52

ГЛАВА 3. Кинетика активных сред лазеров с ядерной накачкой на переходах атомов углерода, азота и кислорода._54

3.1 Кинетика плазмохимических реакций в смеси Ме-Аг-М2-С0(С02)-Н2-02._54

3.2 Лазер на атомарных переходах углерода._59

3.2.1 Результаты расчета._ 60

3.3 Лазер на атомарных переходах азота._70

3.3.1 Результаты расчета._71

3.3.1.1 Переход с >,=904.6 нм. _71

3.3.1.2. Переход с А--859.4 нм и 862.9 нм._ 73

3.4 Кинетика плазмы в смеси Не-Ые-02-Н2-Ы2-(С0, N0)._73

3.4.1. Переходы с А,=2.65 и 2.76 мкм в атоме кислорода._80

3.4.2. Результаты расчета._80

Выводы к главе 3._88

ГЛАВА 4 Моделирование лазера на ИК переходах атома ксенона при накачке жестким ионизатором._90

4.1. Описание модели Не-Аг-Хе лазера._90

4.2 Основные каналы релаксации._92

4.3 Формирование инверсии на рабочих переходах._95

4.3.1 Генерация в чистом ксеноне._97

4.3.2 Смесь Не-Хе._98

4.3.3 Смесь Аг-Хе._100

4.3.4 Смесь Не-Аг-Хе.__101

4.4 Сравнение результатов расчетов с экспериментом._102

4.4.1 Чистый ксенон._102

4.4.2 Смесь Не-Хе._106

4.4.3 Смесь Аг-Хе._112

4.4.4 Смесь Не-Аг-Хе._124

4.5 Влияние температуры среды на генерационные характеристики ксенонового лазера._127

4.6 Оптимизация ЛЯН в смеси Аг-Хе._130

Выводы к главе 4._131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.___.132

ПРИЛОЖЕНИЕ._134

ЛИТЕРАТУРА. 163

ВВЕДЕНИЕ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Одним из перспективных способов возбуждения лазерно-активных сред является накачка заряженными продуктами ядерных реакций (ядерная накачка). Лазеры с ядерной накачкой (ЛЯН) принадлежат к разряду плазменных лазеров с накачкой жестким ионизатором. Плазменные лазеры - это [1, 2] такие оптические квантовые генераторы, в которых активной средой (АС) служит рекомбинационно-неравновесная (переохлажденная) плазма. Под жестким ионизатором [2] понимается корпускулярное или электромагнитное излучение, которое ионизует и возбуждает газ и слабо взаимодействует непосредственно с электронами образовавшейся плазмы. На пути развития ЛЯНов появилась идея создания установки принципиально нового типа - реактора-лазера (РЛ) [3, 4], в котором процесс прямого преобразования ядерной энергии в световую осуществляется при совмещении лазерно-активной среды и ядерно-активной зоны реактора, что открывает возможность получения качественно новой энергетики. В связи с этим представляется весьма актуальным поиск перспективных активных сред, обладающих низким порогом накачки и эффективно излучающих в оптическом диапазоне, и выяснение и оптимизация условий, при которых происходит наиболее эффективная лазерная генерация в рабочей среде. Одним из способов решения этих проблем является построение подробных кинетических моделей (см. н-р [5-20]) активных сред лазеров, на основе которых можно не только интерпретировать уже имеющиеся эксперименты и получать информацию о предельных параметрах конкретной среды, но и иметь возможность осуществлять более целенаправленный поиск новых перспективных АС для создания эффективного РЛ.

В качестве возможных АС для лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН) в числе других рассматриваются смеси инертных газов с молекулярными газами N2, СО, СО2, О2, ССи и др. [21-32]. Лазеры на атомарных переходах азота, углерода, кислорода и хлора привлекают интерес удобными длинами волн излучения (вблизи окон прозрачности атмосферы) и достаточно низкими порогами генерации, что делает их пригодными для использования в устройствах со стационарной накачкой.

Одним из наиболее перспективных среди лазеров, работающих в ближнем ИК диапазоне, является ксеноновый лазер, эффективная генерация в котором возникает при самых различных способах накачки.. Достоинства ксенонового лазера с ядерной накачкой связаны с удобным набором длин волн генерации, с низким порогом и потенциальной возможностью накачки больших объемов. Несмотря на большое количество экспериментальных и теоретических работ, посвященных Хе-лазеру, к настоящему времени не было построено не противоречащей спектроскопическим исследованиям и адекватно описывающей широкий спектр экспериментальных результатов кинетической модели его активной среды. Не сложилось даже единого мнения относительно механизма создания инверсии в Хе-лазере. В связи с этим задача моделирования АС Хе-лазера продолжает оставаться актуальной.

Построение кинетических моделей АС лазеров является актуальной задачей еще и потому, что подробное изучение кинетики АС позволяет понять глубже физику процессов в активных средах с накачкой жестким ионизатором вообще, уточнить ряд констант скоростей важных плазмохимических реакций, выявлять общие черты формирования инверсии в плотной низкотемпературной плазме. ЦЕЛЬ РАБОТЫ,

Анализ перспективности использования смесей инертных газов с молекулярными газами в качестве АС для ЛЯН. Для чего предполагалось

построить подробные кинетические модели АС указанных лазеров с выявлением определяющих релаксационных процессов и установлением основных механизмов накачки и определить оптимальные условия, при которых возможно получение максимальных энергетических параметров данных лазеров.

Построение подробной многоволновой кинетической модели Не-Аг-Хе лазера, которая адекватно и непротиворечиво описывала бы широкий круг экспериментальных данных, и на ее основе получение оптимальных условий генерации и максимальных выходных характеристик ксенонового лазера с накачкой жестким ионизатором.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней построены первые подробные кинетические модели ЛЯН на смесях инертных газов с молекулярными газами и установлены механизмы создания инверсии. Практическую ценность представляет получение оптимальных условий и параметров генерации указанных лазеров.

Впервые построена кинетическая модель Не-Аг-Хе лазера с накачкой жестким ионизатором, которая непротиворечиво описывает широкий круг экспериментов по лазерам на смеси Не-Аг-Хе при различных составах и способах возбуждения АС; модель позволяет описывать многоволновую генерацию на шести переходах в атоме ксенона. На основе модели определены максимальные возможности ЛЯН на переходах ксенона и условия их реализации.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

На защиту выносятся подробные нестационарные кинетические модели лазеров с накачкой жестким ионизатором на смесях Не-Ме-СС14 (А=1.59 и 2.45 мкм); Ме-Аг-М2-С0(С02)-02-Н2 (¿=833.5, 859.4, 862.9, 904.6, 940.6 нм); Не-Ме-02-1Ч2-Н2-С0(Ж)) (А=2.65 и 2.76 мкм); Не-Аг-Хе (А=1.73,

2.03, 2.65, 2.63, 3.37, 3.51 мкм). Анализ указанных кинетических моделей позволил сформулировать следующие утверждения.

1. В лазере на переходах атома С1 с /1=1.59 2.45 мкм в смеси Не-Ие-СС14 с ростом парциального давления СС^ происходит смена механизма накачки верхнего рабочего уровня: тройная рекомбинация атомарных ионов С1+ с электронами - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов С12+ - диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов СС12+. В оптимальных условиях генерации основным каналом накачки является диссоциативная рекомбинация С1г+. Очистка нижних рабочих уровней -радиационная и столкновительная с участием атомов буферного газа.

2. В лазерах с ядерной накачкой высокого давления на переходах атомов С (А=940.6, 833.5 нм), N (А=859.4, 862.9, 904.6 нм) и О (А=2.65, 2.76 мкм), в смесях инертных газов с молекулярными соответственно Ые- N2-С0(С02)-Н2-02 и Ме-Не-02-К2-С0(С02)-Н2-Ш основным механизмом накачки верхних рабочих уровней является тройная рекомбинация атомарных ионов рабочих газов с электронами. Очистка нижних рабочих уровней - радиационная. При введении в смесь К2-С0(С02)-Н2-02 добавок аргона основным каналом накачки лазера на переходах атома С становится диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгС+.

3. В лазере на ИК переходах атома ксенона в смесях высокого давления, возбуждаемых жестким ионизатором, основной механизм накачки верхних рабочих уровней зависит от состава среды: 1) в чистом ксеноне это диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов Хе2+ в сочетании с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из 6р56з' состояний ксенона.; 2) в смеси Не-Хе - тройная рекомбинация атомарных ионов Хе+; 3) в смеси (Не)-Аг-Хе -диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов АгХе+ в сочетании (как в чистом ксеноне) с прямым возбуждением верхних рабочих уровней электронным ударом из 6р56з' состояний ксенона.

4. Существенную роль в повышении эффективности генерации ксенонового лазера с накачкой жестким ионизатором играет рециркуляция энергии в реакциях хемоионизации метастабильных и резонансных состояний и возбуждения верхнего рабочего уровня электронным ударом из состояний 6р5б8' .

5. Ксеноновый лазер подвержен сильному влиянию температуры АС, что является следствием преимущественной столкновительной очистки нижних рабочих уровней и смещением (в смесях с Аг) равновесия с ростом температуры АС от образования ионов АгХе+ в сторону образования ионов Хе2+, которые преимущественно приводят к заселению нижних рабочих уровней.

ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Общий объем диссертации составляет страниц машинописного текста включая 2 таблицы, 41 рисунка, приложение (29 стр.) и библиографию из 1 /¿¡наименований ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

Все результаты диссертации получены лично автором либо при его непосредственном участии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ,

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

Во введении обсуждаются актуальность рассмотренных задач, сформулирована цель диссертации, отмечена научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе дан обзор экспериментальных и теоретических работ по лазерам на переходам атомов С1, С, N и О (п. 1.1) и отдельно рассмотрены работы по исследованию кинетики ксенонового лазера (п. 1.2). О механизмах генерации в атомах С1, С, ^ О в литературе определенные данные отсутствуют, имеются лишь предположения,

которые обсуждаются в п. 1.1. В п. 1.2 показано, что несмотря на богатый экспериментальный материал и многообразие существующих кинетических моделей АС ксенонового лазера, до настоящего времени не сформировалось единой непротиворечивой точки зрения на механизмы накачки в нем.

Во второй главе диссертации приводится подробная кинетическая модель ЛЯН в смеси высокого давления Не-Ые-СС14 на переходах атома С1 с А=1.59 и 2.45 мкм.

В п.2.1 приведено описание модели С1-лазера. Формулируются основные механизмы накачки в.р.у. для линий с /1=1.59 и 2.45 мкм в атоме хлора. Расчетным путем показано, что основными каналами накачки в.р.у. являются процессы тройной рекомбинации (т.р.) ионов С1+ с электронами, диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов С12+, СС12+ и ион-ионная рекомбинация возбужденного иона СС12+* с отрицательным ионом СГ. Отмечается важная роль свойства электроотрицательности хлорсодержащих молекул в формировании релаксационной картины.

В п.2.2. приводятся сравнительные расчетные и экспериментальные генерационные характеристики С1 "лазера.

В третьей главе приводятся подробные кинетические модели ЛЯН на смесях высокого давления Ме-Аг-С0(С02)-1Ч2-02-Н2 на переходах атомов С (А=940.6 и 833.5 мкм) и N (А=859.6, 862.9, 904.6 нм) и Не-Ые-02-С0(Ж))-Н2 на переходах атома кислорода с/1=2.65 и 2.76 мкм.

В п.3.1. приведено описание кинетики АС указанных лазеров. Общими чертами генерации в рассматриваемых системах является то, что накачка в.р.у. происходит в процессах тройной рекомбинации (т.р.) атомарных ионов рабочих газов с электронами. Атомарные ионы во всех случаях образуются главным образом в результате реакций Пеннинга на метастабильных атомах буферных газов.

В п.3.2 приводятся расчетные и экспериментальные зависимости мощности излучения и пороговой плотности потока нейтронов на всех длинах волн от давления буферных газов и парциальных давлений молекулярных газов.

В п.3.3 для каждой из рассмотренных длин волн в данных смесях приводятся результаты полной численной оптимизации.

В четвертой главе представлена подробная многоволновая кинетическая модель Не-Аг-Хе лазера с накачкой жестким ионизатором на переходах с ¿=1.73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37, 3.51 мкм.

В п.4.1 приведено описание модели. Помимо основной схемы Не-Аг-Хе лазера модель содержит реакции с участием молекулярного и атомарного азота и кислорода.

Всего с учетом поуровневой кинетики и процессов с участием примесных газов модель содержит около 900 плазмохимических реакций.

Приводится описание механизмов создания инверсии в смеси Не-Аг-Хе на переходах атома ксенона. Расчеты показали, что вклад того или иного процесса в накачку в.р.у. зависит от конкретных условий - состава и давления смеси, соотношения компонент, мощности накачки. Рассматриваются отдельно случаи преобладания каждого процесса в создании инверсии, и обосновывается выбор процентных долей потоков каждой реакции, попадающих на в.р.у.

Для смесей разного состава рассматриваются характерные черты формирования релаксационной картины.

В п.4.2. приводятся сравнительные расчетные и экспериментальные характеристики лазера на ИК переходах атома ксенона в смеси Не-Аг-Хе в широком диапазоне параметров среды и накачки. Рассматривалась накачка миллисекундными, микросекундными, наносекундными ЭП и ядерная накачка.

П.4.3. посвящен влиянию температуры среды на генерационные характеристики ЛЯН. Анализ результатов по генерации в ксеноновом лазере позволил сделать вывод, что нагрев среды в течение импульса накачки приводит к снижению максимальных энергетических параметров и обрыву генерации раньше окончания импульса накачки.

В п.4.4 приведены результаты полной оптимизации ЛЯН в смеси Аг-Хе на длине волны 1.73 мкм для реактора ВИР-2М (длительность импульса накачки ~8 мс).

Оценены максимальные возможности ЛЯН при накачке коротким импульсом нейтронов (около 500 мкс) и при квазистационарной накачке (-1 с).

Заключение содержит основные выводы и результаты данной диссертации.

Результаты диссертации докладывались на конференции ИЛПАМ (г. Томск, 1997), на семинарах ИОФАНа, МИФИ и опубликованы в 9 печатных работах.

ГЛАВА 1.

Плазменные лазеры высокого давления на электронных переходах атомов.

Наибольшее распространение среди мощных лазеров высокого давления получили лазеры на чистых инертных газах [1, 2, 33-35]. Генерация на этих типах лазеров была получена сравнительно давно, однако интерес к ним не ослабевает и в настоящее время. Это связано с использованием для возбуждения таких активных сред новых способов накачки, что позволило повысить эффективность генерации и расширить их функциональные возможности.

Возможность получения качественно новой энергетики открылась при появлении идеи реализации реактора-лазера (РЛ). Важным этапом на пути создания РЛ является исследование лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН). В этой области уже накоплен довольно обширный материал (см. н-Р [36-37]).

1.1 Лазеры с ядерной накачкой.

Впервые ядерная накачка лазеров была продемонстрирована американскими учеными в 1974-1975 гг. [38-39]. Наиболее существенной особенностью ЛЯН в первых исследованиях была перспектива их использования для накачки компактных, энергоемких и автономных источников энергии. К одним из первых публикаций, в которых рассматривались конкретные схемы ядерно-лазерных устройств с прямым преобразованием энергии ядерных реакций в лазерное излучение, можно отнести работы [1, 3]. На первом этапе поиска активных сред, пригодных для ядерной накачки, привлекали внимание лазеры на основе стекла с N<1 [40-42]. Первые успешные эксперименты по ядерной накачке газовых лазеров были проведены во ВНИИЭФ в 1972 г. [43]. В этих опытах удалось осуществить непосредственно возбуждения газовых смесей