Экспериментальные исследования активной среды мощных электрозарядных СО2-лазеров голографическими методами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

УДК 62I.373.82C 533.9.08

гшучно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова

(НШЭФА)

На правах рукописи

КУРУНОВ Роман Федорович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНОЙ СРЕДЫ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ С02-ЛАЗЕР0В ГОЛОЕРАФШЕСКИМИ МЕТОДАМИ

01.04.08 - физика и химия плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ленинград 1990

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова

Научный руководитель - доктор технических наук, академик

АН СССР ГЛУХИХ В.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Лерсианцев И.Г. /НИИЯФ ШУ им.М.В.Ломоносова/,

кандидат физико-математических наук Морозов А.О. /НИИ Физики ЛГУ/

Ведущая организация - Филиал института атомной энергии

им.И.В.Курчатова

Защита состоится. 99 ¿7г. на заседании специа-

лизированного совета K34.05.0I при Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова в помещении Клуба ученых НИИЭФА (Полевая ул., 12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА. Автореферат разослан М 199£? г.

Отзывы об автореферате в одном экземпляре, заверенные ученым секретарем и скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 189631, Ленинград, Металлострой, Советский пр., I, НИИЭФА.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Б.Н.Жуков

- 3 -

I

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большие материальные средства, вложенные в разработку элактроразрядных СС^-лазеров, и участие в ее реализации значительных интеллектуальных сил на протяжении многих лет предопределило высокую степень проработки этих лазеров. СС^-лазеры обладают большой мощностью при высоком КЦЦ и могут иметь малую расходимость выходного излучения с высокой степенью когерентности:. Они не требуют особых условий гигиены при сборке и эксплуатации. В силу перечисленных причин интерес к этому типу лазеров не ослабевает, несмотря на конкуренцию со стороны твердотельных и эксимерных лазеров.

В настоящее время повышение направленности выходного лазерного излучения, с заданными энергетическими характеристиками, а также достижение предельных энерговкладов при стабильной и надежной работе остаются наиболее актуальными задачами, стоящими перед разработчиками лазеров. Для большинства применений лазеров эти требования постоянно ужесточаются. Одним из важнейших факторов, влияющих на расходимость и когерентность лазерного излучения, является однородность активной среды (АС). В электроразрядных С02~лазарах однородность АС во многом определяется однородностью энерговклада, связанного с физикой и способом организации объемного разряда, а также конструктивными особенностями лазерных устройств.

Для успешного решения указанных выше проблем необходимы соответствующие диагностические методы и средства. Одними из наиболее эффективных методов исследования АС газовых лазеров являются голографические методы. С помощью голографических ме-

тодов получают информацию о показателе преломления АС с высоким разрешением в пространстве и'во времени. Изучая неоднородности, возникающие в АС, можно исследовать сами физические процессы, ответственные за появление возмущений и выяснить их влияние на выходные характеристики лазера.

Целью Ьанной раооты является разработка голографических методик и проведение с их помощью исследований: физических процессов, влияющих на однородность энерговклада и оптическую однородность АС мощных электроразрядных СС^-лазеров различного типа и назначения; характера газодинамических процессов, обусловленных импульсным, импульсно-периодическим и непрерывным вкладом энергии в газовый разряд; развития неустойчивости в объемном несамостоятельном разряде.

Научная новизна. Разработаны методики,наиболее полно реализующие голографические методы и средства исследования АС мощных газовых лазеров различного типа и назначения. С помощью этих методик получены новые сведения о прщюде физических процессов, стимулирующих формирование и развитие неоднородностей в АС электроразрядных ^-лазеров, в том числе:

- обнаружен новый тип оптических неоднородностей в АС электроразрядных лазеров при традиционном способе организации объемного разряда с помощью источников предыонизации. Показано,, что они обусловлены неоднородным энерговкладом вследствие пространственной неравномерности потока ионизирующих частиц в результате его прохождения через один из электродов газоразрядной камеры. Установлено, что масштаб, вид и динамика формирования неоднородностей этого типа определяются геометрией электродов, кинетикой и газодинамическими свойствами газа;

- в условиях короткого импульса накачки ,5 мко. самостоятельным разрядом получены пространственно-временные распределения плотности волн сжатия и разрежения, возникающие на 1раницах области, занятой лазерным излучением, в результате эффекта теплового самовоздействия;

- получены количественные результаты, позволившие существенно расширить представление о физике развития неустойчивос-тей в объемном несамостоятельном разряде в виде прорастающих токовых шнуров и о сопутствующих их развитию процессах. Установлены особенности в динамике, геометрической форме и характере пространственного распределения концентрации электронов

в канале токового шнура на разных стадиях их развития.. Обнаружены локальные области (~1 мм) вблизи поверхности анода с повышенной концентрацией электронов которые расположены напротив токовых шнуров, движущихся с катода.

Научная и практическая значимость.

I. С помощью разработанной методики осуществлены исследования. АС мощных крупногабаритных СО^-лазеров с объемом АС свыше 0,1 м^, а также эксимерных лазеров.

2. Результаты исследования мощных СО-д-лазеров импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действий использованы при разработке и конструировании лазеров различного типа и назначения, а также для совершенствования действующих лазерных устройств и оптимизации их режимов работы.

3. Предложен способ измерения температуры газа в зоне генерации, основанный на измерении скорости волны разрежения самовоздействия путем последовательной регистрации ее местополо-

жония методами голографической интерферометрии и зависимости скорости волны разрежения от температуры среды, по которой она движется.

4. Полученные результаты о структуре и скороста распространения токовых шнуров могут быть использованы при разработке аппаратуры, позволяющей прогнозировать пробои разрядного промежутка и управлять объемным разрядом.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях по явлениям в ионизованных газах в Гренобле (Франция, 1979 г.), Минске (1981 г.), Дюссельдорфе (ФРГ, 1983 г.); на У Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы, Киев (1979 г.); на Ш Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград (1981 г.). Результаты работы докладывались на семинарах в ГОИ им.С.И.Вавилова, Институте проблем механики, Филиале института атомной энергии им.И.В.Курчатова.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ в научных журналах и трудах международных и всесоюзных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 133 страницы машинописного текста, 60 рисунков, 3 таблицы и список литературы, включающий 149 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обосновывается выбор темы, формулируется цель и кратко изложено распределение материала по главам.

ПЕРВАЯ ГЛАВА включает в себя краткий обзор работ, посвященных исследованию АС СО^-лазеров с помощью оптических мето-

дов диагностики прозрачных объектов. Основное внимание уделяется голографическим методам диагностики.

Уникальные свойства голограммы позволяют на отадна восстановления волнового фронта визуализировать АС в виде теневой или интерференционной картины. Обсуждаются преимущества и недостатки интерференционных и теневых голографических методов.

Рассматриваются некоторые» оптические свойства плазмы и анализируется вклад электронов, атомов и молекул, находящихса в основном и возбужденном состояниях, в рефракцию низкотемпературной плазмы со степенью ионизации ЭС^Ю . Применительно к интерференционным методам диагностики показана возможность осуществлять исследования однородности АС, газодинамических процессов и развития неустойчивостей в объемном разряде.

Приводятся конструктивные особенности диагностического лазера на рубине и его выходные параметры. Высокая пространственная и временная когерентность диагностического лазера позволила реализовать ряд оптических схем различных модификаций. Очевидным преимуществом одной из них является возможность одновременного зондирования объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что обеспечило проведение исследований неоднород-ностей сложной конфигурации.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ представлены и обсуждаются экспериментальные результаты исследования однородности знерговклада и оптической однородности АС импульсных электроионизационных ^-лазеров и С02~лазера на самостоятельном разряде с УФ-продаонизаци-ей. Данц описание устройства н параметры С02-лазеров. Электроионизационные лазеры отличались размерами газоразрядной камеры и конструкцией катодов, а также параметрами ускорителей элект-

ронов и систеы питания разряда. Конструкция СС^-лазера на самостоятельном разряде с' УФ-предыонизацией позволяла располагать искровые источники УФ-излучения "капиллярного типа" за сеточным электродом или по боковым сторонам разрядного промежутка* В зависимости от задач эксперимента сеточный электрод можно было Заменять на сплошную дюралюминиевую пластину.

В электроионизационных СС^-лазерах пучок быстрых электронов энергией 100-200 кгВ инжектируется в газоразрядную камеру через один из электродов, как правило, являющийся катодом. При прохождении через "прозрачный" катод электронный пучок частично экранируется элементами электрода и оказывается пространственно неравномерным.

Рассматривается влияние пространственной неравномерности пучка быстрых электронов с энергией 160 кэВ на однородность энерговклада и АС. С помощью теневых методов обнаружена мелкомасштабная периодическая структура возмущений плотности газа в объеме АС С02~лазера, где катодом служила перфорированная медная пластина с отверстиями, расположенными в шахматном порядке.

Определены время формирования (~ХЗ мкс) и существования (—150 мкс) этой структуры. Установлено, что масштаб, вид и время формирования структуры определяются размерами отверстий в электроде, временем у~Т .релаксации и временем, необходимым, для выравнивания давления в областях с повышенным тепловыделением. Аналогичине исследования были проведены на установке, где катод был выполнен в виде медных трубок, которые подтвердили выводы предыдущих экспериментов.

С целью выяснения процессов на границе электронного пучка в лазере под металлической сеткой, являющейся одним из электро-

дов, была установлена металлическая диафрагма, ограничивающая размеры пучка электронов энергией..200 кэВ. При этом разряд горел во всем объеме. В поле зрения интерферометра находились обе границы электронного пучка. В исследованиях использовалась двух- и трехэкспозиционная голвграфическая интерферометрия. Измерения показали, что через ~15 мкс после начала разряда от границ электронного пучка начинает движение акустическая волна плотности с максимальным значением относительной плотности 4$ вблизи места выхода электронного пучка через электрод.

Для детального изучения факторов, оказывающих воздействие на однородность энерговклада и АС, в ^-лазере на самостоятельном разряде с УФ-предыонизацией длительностью ~1,5 мкс была реализована оптическая схема измерений, позволившая зондировать объект одновременно в двух направлениях - вдоль и поперек оптической оси. Исследовались процессы объемной фотоионизации и фотоэмиссии, их относительной роли и влияния на однородность и динамику энерговклада в зависимости от конструкции электродов, расположения источников УФ-излучения, дав-еэния газовой смеси и наличия легкоионизируеыой присадка трп-н-пропилакггш (ТПА). Установлено, что неоднородность энерговклада для данного способа организации объемного разряда может иметь крупномасштабный и мелкомасштабный характер. Выяснено, что крупномасштабная неоднородность обусловлена характером распределения электрического поля (повышенное значение вблизи краев электродов) и фотоэлектронов. Показано, что, располагая источники 7Ф-язлуче-ния за сеточным электродом, с двух оторон по бокам разрядного промежутка или с одной стороны, отношение минимального значения

энерговклада к максимальному составило соответствонно 85$, 74$, 68$.

Особое внимание в этих исследованиях было ..уделено мелкомасштабным неоднородностям в центральной части разрядного объема и вблизи поверхности катода, которые были обнатттаены в случае, когда источники УФ-излучения располагались за сеточным электродом.

Зондирование АС в двух взаимно перпендикулярных направлениях показало, что мелкомасштабные структуры плотности газа в объеме АС существуют только непосредственно под источниками УФ-излучения, а вблизи поверхности катода - на всей плоскости профилированного электрода. Установлено, что мелкомасштабные структуры обусловлены неоднородным энерговкладом в результате неоднородной объемной фотоионизации и фотоэмиссии электронов из катода. Неоднородное распределение начальных электронов объясняется частичной экранировкой УФ-излучения элементами сеточного катода, за которым они расположены. Эксперименты показали, что . форма мелкомасштабной структуры определяется геометрией сетки. При размещении источников УФ-излучения. по боковым сторонам от разрядного промежутка мелкомасштабная структура в объеме АС и вблизи поверхности катода отсутствует.

В результате проведенных измерений выяснены характерные времена формирования и развития мелкомасштабных возмущений нейтрального газа в зависимости от начального давления в газоразрядной камере и наличия легкоионизируемой присадки ТПА. Получена зависимость относительного изменения показателя преломления мелкомасштабной структуры от начального давления к фиксирован-

ному моменту времени (~2,5 мкс), соответствующему в условиях эксперимента длительности генерации лазерного излучения. Установлено, что эта зависимость имеет максимум &П/(П0~1) при начальном давлении, равном ~0,3 атм. Показано, что введение в газовую смесь СС^А^Не лагкоионизируемой присадки стимулирует более быстрый рос? амплитуды возмущейий по сранненшп с "чистой" смесью.

На основе полученных экспериментальных результатов обсуждается наиболее оптимальная, с точки зрения однородности энерговклада и оптической однородности АС, конструкция электродов и расположения источников УФ-излучения.

Обсуждаются результаты экспериментальных исследований эволюции волн плотности и разрежения, возникающих на границах лазерного пучка, сформированного устойчивым резонатором в результате эффекта теплового самовоздействия в условиях короткого импульса накачки (~1,5 мкс) самостоятельным разрядом. В данных экспериментах УФ-подсветка осуществлялась с боковых сторон разрядного промежутка. Для ограничения зоны генерации внутри резонатора были помещены две диафрагмы с окнами прямоугольной формы. Исследования проводились интерференционными методами, при этом зондирование осуществлялось перпендикулярно оптической оси. Ин-терферограммы, снятые в различные моменты времени, показали, что волны плотности на границах зоны генерации, расположенной в центре разрядного промежутка, начинают формироваться не позднее 2,4 мкс относительно начала разряда, а их амплитуда растет в течение 4 мкс. Максимальное значение относительного увеличения плотности газа в области сжатия достигает 4%. Максимальный градиент показателя преломления на границе области генерации соста-

вел 2,5'10~® см-"'". Установлено, что располагая границу зоны генерации вблизи поверхности сплопного электрода (анода) практически одновременно с процессом формирования волны сжатия происходит ее отражение от электрода. В результате этого взаимодействия амплитуда волны оказывается выше и в нашем случае составила 55?. Визуализирована волна разрежения, распространяющаяся внутри области генерации. Это позволило определить скорость ее движения и вычислить температуру газа в зоне генерации, которая оказалась ~ 500±50°К.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена исследованию газодинамических процессов, происходящих в АС слоктрора зрядншс СО^-лазеров импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действий.

Дано описание установок, на которых проводились исследования. Замкнутый контур импульсно-периодического электроионизационного СО^-лазера состоял из разрядной камеры, прокачного устройства и газового тракта. Коммутация тока разряда осуществлялась электронным пучком. Ускоритель электронов надежно работал при частоте следования импульсов до 200 Гц. Для прокачки газа использовалась ротационная газодувка, которая обеспечивала скорость потока ~П м/с.

Быстроцроточный непрерывный ^-лазер на самостоятельном разряде представлял собой установку открытого типа. Для прокачки газовой смеси использовались два ротационных вакуумных насоса, обеспечивающих суммарную производительность I м/с, при давлении на входе 70 ГПа. Газоразрядная.камера представляла собой канал прямоугольного сечения 35 х 250 мМ2 длиной 1500 мм. Катод был секционирован и выполнен в виде платы, изготовленной из неорганического материала АШ с вмонтированными в нее 250 катодными эле-

мантами с размером каждого I х 40 мм.

Достаточно известным газодинамическим возмущением в АС импульсных электроразрядных лазеров являются электродные ударные волны (УВ). В импульсных электроионизационных СС^-лазорох исследованы процессы формирования и развития плоских и цилиндрических катодных УВ. Определена убыль нейтралей в прикатодноЗ области в результате формирования УВ (30$). Установлено, что ширина фронта катодных "ТВ на несколько порядков превышает ширину фронта, оп-рэдэллемуи вязкостью и теплопроводностью. Отмечается, что это возможно при условии относительно медленного выделения энергии в прикатодном слое, а также наличия релаксационных процессов в колебательно-возбужденном газе.

Исследованы газодинамические процессы в импульсно-перяоди-Чбском лазере. Схема синхронизации момента генерации диагностического лззера с исследуемым процессом, позволяла зондировать любой 'разрядный импульс в различные моменты времени.

При частоте следования импульсов -р = 80 Гц и удельном знерговкладо~0,2 Дж/см3 обнаружено стационарное тепловое поле в области катода с максимальной температурой у поверхности электрода ~315°К и градиентом плотности 1,3*10*® см~^. С помощью теневого метода острой фокусировки показано, что в области теплового поля имеются мелкомасштабные возмущения плотности газа с характерным размером ~5 мм, которые усиливаются при увеличении частоты следования импульсов.

Используя зависимость скорости движения УВ от температуры среды, в которой она распространяется, определена температура АС непосредственно после тепловыделения~420°К и поело расширения

газа из области разряда ~380°К. В адиабатическом приближении рассчитана скорость движения УВ, формируемых на границах разряда и движущихся вверх и вниз по потоку. Сделана оценка доли энергии, уносимой этими волнами, которая составила ~30% от всей энергии, вложенной в разряд. Получены интерфврограммы тепловой пробки и изучена ее динамика. Экспериментально определено время, необходимое для смены газа в зоне разряда 10 мс, которое превышает время, рассчитанное в адиабатическом приближении (8,4 мс).

Приводятся результаты исследования, распределения плотности, температуры и скорости потока газа в непрерывном поперечном самостоятельном разряде. Для повышения чувствительности измерений была применена оптическая схема голографического интерферометра с двойным прохождением зондирующего излучения через область разряда. Пересчет измеренных полей сдвига интерференционных полос распределения плотности, температуры и скорости потока осуществлялся с помощью уравнений сохранения для ядра потока.

Получены распределения температуры и скорости потока газа для центра разрядной камеры вдоль по потоку на длине 30 см, из которых видно, что при прохождении газа через зону разряда температура и скорость потока растут. Приводятся расчетные значения температуры газа и скорости потока. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показали хорошее совпадение их на начальном участке и некоторое превышение экспериментальных значений над расчетными на конечном участке разряда. Показано, что важным фактором, влияющим на рост температуры ядра потока оказывается процесс турбулентной теплопроводности при передаче тепла от сильно разогретой катодной платы ядру потока. Градиент показателя преломления в направлении, перпендикулярном плоскостям электро-

дов, в среднем в 5-6 раз превшает значение градиента е направлении вдоль по потоку. Сравнение результатов о температуре среды с распределением коэффициента усиления, вдоль по потоку показало, что допустимый нагрев-газа, превышение которого приводит к снижению коэффициента усиления. АС, составляет~400°К.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена экспериментальным исследованиям формирования в приэлектродных областях и развития токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде, поддерживаемом пучком быстрых электронов в смеси газов СС^: [^¿¡На.

Дан краткий обзор работ, посвященных исследованию неустой-чивостей в объемном разряде. Анализируются возмодности интерференционных методов для исследования ионизационно-перегревной неустойчивости и неустойчивости, обусловленной ступенчатой ионизацией с метастабильного уровня молекул азота (А 1ц ). Методами исследования прорастающих токовых шнуров были выбраны интерференционные и теневые методы, а также осциллографические измерения полного тока разряда и тока в цепи зонда диаметром 20 мм, встроенного в катод.

Исследования позволили установить, что токовые шнуры зарождаются и начинают распространяться с поверхности катода из областей диаметром мм, с высокой концентрацией электронов

то о

~2'10 см . Показано, что токовые шнуры в каждом разрядном импульсе развиваются с одних и тех же участков катода. Количество шнуров на I см^ поверхности зонда приблизительно равно 4. Полученные результаты позволяют утверждать, что пространственное расположение областей, откуда развиваются токовые шнуры, задается микрорельефом поверхности катода и обусловлено возникновением катодных пятен.

Выяснено, что в диапазона значений параметра £„/Л/0 = 1,5 +1,7*10-16 В'см2 на начальном этапе токовые шнуры движутся практически с одинаковой скоростью 1,5+340^ м/с, зависящей от параметра ¿¿/Д^. Получены распределения концентрации электронов в различных сечениях канала токового шнура и определены параметры периферийной УВ. У основания токового шнура концентрация электронов составила ~3'1018 см-3, а у вершины '-Э'Ю^7 см-3. Установлено, что газодинамические процессы оказывают влияние на развитие токовых шнуров на начальном этапе, обеспечивая повышенное значение параметра Е/М у вершины за счет убыли нейтралей из канала при даоулевом нагрева. Показано, что по мере продвижения токовых шнуров среди них появляется "лидер", имеющий большую скорость 6-8*103 о/и. Появление лидера сопровождается резким ростом тока в цепи зонда. Получено пространственное распределение концентрации электронов в канале развившегося токового шнура, характеризующееся более высоким значением концентрации электронов у вершины, чем у основания.

Проведены исследования послеразрядных пробоев. Установлено, что послеразрядные пробои происходили в тех местах, где в момент разряда развивались токовые шнуры. Показано, что после-разрядные пробои могут происходить из-за увеличения проводимости среда в результате расширения -газа, надетого в объеме токового шнура. Получено значение плотности нейтрального газа на оси неоднородности, сформированной токовым шнуром после его остановки при отключении электрического поля.

Исследовано состояние прианодной области в момент формирования и развития токовых шнуров со стороны катода, выполненного

в виде металлической сетки. Вблизи поверхности анода напротив токовых шнуров обнаружены локальные области диаметром мм с высокой концентрацией электронов см~^. Построено прост-

ранственное распределение концентрации электронов в одной из таких областей, имеющее наибольшее значение у поверхности электрода.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ диссертации перечислены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана методика, наиболее полно реализующая голо-графические методы и средства, с помощью которой проведены систематические исследования активной среды мощных элэктроразряд-ных СС^-лазеров импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действия.

2. Изучена однородность энерговклада и оптическая однородность 'АС импульсных электроионизационных ^-лазеров и СС^-лазе-ров на самостоятельном разряде с УФ-предыонизацией различных конструкций.

Обнаружены и исследованы структуры возмущений плотности газа в объеме АС, обусловленные пространственной неоднородностью потока ионизирующих частиц (быстрых электронов и квантов УФ-из-лучения). Масштаб пространственной неоднородности потока ионизирующих частиц задается геометрией "прозрачного" электрода, через который этот поток вводится в разрядный объем и частично экранируется его элементами.

Получена зависимость амплитуды мелкомасштабных возмущений показателя преломления в объеме АС СС^-лазера на самостоятельном разряде с УФ-подсветкой от начального давления в газоразрядной

камере, имеющая максимум (3,5%) при давлении~0,3 атм. Установлено, что добавка легкоиовизуемой присадки в газовую смесь С02: Не, стимулирует более быстрый рост амплитуды мелкомасштабных возмущений по сравнению с "чистой" смесью.

3. В условиях короткого импульса накачки самостоятельным разрядом с У$-подсветкой исследована пространственно-временная эволюция волн плотности и разрежения, возникающих в АС на границах области, занятой -лазерным излучением, в результате эффекта теплового самовоздействия. Установлено, что волны самовоздействия начинают формироваться раньше, чем через 2,4 мкс относительно начала разряда и достигают своего максимального значения (4-5%) через ~6 икс.

Предложен и реализован способ измерения температуры газа в зоне генерации, основанный на измерении скорости волны разрежения самовоздействия, путем последовательной регистрации ее местоположения методами голографической интерферометрии и зависимости скорости волны разрежения от температуры среда, по которой она движется.

4. Исследованы газодинамические процессы, происходящие в АС электроразрядных СО^-лазеров.

В импульсных С02-лазерах изучен процесс формирования и развития катодных УВ различного типа. Убыль нейтралей в прикагодной области в результате формирования УВ составила 30$. Установлено, что ширина фронта катодных УВ на несколько порядков превышает ширину фронта, определяемую, вязкостью и теплопроводностью.

В условиях иыцульсно-периодического вклада энергии определены параметры а структура стационарного теплового поля, образующегося вблизи поверхности катода. Изучена динамика тепловой пробки.

Экспериментально установлено время, необходимое для полной смены надетого разрядом газа, и проведено сравнение с численным расчетом в адиабатическом приближении.

Получены распределения плотности, температуры и скорости ядра потока газа в непрерывном поперечном самостоятельном разряде. Показано, что важным фактором, влияющим на рост температуры ядра потока, оказывается процесс турбулентной теплопроводности при передаче тепла от сильно разогретой катодной платы ядру потока. Градиент показателя преломления в направлении, перпендикулярном плоскостям электродов, в среднем в 5-6 раз превшие? значение градиента в направлении вдоль по потоку. Установлено, что допустимый нагрев газа, превышение которого приводит к снижению коэффициента усиления, составляет 400°К.

5. Изучены процессы формирования и развития токовых шнуров в несамостоятельном разряде, поддерживаемом электронным пучком. Установлено, что токовые шнуры зарождаются и начинают распространяться с поверхности катода из локальных областей диаметром ~1 мм с высокой концентрацией электронов ~2 '10^ Выясне-

на динамика движения токовых шнуров. Определены структура и параметры токовых шнуров на всех стадиях развития.

Проведены исследования послеразрядных пробоев. Установлено, что пробои происходят в тех местах, где в момент разряда развивались токовые шнуры. Показано, что послеразрядные пробои могут происходить из-за увеличения проводимости среды в результате расширения газа, нагретого в объеме токового шнура. Измерена концентрация нейтрального газа на оси неоднородности, сформированной токовым шнуром после его остановки при отключении электрического поля.

Вблизи поверхности анода напротив токовых шнуров обнаружены локальныа»области диаметром—I мм с высокой концентрацией электронов10*® см-^. Построено пространственное распределение концентрации электронов в одной из таких областей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исследование устойчивости несамостоятельного разряда/В. A.Eîyp-цев, А.А.Кондаков, Р.Ф.Курунов, Н.Ю.Лебедев, В.Г.Смирнов, В.Ф.Шанский. - Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы (Киев, 1979). Тезисы докладов. Киев, 1979. T.I. С.121-122.

2. Optical homogenety and molecular gas beating in a aemi-self-

-sustained discharge/ V.A.Burtsev, L.A.Zelenov, A.A.Kondakov,

R.F.Kurunov, V.G.Smirnov, V.P.Shansky/In:Phenomena in Ionized gases. Proceed. XIV Intern. Conference (Grenoble, 1979). - Grenoble, 1979, p. c7-387.

3. Экспериментальное исследование неустойчивости несамостоятельного разряда/В.А.Дурцев, А.А.Кондаков, Р.Ф.Курунов, Н.Ю. Лебедев, В.Г.Смирнов, В.Ф.Шанский. - Ленинград. 1980. - II с. (Препринг/НИИЭФА: K-048I).

4. Use of holographic method to stady laser activ medium/ L.A.Zelenov, R.F.Kurunov, V.S.Ratkevich, V.G.Smirnov. -In: Phenomena in Ionized gases. Proceed. XV In iter. Conference (Minsk, 1981) . - Minsk, 1981, V.2, p.1743.

5. Experimental study of instability of the aemi-self-sustkined dienarge/V.A.Burtsev, R.P.Kurunov, A.A.Kondakov, V.G.Smirnov, V.P.Shansky. In: Phenomena in Ionized gaaes. Proceed. IV In tern. Conference (Minsk, 1981). - Minsk, 1981, V.2, p.1711.

6. Некоторые результаты исследования разряда' в лазерной смеси методом голографической интерферометрии/И.А.Алексеев, Г.А. Баранов, А.К.Зинченко, Б.Г.Карасев, Р.Ф.Курунов, В.К.Раткевич, В.Г.Смирнов. - Всесоюзная конференция "Оптика лазеров" (Ленинград, 1982): Сб.тезисов. - Л., 1982. С.96-97.

7. Исследование развития самостоятельного разряда в молекулярных газах методами голографической интерферометрии/Л.А.Зеле-нов, И.Л.Камардин, Р.Ф.Курунов, А.А.Кучинский, В.К.Раткевич, В.А.Родичкин, В.Г.Смирнов. В.Ф.Шанский. - Л., 1982. - 6 с. (Препринт/ЕШИЭФА: К-0596).

8. Распределение температуры и скорости потока газа в поперечном самостоятельном разряде/И.А.Алексеев, Г.А.Баранов, А.К.Зинченко, Б.Г.Карасев, Р.Ф.Курунов, В.К.Раткевич, В.Г.Смирнов. - Письма в НТФ, 1983. Т.9. В.13. С.807-Ш.

9. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в объемном несамостоятельном разряде методом голографической интерферометрии/Л.А.Зеленов, Р.Ф.фрунов, В.К.Раткевич, В.Г. Смирнов, Б.П.Яценко. - Л., 1983. - 10 с. (Препринт/НИИЭФА: П-К-0602).

10. Study of the self-sustained pulae discharge in molecular gases by holographic interferometry method/V.A.Burts.ev, L.A.Zelenov, I.L.Kamardin, A.A.Kuchinsky, V.A.Kodichkin, V.G.Cmirnov, V.F.Shansky./In: Phenomena in Ionised Gases. Propeed.

XVI Intern.Conf. (Dusseldorf, 19S3) V.2, p.144-145.

11. Р.Ф.Курунов, В.Г.Смирнов, Б.П.Яценко. Влияние пространственной структуры электронного пучка на однородность активной среды электроионизационного СОр-лазера/Письма в ЙТФ, 1985. Т.Н. Вып.18. C.II30-II34.

12. Р.Ф.Курунов, В.Г.Смирнов, Б.П.Яценко. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в импульсно-лериоди-ческом объемном несамостоятельном разряде./-Письма в ЖТФ, 1986. Т.56. Вып.З. С.491-496.

13. В.А.Бурцев, Л.А.Зеленов, И.Л.Камардин, Р.Ф.Курунов, А.А.Ку-чинский, В.К.Раткевич, В.А.Родичкин, В.Г.Смирнов. Исследование оптической однородности активной среды COg-лазера в присутствии генерации излучения./ Письма в ЕТФ, 1987. Т.13. Вып.23. C.I526-I430.

14. В.А.Бурцев, Л.А.Зеленов, И.Л.Камардин, Р.Ф.Курунов, А.А.Ку-чинский, В.К.Раткевич, В.А.Родичкин,'В.Г.Смирнов, В.Ф.Шанский. Развитие неоднородностей в среде импульсного несамостоятельного разряда./Квантовая электроника, 1988. Т.15. Вып.1. С.167-172.

Зак. lí 4/941. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. 1Д. Тптад 140 экз. Бесплатно.

Отпечатано в ШШОА