Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях

Рыбка, Дмитрий Владимирович

Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Рыбка, Дмитрий Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях»

Автореферат диссертации на тему "Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях"

На правах рукописи

Рыбка Дмитрий Владимирович

ИНТЕНСИВНОЕ СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ВУФ И УФ ДИАПАЗОНОВ В НАНОСЕКУНДНЫХ И МИКРОСЕКУНДНЫХ СИЛЬНОТОЧНЫХ РАЗРЯДАХ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2010

004601756

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, Ломаев Михаил Иванович

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор, Тарасенко Виктор Федотович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, Копылова Татьяна Николаевна

кандидат физико-математических паук, Шемякин Илья Александрович

Ведущая организация:

Томский государственный политехнический университет Кафедра лазерной и световой техники

Защита состоится «13» мая 2010 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного

совета Д 212.267.04 при Томском государственном университете по адресу: 634050,

Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан «12» апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.267.04

Пойзнер Б.Н.

Актуальность работы. Импульсные газоразрядные источники спонтанного излучения находят широкое применение в современных технологических процессах. Их неоспоримым преимуществом является возможность варьирования режимов возбуждения рабочей среды в широких пределах. Параметры оптического импульса напрямую зависят от способов создания плазмы газового разряда: тепловое излучение формируется в плазме искровых или дуговых разрядов [Г], люминесценция - в неравновесной плазме тлеющего или объемного разряда [2*].

Тепловое излучение используется в импульсных лампах: трубчатых, шаровых и т.д., с различным газовым и парогазовым наполнением. Наибольшее распространение получили импульсные лампы с наполнением инертными, газами (ксенон, криптон и аргон), применяемыми для нужд внутриполостной медицинской фотографии, в качестве портативных электронных фотовспышек и оптической накачки лазеров (твердотельных, фотодиссоциативных, химических, на красителях и эксимерных) [Г, 3*].

Механизмом формирования теплового излучения является джоулев нагрев, при котором энергия электрического поля вкладывается в электронную компоненту плазмы, а затем в результате столкновений передается тяжелым частицам. Образующаяся плазма излучает в видимой и ультрафиолетовой (УФ) области спектра как черное тело с соответствующей ей температурой. Так, яркостная температура излучения источников на основе разряда с ограничением расширения токового канала кварцевой колбой в номинальных режимах составляет Т„рк -5-10 килокельви-нов (кК), и они являются эффективными источниками излучения видимого диапазона спектра. Источники на основе свободно расширяющегося разряда характеризуются наличием большей доли УФ излучения. Их яркостные температуры достигают значений десятки кК, а доля энергии в УФ области может достигать 50 % от энергии излучения в диапазоне 200-1000 им [4 ].

Формирование излучения в нужном диапазоне спектра с необходимыми характеристиками в искровом/дуговом разряде в инертных газах определяется практическими приложениями. Например, исходя их задач светотехники, интенсивно проводились исследования и оптимизация параметров излучения в видимой области спектра. Успехи в этой области позволили в 60-х годах создать первые квантовые генераторы с оптической (ламповой) накачкой [5*, б*]. Для возбуждения лазеров на красителях потребовалось создание источников накачки, излучающих в длинноволновом УФ диапазоне [3*, 7*, 8*]. При этом внимание исследователей уделялось таким характеристикам излучения, как мощность, энергия и длительность светового импульса в определенном спектральном интервале.

С развитием оптоэлектроники актуальными стали исследования в области взаимодействия излучения с веществом. При этом отклик облучаемого объекта главным образом зависит от удельных характеристик светового импульса. В частности, для изучения импульсной фотопроводимости кристаллов алмаза потребовалось создание источника излучения в диапазоне длин волн короче 300 нм микросекундной длительности с большой плотностью мощности излучения [9* - 11 ]. В подобных приложениях требуется решение задачи вывода мощных потоков коротковолнового УФ излучения через кварцевую оболочку лампы, поглощаемого вследствие эффекта «обратимой непрозрачности» кварца [12*], заключающегося в сдвиге синей границы пропускания кварца вплоть до ~350 нм под действием тепловой и радиационной нагрузки.

Большой интерес проявляется не только к источникам мощного УФ излучения, но и к источникам спонтанного излучения в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Например, формирование ВУФ излучения в плазме барьерного разряда, основанного на люминесценции эксимеров, стало основой научных исследований в области создания новых материалов для микроэлектроники [13*]. Наиболее мощными и яркими некогерентными источниками в ВУФ диапазоне спектра на сегодняшний день являются эксимерные лампы на димерах инертных газов с возбуждением электронным пучком. Однако они имеют существенные недостатки: быстрое разрушение фольги, разделяющей вакуумную и газовую камеры, значительные потери при выводе излучения, а также наличие интенсивного рентгеновского излучения. Эти устройства могли бы найти более широкое практическое применение при получении эксимерной люминесценции в сильноточном тлеющем разряде в тяжелых инертных газах высокого давления. Для этого необходимо формирование объемного разряда [14* - 16*], при создании которого одним из основных условий является предварительная ионизация газоразрядного промежутка, обеспечивающая многоэлектронное инициирование [2 ]. Схемы предыонизации УФ и ВУФ излучением от искрового или поверхностного разряда, обычно применяемые в газовых лазерах, не позволяют решить проблему формирования объемного разряда в тяжелых инертных газах высокого давления.

с субнаносекундным фронтом [18*, 19*], реализация этого способа формирования объемного разряда существенно упростилась. Однако до начала наших исследований не было работ, в которых этот способ был использован для создания источника излучения на димерах инертных газов.

Источники мощного спонтанного ВУФ излучения, основанные на формировании объемного разряда при возбуждении высоковольтными импульсами с высокой напряженностью электрического поля на катоде, могут представлять интерес, в частности, для фотолитической накачки лазеров, ориентированных на получение мощных фемтосекундных импульсов [20 ,21*].

В настоящее время оптические источники на основе теплового излучения и люминесценции востребованы во многих современных технологических процессах. Но в силу растущих потребностей в различных областях науки и техники возникают задачи и практические применения, требующие новых свойств и модификации известных, широко используемых источников излучения, или создания новых, что определяет актуальность данной работы.

Целыо настоящей работы, начатой в 2001 г., является формирование коротковолнового УФ излучения с высокой плотностью мощности на кварцевой оболочке лампы до начала теплового запирания кварца с минимальными потерями и получение мощного спонтанного излучения ВУФ диапазона спектра в тяжелых инертных газах высокого давления при газоразрядном возбуждении.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выявление процессов, определяющих спектральный состав спонтанного излучения в коротковолновой УФ области в микросекундных искровых разрядах в ксеноне высокого давления и достижение предельных излучательных характеристик.

2. Поиск и реализация условий снижения тепловой и радиационной нагрузки на границе кварц - плазма при форсированных режимах энерговвода в искровых разрядах в тяжелых инертных газах.

3. Определение условий формирования диффузного самостоятельного разряда в тяжелых инертных газах атмосферного давления при возбуждении наносекундными высоковольтными импульсами.

4. Исследование спектральных, временных и энергетических характеристик излучения плазмы диффузных разрядов в тяжелых инертных газах до давлений ~12 атм при возбуждении высоковольтными наносекундными импульсами с высокой напряженностью электрического поля на катоде.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, в ходе которого проводилось измерение энергетических, вре-

менных и спектральных характеристик оптического излучения, а также параметров импульса возбуждения. На основе этих измерений по стандартным и оригинальным методикам, созданным в процессе работы, определялись мощность и КПД излучения в УФ и ВУФ областях спектра. Кроме того, результаты экспериментальных исследований сравнивались с результатами теоретического моделирования. Научные положения, выносимые на защиту:

1. В источнике оптического излучения УФ - диапазона, возбуждаемого сильноточным искровым разрядом с ограничением расширения токового канала стенками кварцевой колбы, при возбуждении импульсом тока с длительностью фронта менее 1 мкс и экспоненциальным спадом, обеспечивается вывод излучения с плотностью мощности порядка ~ 400 кВт/см2 до начала интенсивного поглощения УФ излучения в парах кварцевой оболочки. В этих условиях возбуждения основной вклад в излучение вносят фоторекомбинационные переходы из квазиконтинуальных состояний ксенона.

2. При возбуждении тяжелых инертных газов атмосферного давления высоковольтными наносекундными импульсами с субнаносекундным фронтом (межэлектродный зазор до 16 мм, напряжение ~ 200 кВ, длительность фронта импульса напряжения ~ 0.5 не, длительность импульса ~ 5 не) с высокой напряженностью электрического поля на катоде формируется диффузный разряд, являющийся источником мощного излучения в ВУФ области спектра. Диффузный характер разряда обеспечивается предыонизацией газа пучком электронов длительностью не более 100 пс, который генерируется непосредственно в промежутке на начальной стадии формирования разряда.

3. В эмиссионном спектре тяжелых инертных газов атмосферного давления, возбуждаемых высоковольтными наносекундными разрядами с высокой напряженностью электрического поля на катоде, в диапазоне 120-850 нм более 90 процентов энергии излучается в ВУФ области на переходах вторых континуумов димеров инертных газов с шириной полосы излучения на полувысоте не более ~ 20 нм. При этом реализуются удельные мощности излучения в полный телесный угол ~ 100, ~ 350 и ~ 500 кВт/см3 в аргоне, криптоне и ксеноне, соответственно, при удельных энерговкладах ~ 1 Дж/см3.

4. Увеличение давления ксенона (до 12 атм) при возбуждении высоковольтным наносекундным разрядом с высокой напряженностью электрического поля на катоде приводит к росту мощности ВУФ излучения димеров ксенона (А ~ 172 нм) в полный телесный угол (до ~ 1 МВт/см3) и сокращает длительность импульса излучения на полувысоте до 8 не.

Достоверность результатов, отраженных в научных положениях и выводах обеспечивается:

получением равноценных данных в пределах доверительного интервала (18 %) при использовании различных методик для измерения энергии широкополосного излучения [9];

воспроизводимостью результатов измерений амплитудных величин тока и напряжения, а также временной формы импульсов: погрешность калибровки делителей напряжения и токовых шунтов не превышала ~ 10 %, время нарастания переходной характеристики делителей напряжения не хуже 150 пс, токовых шунтов ~ 200 пс, коллекторных узлов для измерения тока субнаносекундных пучков электронов ~ 50 пс;

согласием экспериментальных данных с результатами работ других авторов [Г, 3*, 17*, 32*];

согласием полученных экспериментальных данных с результатами численного моделирования исследуемых явлений:

1. спектрального состава и мощности излучения искровых источников;

2. совпадением мощности излучения на димерах криптона в плазме диффузных разрядов атмосферного давления.

Новизна полученных результатов:

1. Определены условия исключения эффекта обратимой непрозрачности кварца при высоких тепловых и радиационных нагрузках на кварцевую оболочку ксе-ноновой искровой лампы (2005 - 2006 гг.).

2. Определены процессы, вносящие основной вклад в формирование широкополосного излучения (континуум) микросекундного искрового разряда в ксеноне (2007 г.).

3. Получена интенсивная люминесценция на переходах вторых континуумов ди-меров тяжелых инертных газов атмосферного давления в режиме диффузного разряда (2006-2007 гг.).

4. Установлена зависимость мощности и длительности импульса излучения в ВУФ области спектра от давления при возбуждении ксенона высоковольтным наносекундным разрядом с высокой напряженностью электрического поля на катоде (2007 г.).

5. Предложено использовать наносекундный диффузный разряд, формируемый в условиях больших перенапряжений в электрических полях с высокой напряженностью на катоде в качестве активной среды для генерации лазерного излучения

на днмерах тяжелых инертных газов, что подтверждено эвристической моделью (2007 г.).

7. Предложен способ увеличения плотности тока и амплитуды тока субнаносе-кундного электронного пучка, генерируемого в газовом диоде (Патент Я и № 2321917, приоритет: 15.06.2006).

8. Предложен способ увеличения мощности излучения микросекундного искрового разряда в ксеноне (Патент РФ № 46402, приоритет 22.02.2005; патент Ш N0. 7227100 В2, опубл.: 15.02.2007).

Научная ценность:

1. Предложенный для возбуждения искрового разряда импульс с фронтом тока менее микросекунды, используемый для формирования УФ излучения с высокой плотностью мощности на поверхности кварцевой оболочки, снижает эффект обратимой непрозрачности кварца.

2. Созданный источник оптического излучения на основе микросекундного искрового разряда в ксеноне обладает плотностью мощности в УФ области спектра порядка ~ 400 кВт/см2, что позволяет решать научно-исследовательские задачи в области оптоэлектроники (например, для изучения фотопроводимости алмазоподобных материалов).

3. Показано, что совокупность таких условий, как укорочение импульса возбуждения до единиц наносекунд, использование электрических полей с высокой напряженностью на катоде, рекомбинационных сред и высоких давлений, обеспечивает формирование мощного (~ 1 МВт/см3) спонтанного ВУФ излучения в самостоятельных разрядах в тяжелых инертных газах.

Практическая значимость:

1. Указан способ увеличения мощности (на 30%) и сокращения длительности излучения импульсной искровой лампы, работающей в режиме свободно расширяющегося разряда (патент РФ № 46402, приоритет 22.02.2005; патент Ш N0. 7227100 В2, опубл.: 15.02.2007.).

2. Созданный мощный источник спонтанного излучения на основе сильноточного импульсного искрового разряда в ксеноне обеспечивает плотность мощности УФ излучения на внешней поверхности колбы лампы ~ 400 кВт/см2.

3. Созданный источник излучения на основе высоковольтного наносекундного разряда в ксеноне высокого давления (12 атм) обеспечивает импульсную мощность мегаваттного уровня в ВУФ области спектра.

4. Разработанная методика определения спектральных и энергетических параметров импульсов излучения в абсолютных величинах в случае полихроматического источника излучения адаптирована для использования с современными многоканальными спектрометрами и широкополосными фотоприёмниками.

Внедрение результатов и предложения по их использованию:

1. Импульсная искровая ксеноновая лампа была использована в институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН в лабораторных исследованиях процессов формирования наночастиц железа и углерода при комнатной температуре в результате фотолиза пентакарбонила железа Fc(CO)s и недокиси углерода С302 (акт внедрения прилагается).

2. Использование напосекундных разрядов при больших перенапряжениях перспективно для создания мощных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра.

3. Предложено использовать наносекундные разряды, формируемые при больших перенапряжениях с высокой напряженностью электрического поля на катоде для получения генерации в электроразрядных лазерах ВУФ диапазона на димерах инертных газов, для которых порог генерации может быть достигнут в послесвечении.

4. Предложено использовать разработанный источник УФ излучения, основанный на микросекундном искровом разряде в ксеноне, для изучения процессов фотопроводимости в высоковольтных коммутаторах на основе алмазоподобных материалов.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских конференциях:

• Atomic and Molecular Pulsed Lasers Vl-IX, Tomsk, Russia, 2003, 2005, 2007, 2009;

• 13th - 15th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk, Russia, 2004, 2006,2008;

• The 7lh Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser TechnologieSj Tomsk, Russia, 2004;

• The XVI International Conference on Gas Discharges and their Applications, Xi'an, China, 2006;

• 13th International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials: 2nd International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materi-

als, High Current Electronics, and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2006;

• 14th Symposium on High Current Electronics: 2nd International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials, High Current Electronics and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2006;

• 10 International Conference on Gas Discharge Plasma and Their Technological Applications, Tomsk, Russia, 2007;

• The 35* IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS), Karlsruhe, Germany, 2008;

• 24,h Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases (SPIG), 2008;

• X Харитоновские чтения - международная конференция «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергии», РФЯЦ-ВНИИЭФ, Сэров, 2008;

• Симпозиум «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ - 2008), Лоо, Россия, 2008;

• International Conference on High - Power Laser Ablation VII, Taos, NM, USA, 2008.

Личный вклад:

Основные результаты диссертации получены лично автором, или совместно с соавторами при его непосредственном участии: постановка и проведение экспериментальных исследований, разработка и создание экспериментальных установок, интерпретация и анализ полученных результатов.

В проведении экспериментов и обсуждении результатов принимал участие Е.Х. Бакшт. Расчеты планковской, тормозной и "фоторекомбинационной составляющих спектра импульсной ксеноновой искровой лампы (Гл. 3, п. 3.3) проводились в Отделе кинетики Института общей физики им. A.M.. Прохорова РАН С.И. Яковленко, A.M. Бойченко и А.Н. Ткачевым. Оценки коэффициента усиления в криптоне при возбуждении наносекундным разрядом при больших перенапряжениях (Гл. 4, п. 4.2.2) проводились в ГУП ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» Г.Н. Зверевой. В разработке методики по измерению тока пучка убегающих электронов принимали участие А.И. Климов, Е.В. Балзовский и И.К. Куркан (Гл. 2, п. 2.3.1 и Гл. 4, п. 4.1.1). Идея конструкции шунта на линиях принадлежит И.В. Пегелю (Гл. 2 п. 2.3.1). Исследования по определению концентрации и температуры электронов плазмы диффузных разрядов (Гл. 4, п. 4.1.2) проводились при участии Д.А. Сорокина.

Экспериментальные исследования оптических характеристик излучения проводились в Институте сильноточной электроники СО РАН.

Структура н объем работы:

Диссертация изложена на 176 листах машинописного текста, содержит 65 рисунков, состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения (содержащего справку о внедрении), списка литературы и работ соискателя из 130 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, приведены защищаемые положения, их новизна, научная ценность и практическая значимость.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. В этой главе приведены типичные параметры импульсных искровых ксеноновых ламп, указаны области их применения и способ инженерного расчета их излучательпых характеристик. Также в первой главе дан обзор известной автору литературы по наносекундным разрядам, формируемым в условиях больших перенапряжений с высокой напряженностью электрического поля на катоде.

В п. 1.1 кратко описаны дуговой и тлеющий разряды, рассмотрены явления пробоя газоразрядных промежутков: формирование объемного и искрового разряда. В п. 1.2 дано описание типичных характеристик импульсных искровых ксеноновых ламп, приведена их классификация, типичные спектральные и нагрузочные характеристики. В п. 1.3 представлена типичная методика расчета переноса радиационного потока импульсной ксеноновой лампы, основанная на модели локального термодинамического равновесия. Данный подход основывается на предположении, что в разрядном канале достигается локальное термодинамическое равновесие (ЛТР). Состояние ЛТР освобождает От необходимости прибегать к кинетической теории газов, описывающей элементарные процессы в плазме, для получения макроскопических характеристик. В п. 1.4 описываются импульсные искровые источники излучения, работающие, как правило, в форсированных режимах. Область их использования: накачка твердотельных лазеров, лазеров на красителях, формирование оптического пробоя. Даны описания оригинальных конструкций ламп, рассмотрен вопрос о максимальных эффектавностях ламповой накачки, представлено обобщенное условие существования ЛТР в искровых разрядах в инертных газах. Пункт 1.5 посвящен вопросу создания источников спонтанного излучения на основе высоковольтных нано-секундных разрядов, сформированных при больших перенапряжениях.

Во второй главе описаны экспериментальные установки и объекты исследования (п. 2.1 и 2.2). Особое внимание уделено описанию аппаратуры и методик, применяемых для измерений и расчетов спектральных и амплитудно-временных характеристик излуче-

ния, а также параметров разряда и пучков убегающих электронов субнаносекундной длительности (п. 2.3). Пункт 2.4 посвящен вопросу обработки результатов измерений.

Третья глава посвящена исследованиям предельных излучательных характеристик ксеноновых искровых микросекундных источников излучения в УФ области спектра. Рассмотрены режимы свободного расширения разряда и разряда, ограниченного стенкой кварцевой колбы.

При проведении предварительных экспериментов по оптимизации межэлектродного зазора и давления ксенона в лампе использовался LC - генератор. Следует

С U2

заметить, что уже при незначительных энергозапасах 1¥й =—^— 4 Дж режим протекания тока в контуре носит колебательный характер. Емкость конденсатора С0 составляла 233 нФ, напряжение зарядки U0 - до 25 кВ, период колебаний тока разряда г и In^Lfil ~ Iцс. В качестве нагрузки применялась разборная цилиндрическая лампа с диаметром колбы 0 10 мм. Исследования показали, что с уменьшением межэлектродного зазора от 4 до 2 мм увеличивается доля УФ излучения в спектре, но резко падает пиковая энергетическая сила света. С увеличением зазора более 4 мм уменьшается коротковолновая УФ составляющая спектра. Во всех последующих экспериментах использовался оптимальный межэлектродный зазор4 мм.

При варьировании давления ксенона в диапазоне от 50 до 1000 Topp (межэлектродное расстояние 4 мм, диаметр колбы 0 23 мм) было показано, что пиковая мощность излучения разряда в УФ области спектра достигает максимума при давлениях ~ 100 - 300 Topp, в зависимости от энергозапаса. С дальнейшим увеличением давления рост пиковой мощности излучения практически прекращается, в то время как энергия импульса излучения увеличивается за счет увеличения длительности импульса. В спектре излучения увеличивается доля континуума, а интенсивность линий практически не изменяется. Доля энергии излучения в УФ области спектра при этом остается на уровне 60-70%. Вместе с тем при давлениях порядка атмосферного и больших энерговкладах в процессе работы разрушалась кварцевая колба лампы. Поэтому было выбрано рабочее давление Р = 550 Topp, позволяющее работать при достаточно больших энергиях излучения и получать большие значения пиковой мощности излучения.

В ходе экспериментов регистрировались импульсы тока разряда, напряжения на электродах, мощность излучения (рис. 1), спектр-излучения разряда и динамика свечения разряда в видимой области спектра (рис. 2). Фотографии свечения дали возможность оценить радиус и скорость расширения токового канала, среднюю по сечению плотность тока разряда (рис. 3), а также энергетическую яркость разряда в раз-

личные моменты времени. Оценка перечисленных величин справедлива, начиная с момента времени С ~ 200 не, когда в разряде присутствует один токовый канал.

Для условий проведенных экспериментов установлена эмпирическая зависимость величины характерного радиуса токового канала от энергии разряда:

где гс - в сантиметрах, С - в микрофарадах, {У- в киловольтах.

На рисунке 4 приведены излуча-Рис. 1. Осциллограмма тока разряда /, расчетная

тельные характеристики свободно рас-

кривая падения напряжения на активном сопротивлении разрядного промежутка {/, временная Ширяющегося искрового разряда В зависимость излучаемой мощности Р0„„ энерге- уф области спектра. Показано, что при тической яркости разряда Ве и подводимой к раз-

ряду мощности Р„р (Со = 233 нФ, С/о =12 кВ).

(0-100)п.ч (100 -200)11.4 (200-300)11.4

(600- 700)114 (1.2 -1.3) ^ (2.7-2.8) Ц4

варьировании энергозапаса в широких пределах пиковая энергетическая сила света пропорциональна корню квадратному из энергозапаса. Используя зависимость радиуса токового канала от энергозапаса, нами проведены оценки плотности мощности излучения на поверхности плазмы разряда, а также на внутренней поверхности колбы лампы минимального диаметра, при использовании известной связи характерного диаметра токового канала с внутренним диаметром колбы:

[22*].

Из приведенных зависимостей следует, что в искровых разрядах в инерт-

Рис. 2. Фотографии разряда в различные момен- г

^ к ных газах со свободно расширяющимся

ты времени. (У0= 12 кВ, Со = 233 нФ.

каналом есть возможность увеличения мощности излучения при увеличении энергозапаса генератора, при этом плотность мощности излучения на внешней поверхности колбы ламп в экспериментах не пре-

вышает уровня 100 кВт/см . Это в первую очередь связано с зависимостью скорости расширения канала от скорости ввода энергии в разряд.

Существенно повысить плотность мощности излучения непосредственно на поверхности колбы можно при использовании разряда, ограниченного кварцевой

стенкой. Это достигается за счет ограни-Рис. 3. Плотность тока разряда (/), радиус раз-

чения теплового расширения нагревае-

рядного канала (2) и скорость расширения разрядного канала (3). Точки соответствуют экспе- мой плазмы, увеличения плотности тока риментальным значениям радиуса разрядного разряда и, в конечном счете, увеличения

удельной электрической мощности возбуждения. Но в данных устройствах существуют ограничения на предельные значения энерговклада, определяемые прочностными параметрами колбы лампы, и более интересным с точки зрения оптики эффектом «обратимой непрозрачности» кварца, заключающегося в сдвиге синей границы пропускания кварца со 160 до ~ 220 -5- 350 нм. Аномальное увеличение УФ поглощения наблюдается на контактной границе кварц - плазма и обусловлено нагревом тонкого поверхно-

канала.

а CQ

о,о4

\ д - а

\ о - I \ ° " б в /

\ ч2 0

J00 600 900 1200

И^.Дж

Рис. 4. Зависимость пиковой энергетической силы света свободно расширяющегося разряда (кривая 1) от запасенной в генераторе энергии и оценка плотности мощности излучения на поверхности плазмы (кривая 2) разряда и на внут- стного слоя кварца до температуры ин-ренней поверхности колбы (кривая 3) свободно тенсивного кипения (Т~ 3 -4 кК) [12 ].

расширяющегося разряда в момент максималь- Радикальное решение проблемы вы-ной мощности излучения. Диапазон длин волн

inn лпп П л < \ lie. л, IЙЛ в°да мощных потоков излучения через 200 -г 400 нм. Со=266 нф (а), 376 нФ (о) и

1.37 цф (в). кварцевую оболочку отсутствует. На ос-

новании анализа работ различных авторов [23* - 26*] мы решили использовать для возбуждения импульс с крутым фронтом тока и экспоненциальным спадом, как показано на рис. 5. Технически такой импульс формируется генератором с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока при работе на низкоомную нагрузку [27 ].

С его помощью нами достигнута плотность мощности излучения в УФ области спектра на внешней поверхности колбы ~ 400 кВт/см2. Спектральное распределение импульса излучения для этого случая (1Уй -30-40 Дж) свидетельствует об отсутствии коротковолнового поглощения в кварцевой колбе.

Для выявления природы излучения в условиях проведенных экспериментов совместно с отделом кинетики ИОФАН проведены оценки зарядового состава плазмы и средней температуры электронов (2-3 эВ). Оценки показали, что в спектре излучения должны присутствовать линии возбужденных атомов и одно- и двукратных ионов ксенона, что и наблюдается в экспериментах (рис.6).

Лцс >У0,Дж

Рис. 5. Осциллограмма тока через лампу при работе генератора с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока (слева) и оценка максимальной плотности мощности излучения разряда в УФ области спектра на внутренней поверхности колбы (справа). Внутренний диаметр колбы лампы 3 мм, Со=165 нФ.

Кроме того, были рассчитаны мощность тормозного излучения и излучения фо-торекомбинационных переходов из квазиконтинуальных состояний ксенона (рис. 7). Анализ спектров и результатов расчетов позволяет нам сделать вывод, что основной вклад в лучистый поток вносят фоторекомбинационные переходы.

В четвертой главе приведены результаты исследований по зажиганию наносе-кундных диффузных разрядов в различных газах (п. 4.1) в условиях больших перенапряжений с высокой напряженностью электрического поля у катода. Особое внимание уделено исследованию излучательных характеристик данных разрядов в тяжелых инертных газах при высоких давлениях, особенно в ВУФ области спектра (п. 4.2).

Мы проводили исследования формы разряда при возбуждении высоковольтными наносекундными импульсами в различных газах (гелий, водород, неон, азот, воздух, метан, элегаз, аргон, криптон, ксенон) при различных давлениях (форвакуум 10~4 - 15 атм). Например, диффузная форма разряда сохраняется в гелии до давлений

15 атм, в азоте - до 5 атм, в элегазе - до 2 атм, в ксеноне - до 4 атм. Во всех газах при давлении 0.3 - 1 атм были получены электронные пучки с длительностью на полувысоте ~ 100 пс (рис. 8). Отметим, что длительность электронного пучка ~ 100 пс за фольгой газового диода для гелия, неона, азота, метана, элегаза, аргона, криптона и ксенона зарегистрирована впервые.

Л, нм

Рис. 6. Спектр излучения лампы при давлении ксенона 550 Topp, межэлектродный зазор 4 мм, W0 - 16 Дж.

Для гелия при различных давлениях была определена концентрация электронов в плазме разряда Ne методом измерения штарковского уширения профиля спектральной линии атома водорода Нр (Я = 486.1 нм). При давлении гелия ~ 1 атм Ne составила 3.3 х 1015, 2.7 х 1015 и 2.4 х 1015 см"3 в плоскостях, находящихся от катода на расстояниях 3, 6 и 9 мм, соответственно (межэлектродный зазор 12 мм). По мере роста давления гелия от 1 до 6 атм концентрация электронов монотонно нарастала до значения 5.7 х 10« см"3 в середине разрядного промежутка.

В азоте регистрация профиля линии водорода оказалось возможной лишь в зонах, соответствующих каналу контракции. При этом концентрация электронов в канапе при давлении ~ 1 атм была практически неизменна вдоль разрядного промежутка и составляла ~ 3 х Юп см"1.

Оценка температуры электронов Те плазмы диффузного разряда проводилась в азоте на основе сравнения пиковых интенсивностей полос N2* (В -Л"), Я = 391.4 нм и N2 (С - В), Л = 394.3 нм согласно методике, описанной в работе [28 ]. Среднее за импульс значение в азоте атмосферного давления равнялось ~ 2.3 эВ. При этом на начальной стадии развития разряда (единицы наносекунд) Те достигало значений не меньше 3.5 эВ, а затем быстро уменьшалось.

^иипиниогууи

1г/{М/Х) ш-А. Вт/нм 10' Г ;

2 = I. /I =

|«1 :«> 300 400 500 (,00 700 800 9(Х) 10(Н)

Л. пш

Рис. 7. Иллюстрация возможных переходов в ксеноне и расчеты спектров фоторекомбинацнонного и тормозного излучения водородоподобных ионов со спектроскопическим символом Х =

Энергетические характеристики разрядов таковы: в плазму разряда (~ 1 см ) вкладывается ~ 1 Дж, причем за первые 10 не (первый полупериод тока) ~ 0.5 Дж. Удельные пиковые мощности возбуждения достигают значений не менее 200 МВт/см3. Плазма такого разряда по типу неравновесности и по параметру подобия отношение плотности тока к квадрату давления (]/р2 ~ 3 кА/см2-атм2) близка к плазме положительного столба аномального тлеющего разряда. При этом разряды отличаются механизмами эмиссии электронов с катода. В нашем случае источником электронов с катода является взрывная эмиссия, на что указывают катодные пятна, регистрируемые уже через 100 пс от начала импульса напряжения. За первую наносекунду в разряд вкладывается ~ 110 мДж, что соответствует 10% от энергии, накопленной в формирующей линии. Учитывая, что потери энергии в генераторе незначительны, можно утверждать, что основной энерговклад осуществляется уже на стадии сформировавшегося разряда.

Таким образом, диффузные разряды, формируемые при больших перенапряжениях в условиях высокой напряженности электрического поля у катода, характеризуются короткой фазой возбуждения и длительным процессом рекомбинации. В молекулярных газах (на примере азота) после пробоя приведенная напряженности электрического поля Е/р быстро спадает, а температура электронов уменьшается до ~ 2 эВ за единицы наносекунд. В силу того, что в азоте возбуждение состояния С3П„ осуществляется преимущественно прямым электронным ударом из основного состояния, а с излучательным распадом конкурируют процессы столкновительного тушения, эффективность УФ излучателя на молекуле азота мала - 0.03 %.

Тем не менее, такой тип разряда можно использовать для создания эффективного излучателя, работающего в «рекомбинационных» средах [29 ], в частности - в тяжелых инертных газах, где на переходах димеров можно попытаться получить высокие мощности излучения при приемлемой эффективности. Это связано с тем, что ди-меры инертных газов наиболее эффективно возникают на стадии рекомбинации в результате следующих реакций (на примере ксенона [30*, 31*]):

• Хе2+ + е -> Хе2" -> Хе** + Хе

• Хе" + 2Хе -» Хе2* + Хе

• Хег** + е —* Хе2 + е Эксимерные молекулы Хе2 образуются в резонансном 'Еи+ и метастабиль-ном 3Еи+ состояниях, с которых и происходит излучательный переход в основное слабосвязанное состояние '£„'. Ионы молекулярного ксенона нарабатываются в следующих реакциях:

• ё + Хе —► Хе+ + 2е

• ё + Хе* —> Хе+ + 2е

• Хе+ + 2Хе Хе2+ + Хе

Пункт 4.2 посвящен излучательным характеристикам наносекундных разрядов в тяжелых инертных газах, формируемых в условиях больших перенапряжений с высокой напряженностью электрического поля на катоде. В ксеноне, криптоне и аргоне при давлении 0.3 - 1.2 атм был получен диффузный разряд. Так же было зарегистрировано мощное широкополосное излучение переходов '£и+ —> и 32ц+ —* 'Ее+ димеров этих инертных газов в ВУФ области спектра (рис. 9). Спектральная полуширина полос для ксенона, криптона и аргона при давлении .1.2 атм составляет, соответственно, —18, -13 и -8 им. Широкополосное излучение в УФ и видимой области спек-

Нв

а I о.1 ^

§ -О а/

0.01 -

IЕ-3 ■

1Е-4-

\ ■

Ле'

сн

- — Воздух

Кг

Лг

0.0 0.5 1.0 1.5

р, атм

Рис. 8. Зависимость амплитуды тока субнаносе-кумдного пучка убегающих электронов, регистрируемых за фольгой газового диода, от давления различных газов.

тра имеет па порядки меньшую интенсивность. Доля энергии излучения переходов димеров ксенона, криптона и аргона составляла не менее 90 % от всей регистрируемой в диапазоне 120 - 850 нм энергии излучения при КПД ~ 5 % от вложенной энергии. При давлении порядка атмосферного в аргоне, криптоне и ксеноне получены удельные мощности излучения в ВУФ области спектра в полный телесный угол ~ 100, ~ 350 и ~ 500 кВт/см3, соответственно.

Проведено сравнение параметров излучения при электроразрядном возбуждении и возбуждении пучком электронов, генерируемых в вакуумном диоде. Интенсивность излучения при давлении ксенона -1 атм в ВУФ области спектра при возбуждении пучком электронов сопоставима с интенсивностью излучения диффузных разрядов (в 1.5 раза меньше), и КПД излучения от энергии электронного пучка составляет - 30 - 50 %. В то же время, если исходить из величин эффективности передачи энергии, накопленной в генераторе, в излучение, то диффузные наносекундные разряды, формируемые при больших перенапряжениях, могут стать альтернативой возбуждению электронным пучком, и

п „ „ . „ ,, частности, для создания активных сред

Рис. У. Спектры излучения в Аг, Кг и Хе с учетом .

относительной спектральной чувствительности электроразрядных лазеров ВУФ диапазо-спектрометра на X = 126,146 и 172нм. на в инертных газах.

Теоретически и экспериментально исследованы излучательные и усилительные свойства плазмы объемного наносекундного разряда, формируемого при высоких давлениях в криптоне. Целью расчетов была оценка коэффициента усиления, нахождение концентраций компонентов плазмы и энерговклада в плазму при разных давлениях. При этом не учитывалось поглощение излучения молекулами из основного состояния и его потеря в процессах фотоионизации возбужденных частиц. В рамках используемой модели коэффициент усиления достигает приемлемого для генерации значения при давлениях в криптоне более 6 атм.

В работе [32*], стимулированной нашими исследованиями, теоретически показано, что при давлении ксенона ~ 2 атм и длине активной среды ~ 10 см коэффициент усиления достигает - 0.02 см"'. Также прогнозируется существенное увеличение пиковой удельной мощности спонтанного излучения в ВУФ области спектра при увеличении давления ксенона.

л, нм

Выводы работы [32*] стимулировали наши исследования излучательных характеристик наносекундного разряда в ксеноне, возбуждаемого высоковольтными иаио-секундными импульсами при больших перенапряжениях с высокой напряженностью электрического поля на катоде, при давлениях до 12 атм. Показано, что энергия излучения, соответствующая переходам димеров ксенона, с ростом давления падает (рис. 10). Мощность, напротив, возрастает, что связано с уменьшением длительности импульса излучения на полувысоте. В самостоятельном разряде этот результат получен впервые. Длительность импульса излучения при давлении 12 атм в ВУФ области сокращается до ~ 8 не (при 1 атм - 130 не), и при энергии излучения -20 мДж максимальная мощность излучения в ВУФ области спектра достигает уровня > 1 МВт в полный телесный угол при объеме возбуждаемой области ~ 1 см3.

т05, не IV, МВт

Я, нм р , атм

Рис. 10. Зависимость спектрального распределения ус, мощности излучения РУ и длительности импульса на полувысоте го.5 от давления ксенона Р_уе.

Наличие излучения в ВУФ области спектра указывает на существование фазы диффузного разряда во всем диапазоне исследованных давлений. Факт формирования диффузного разряда в ксеноне при высоких давлениях (до 12 атм в условиях проведенного эксперимента) подтверждается еще и тем, что мощность излучения на переходах димеров ксенона при повышении давления увеличивается. При контракции разряда, как известно, мощность излучения димеров сильно уменьшается. Это связано, в частности, с тушением метастабильных и резонансных уровней молекулы Хе2* электронным ударом.

В заключении перечислены основные результаты работы: 1. Реализован новый сильноточный режим возбуждения ксеноновой искровой лампы, обеспечивающий протекание тока в одном направлении. Показано, что при

переходе от колебательного режима протекания тока к режиму однополярного импульса, мощность источника излучения возрастает, а длительность импульса излучения на полувысоте уменьшается.

2. Найдены условия, в которых эффект оптического «запирания» УФ излучения в кварцевой оболочке ксеноновых искровых ламп не проявляется, а величины плотности мощности УФ излучения на поверхности колбы достигают 400 кВт/см2.

3. Разработана и проверена методика определения спектральных и энергетических параметров импульсов широкополосного излучения в абсолютных величинах при использовании современных многоканальных спектрометров и широкополосных фотоприёмников.

4. Проведены исследования оптических характеристик тепловых и люминесцентных источников на основе ксенона в условиях искрового и диффузного разрядов.

5. При атмосферном давлении в самостоятельном разряде получено излучение на димерах тяжёлых инертных газов с удельной мощностью излучения до 500 кВт/см3.

6. Показано, что при возбуждении газов высокого давления высоковольтными на-носекундными импульсами при больших перенапряжениях с высокой напряженностью электрического поля на катоде формирование разряда проходит через диффузную стадию, а ионизация газа на стадии пробоя осуществляется пучком убегающих электронов, генерируемых у катода и в разрядном промежутке. Диффузная форма разряда сохраняется в гелии до давлений 15 атм, в азоте - до 5 атм, в элегазе -до 2 атм, в ксеноне - до 4 атм, и т.д.

7. Создан лабораторный источник ВУФ излучения мегаваттного уровня на основе самостоятельного наносекундного разряда в ксеноне при давлении до 12 атм.

8. Разработаны высокочастотные датчики тока пучка электронов и тока разряда с временным разрешением коллекторного узла менее 100 пс, а токового шунта на линиях - 200 пс. С их помощью в Не, Ые, Аг, Кг, Хе, Ы2, СН4, в диапазоне давлений от 0.3 до 1.2 атм в условиях зажигания диффузного разряда показано, что длительность импульса тока пучка убегающих электронов на полувысоте не превышает 100 пс.

Список цитируемой литературы:

1* Импульсные источники света. / Под ред. И.С. Маршака. - М.: Энергия, 1978. -472 с.

2* Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн.И / Под ред. В.Е. Фортова. - М.: Наука (МАИК «Наука/Интерпериодика»), 2000. - С. 1-381.

3* Басов Ю.Г. Источники накачки микросекундных лазеров. - М.: Энергоатомиз-дат, 1990. - 240 с.

4* Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн.IV / Под ред. В.Е. Фортова. - М.: Наука (МАИК «Наука/Интерпериодика»), 2000. - С. 231-262.

5* Meiman Т.Н. Brit. Commun. Electron., 7,674 (1960); Nature, 187,493 (1960)

6* Дж. Бирнбаум Оптические квантовые генераторы. Пер. с анг. Ф.С. Соловейчика. Под ред. Ф.С. Файзуллова. (Optical masers. George Birnbaum. Academic Press, New York and London, 1964). - M., Изд-во «Советское радио», 1967. - 360 с.

7 Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Оптимизация ламповых систем накачки импульсных лазеров на растворах органических соединений // Электронная техника. Сер. Лазерная техника и оптоэлектроника. - 1990. - Т. 3. № 55. - С. 44-48.

8* Трусов К.К. Лазер на растворах красителей при накачке импульсной лампой с поперечным разрядом // Квантовая электроника. - 1981. - Т. 8. № 2. -С. 293-300.

9* Feng S., Но Р.-Т., Goldhar J. Photoconductive switching in diamond under high bias field // IEEE Transactions on electronic devices. - 1990. - 37 (12). - P. 2511-2516.

10* Schein J., Campbell K.M., Prasad R.R., Binder R., Krishnan M. Radiation hard diamond laser beam profiler with subnanosecond temporal resolution // Review of scientific instruments. - 2002. - 73 (1). - P. 18-22.

11* Липатов Е.И., Панченко A.H., Тарасепко В.Ф., Шейн Дж., Кришнан М. Фоточувствительность алмазного детектора к лазерному излучению в диапазоне 220-355 нм // Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31. № 12. - С. 1115-1117.

12 Белов С.Н., Демидов М.И., Огурцова Н.Н., Подмошепский И.В., Роговцев Е.П., Шелемииа В.М. Обратимая непрозрачность оптического кварца, возникающая при контакте с плотной плазмой // ЖПС. - 1969. - Т. 10. № 3. - С. 408 - 412.

13* Kogelschatz U., Salge J. High-pressure plasmas: dielectric-barrier and corona discharges - properties and technical applications. / In Low temperature plasmas. Fundamentals, technologies and techniques (2nd Edn.). Ed. by R.Hippler, H.Kersten, M.Shmidt, K.H.Schoenbach. - WILEY-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim -2008.-Vol. 2.-P. 439-462.

14* Басов H.Г., Данилычев В.А., Долгих В.А., Керимов О.М., Лобанов А.Н., Подсосон-ный A.C., Сучков А.Ф. Электроионизационный метод возбуждения генерации в вакуумной ультрафиолетовой области спектра на ксеноне // Квантовая электроника. - 1975.-Т. 2. № 1.-С. 28-36.

15* Елецкий A.B., Сорокин А.Р. Стимулированное излучение димеров аргона при возбуждении импульсным разрядом с плазменным катодом // ЖТФ. - 1997. -Т. 67.№ 11.-С. 49-52.

16* Сорокин А.Р. Безыскровой разряд в плотных газах с предыонизацией пучком низкоэнергичных электронов барьерного открытого разряда // Письма в ЖТФ. -2006.-Т. 32.№ 10.-С. 7-13.

17* Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов // УФН. - 1990. - Т. 160. № 7. - С. 49 - 82.

18* Загулов Ф.Я., Котов A.C., Шпак ВТ., Юрике Я.Я., Ялаидин М.И. РАДАН - малогабаритные сильноточные ускорители электронов импульсно-периодического действия // ПТЭ. - 1989. № 2. - С. 146 - 149.

19 Яландин М.И., Шпак В.Г. Мощные малогабаритные импульсно-периодические генераторы субнаносекундного диапазона// ПТЭ. -2001. № 3. - С. 5 - 31.

20 Малиновский Г.Я., Мамаев С.Б., Михеев Л.Д., Москалев Т.10., Сентис М.Л., Черемискин В.И., Яловой В.И. Численное моделирование активной среды и исследование источника накачки для разработки фотохимического XeF (С-А)-усилителя фемтосекундных оптических импульсов // Квантовая электроника. -2001. - Т. 31. № 7. - С. 617 - 622.

21* Tcheremiskine V.l., Sentis M.L., Mikheev L.D. Amplification of ultra short laser pulses in the photolytically driven XeF (C-A) active medium // Appl. Phys. Lett. - 2002. -Vol. 81. №3.-P. 403-405.

22* Dishington R.H., Hook ¡V.R., Hilberg R.P. II Applied Optics. - 1974. - Vol. 13. № 10. -P. 2300-2312.

23* Радиационная плазмодинамика. T. 1. / Под ред. Ю.С. Протасова. - М.: Энерго-атомиздат, 1991. - 574 с.

24 Розанов А.Г. Предельные электрические нагрузки импульсных газоразрядных источников оптического излучения для накачки лазеров // Обзоры по электронной технике. Сер. IV «Электровакуумные и газоразрядные приборы». ЦНИИ «Электроника». - 1979. - Т. 636. № 3. - С. 1 - 42.

25* Иванов В.В., Никифоров В.Г., Розанов А.Г. О физическом механизме разрушения импульсных ламп//ТВТ,- 1980.-Т. 16. №6.-С. 1288-1291.

26* Балагуров А.Я., Ермаков H.И., Чавшев В.А. Излучательные и прочностные характеристики ламп ИФП 5000 при различной форме разрядного тока // ЖПС. -1972. - Т. 17. № 5. - С. 770 - 774.

27 Бакшт Е.Х., Панченко А.Н., Тарасеико В.Ф. Эффективный длинноимпульсный ХеС1-лазер с предымпульсом, формируемым индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника. - 2000. - Т.ЗО. № 6. - С. 506 - 508.

. 28* Britiin N.. Gaillard M, Ricard A., Kim Y. M., Kim К. S., Han J. G. Determination of the vibrational, rotational and electron temperatures in N2 and Ar-N2 rf discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2007. - Vol.40. - P. 1022 - 1029.

29* Газовые и плазменные лазеры. Под ред. С.И. Яковленко. - М.: Наука, 2005. -820 с. Серия «Энциклопедия низкотемпературной плазмы». Под ред. В.Е. Фор-това.

30* Смирнов Б.М. Эксимерные молекулы // УФН. - 1983.-Т. 139. № 1.-С. 53 - 81.

31* Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Логинов A.B., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбужденных молекул инертных газов // УФН. - 1992. - Т. 162. № 5. -С. 123- 159.

32 Бойченко A.M., Яковленко С.И. О возможности накачки Хег'-лазеров и ламп ВУФ диапазона в послесвечении волны размножения электронов фона // Квантовая электроника. - 2006. - Т. 36. № 12. - С. 1176 - 1180.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Импульсный источник мощного спонтанного излучения в ультрафиолетовой области спектра // ПТЭ. -

2004. №6. -С. 136- 137.

2. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Липатов ЕМ., Кришнан М., Томпсон Дж., Рарке Д. Влияние плотности мощности излучения на чувствительность алмазного детектора // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2004. № 1.-С. 81 -84.

3. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Характеристики излучения импульсного разряда в ксеноне // ЖТФ. -

2005.-Т. 75. № 2. - С. 131-134.

4. Липатов Е.И., Тарасенко В.Ф., Орловский В.М., Алексеев С.Б., Рыбка Д.В. Люминесценция кристаллов под воздействием субнаносекундного электронного пучка // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т.31. № 6. - С. 29 - 33.

5. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в области

200 350 rvm, возбуждаемый однополярным импульсом тока. II Письма в ЖТФ. -2005.-Т.31.№ 10.-С.70-75.

6. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Паиченко А.Н., Рыбка Д.В., Тарасеико В.Ф., Криш-нан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в УФ области спектра: режимы возбуждения // Квантовая электроника. - 2005. - Т. 35. № 7. -С. 605-610.

7. Бакшт Е. X., Ломаев М. И., Рыбка Д.В., Тарасенко В. Ф. Излучение плазмы объемного наносекундного разряда в ксеноне, криптоне и аргоне при повышенном давлении // Квантовая электроника. - 2006. - Т. 36. №6. - С. 576 - 580.

8. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасеико В.Ф. О формировании субна-носекундных импульсов тока пучка большой плотности в газовом диоде при низких давлениях 11 Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32. № 21. - С. 69-75.

9. Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Определение спектральной плотности энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах // ПТЭ. - 2006. № 3. -С. 111 - 114.

10. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение димеров ксенона, криптона и аргона в послесвечении объемного наносекундного разряда при повышенных давлениях // Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32. №19. - С. 52 - 57.

11. Ломаев М.И., Месяц Г.А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х. Мощный ко-роткоимпульсный источник спонтанного излучения на димерах ксенона // Квантовая электроника. - 2007. - Т. 37. №6. - С. 595 - 596.

12. Бакшт Е.Х., Балзовский Е.В., Климов А.И., Куркан И.К., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Коллекторный узел для измерения тока пучка электронов субнаносекундной длительности // ПТЭ. - 2007. № 6. - С. 100 - 103.

13. Baksht Е. Kh„ Boichenko А. М., Galakhov I. V., Zolotovskii V. /., Lomaev М. I., Osin V. A., Rybka D. V., Tarasenko V. F„ Tkachev A. N.. Yakovlenko S. I. Spectral Characteristics of a High-Current Pulsed Discharge in Xenon // Laser Physics. - 2007. -Vol. 17. №6.-P. 782-797.

14. Зверева Г.Н., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О возможности применения объемного разряда, инициируемого пучком электронных лавин, для создания лазера на димерах криптона // Оптика и спектроскопия. - 2007. - Т. 102. № 1. - С.46 - 53.

15. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф. О влиянии давления гелия на амплитуду и длительность тока пучка электронов в газовом диоде // ЖТФ. - 2008. - Т.78. № 12. - С. 29 - 34.

16. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I., Rybka D. V. Generation of supershort avalanche electron beams and formation of diffuse discharges in different gases at high pressure // Plasma Devices and Operations. -2008. - Vol. 16. № 4. - P. 267 - 298.

17. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф., Кривоногова К.Ю. Из-лучательные характеристики азота при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком убегающих электронов // Оптика и спектроскопия. - 2009. -Т.107.№1.-С. 37-44.

18. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I. an Rybka D. V. Supershort avalanche electron beams in discharges in air and other gases at high pressure // IEEE Transactions on plasma science. - 2009. - Vol. 37. № 6. -P. 832-838.

19. Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I., Rybka D.V., Shule-pov M.A., Tarasenko V.F. Runaway-electron-preionized diffuse discharge at atmospheric pressure and its application // J. Phys. D.: Appl. Phys. - 2009. № 42. -185201 (9pp).

20. Бакшт E.X., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Кришнан Махадеван, Томпсон Джон Р. / Газоразрядный импульсный источник оптического излучения. // Патент RU 46 402 U1. Приоритет 22.02.2005. Per. № заявки 2005104975/22 от 22.02.2005. Опубл. 27.06.2005. Бюл. № 18.

21. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Рыбка Д.В., Бакшт EX.! Способ увеличения плотности субнаносекундного электронного пучка // Патент RU 2 321 917 CI. Приоритет 15.06.2006. Per. № заявки 2006121325/28 от 15.06. 2006. Опубл. 10.04. 2008. Бюл. №10.

22. Baksht Е.Н., Lomaev M.I., Rybka D.V., Tarasenko V.F., Krishnan Mahagevan, Thompson John R. / Gas discharge lamp power supply // Patent No. US 7,221,100 B2. Data of Patent: may 22,2007. Appl. № 11/203,599 Filed 12.08.2005. Prior Publication Data US 2007/0035256 A1 15.02.2007.

Тираж 100. Заказ 1487. Институт сильноточной электроники. 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Рыбка, Дмитрий Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 Глава. Об источниках спонтанного излучения, возбуждаемых сильноточным импульсным разрядом.

1.1 Газовые разряды, как источники оптического излучения.

1.2 Импульсные лампы.

1.3 Основы расчета импульсных ламп.

1.4 Мощные импульсные лампы при форсированных режимах.

1.5 Источники оптического излучения на основе наносекундного разряда при больших перенапряжениях.

2 Глава. Методики эксперимента и экспериментальные установки.

2.1 Импульсные источники питания.

2.1.1 Генератор с индуктивным накопителем энергии и с полупроводниковым прерывателем тока.

2.1.2 Генератор РАДАН-220.

2.2 Объекты исследований.

2.3 Аппаратура и методики, применяемые для измерений и расчетов

2.3.1 Определение токов разряда и пучка электронов, а также напряжения на газоразрядном промежутке.

2.3.2 Определение спектральных, временных и энергетических характеристик излучения.

2.3.3 Расчет мощности и энергии излучения в случае широкополосного спектра излучения.

2.4 Обработка результатов измерений.

3 Глава. Искровые источники УФ излучения с большой плотностью мощности на основе сильноточного разряда в ксеноне.

3.1 Режим свободного расширения разряда.

3.1.1 Зависимость излучательных характеристик от межэлектродного зазора.

3.1.2 Зависимость излучательных характеристик от давления.

3.1.3 Типичные характеристики искрового разряда в ксеноне.

3.1.4. Зависимость излучательных характеристик лампы от режима ввода и величины энергии возбуждения.

3.1.5. Зависимость излучательных характеристик лампы от режима работы генератора.

3.2 Режим разряда, ограниченного стенками колбы лампы.

3.3 Оценки.

3.3.1. Температура и зарядовый состав.

3.3.2. О спектре излучения.

3.4 Искровой режим при наносекундном возбуждении.

3.5 Выводы.

4 Глава. Источники мощного ВУФ излучения на основе диффузного разряда в инертных газах, формируемого в неоднородном электрическом поле.

4.1 О возможности формирования диффузных разрядов при высоких давлениях.

4.1.1 Внешний вид разряда и характеристики электронного пучка в зависимости от давления в газонаполненном диоде.

4.1.2 Параметры плазмы диффузных разрядов.

4.1.3 Об энергетических характеристиках диффузных разрядов

4.1.4 О формировании диффузных разрядов и убегающих электронов субнаносекундной длительности в газовых диодах.

4.1.5 О перспективности создания источников излучения на основе наносекундного разряда при больших перенапряжениях.

4.2 Характеристики излучения наносекундных разрядов с высокой напряженностью электрического поля на катоде в инертных газах при больших перенапряжениях.

4.2.1 Параметры излучения при повышенных давлениях (до 1 атм) в газоразрядной камере.

4.2.2 О возможности применения диффузных разрядов для создания электроразрядных лазеров ВУФ диапазона.

4.2.3 Параметры излучения при высоких давлениях (свыше 1 атм) в газоразрядной камере.

Введение диссертация по физике, на тему "Интенсивное спонтанное излучение ВУФ и УФ диапазонов в наносекундных и микросекундных сильноточных разрядах при высоких давлениях"

Актуальность работы. Импульсные газоразрядные источники спонтанного излучения находят широкое применение в современных технологических процессах. Их неоспоримым преимуществом является возможность варьирования режимов возбуждения рабочей среды в широких пределах. Параметры оптического импульса напрямую зависят от способов создания плазмы газового разряда: тепловое излучение формируется в плазме искровых или дуговых разрядов [1], люминесценция - в неравновесной плазме тлеющего или объемного разряда [2].

Тепловое излучение используется в импульсных лампах: трубчатых, шаровых и т.д., с различным газовым и парогазовым наполнением. Наибольшее распространение получили импульсные лампы с наполнением инертными газами (ксенон, криптон и аргон), применяемыми для нужд внутриполостной медицинской фотографии, в качестве портативных электронных фотовспышек и оптической накачки лазеров (твердотельных, фотодиссоциативных, химических, на красителях и эксимерных) [1,3].

Механизмом формирования теплового излучения является джоулев нагрев, при котором энергия электрического поля вкладывается в электронную компоненту плазмы, а затем в результате столкновений передается тяжелым частицам. Образующаяся плазма излучает в видимой и ультрафиолетовой (УФ) области спектра как черное тело с соответствующей ей температурой. Так, яркостная температура излучения источников на основе разряда с ограничением расширения токового канала кварцевой колбой в номинальных режимах составляет Тярк — 5 — 10 килокельвинов (кК), и они являются эффективными источниками излучения видимого диапазона спектра. Источники на основе свободно расширяющегося разряда характеризуются наличием большей доли УФ излучения. Их яркостные температуры достигают значений десятки кК, а доля энергии в УФ области может достигать 50 % от энергии излучения в диапазоне 200-1000 нм [4].

Формирование излучения в нужном диапазоне спектра с необходимыми характеристиками в искровом/дуговом разряде в инертных газах определяется практическими приложениями. Например, исходя их задач светотехники, интенсивно проводились исследования и оптимизация параметров излучения в видимой области спектра. Успехи в этой области позволили в 60-х годах создать первые квантовые генераторы с оптической (ламповой) накачкой [5, 6]. Для возбуждения лазеров на красителях потребовалось создание источников накачки, излучающих в длинноволновом УФ диапазоне [3, 7, 8]. При этом внимание исследователей уделялось таким характеристикам излучения, как мощность, энергия и длительность светового импульса в определенном спектральном интервале.

С развитием оптоэлектроники актуальными стали исследования в области взаимодействия излучения с веществом. При этом отклик облучаемого объекта главным образом зависит от удельных характеристик светового импульса. В частности, для изучения импульсной фотопроводимости кристаллов алмаза потребовалось создание источника излучения в диапазоне длин волн короче 300 нм микросекундной длительности с большой плотностью мощности излучения [9 - 11]. В подобных приложениях требуется решение задачи вывода мощных потоков коротковолнового УФ излучения через кварцевую оболочку лампы, поглощаемого вследствие эффекта «обратимой непрозрачности» кварца [12], заключающегося в сдвиге синей границы пропускания кварца вплоть до ~ 350 нм под действием тепловой и радиационной нагрузки.

Большой интерес проявляется не только к источникам мощного УФ излучения, но и к источникам спонтанного излучения в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра. Например, формирование ВУФ излучения в плазме барьерного разряда, основанного на люминесценции эксимеров, стало основой научных исследований в области создания новых материалов для микроэлектроники [13]. Наиболее мощными и яркими некогерентными источниками в ВУФ диапазоне спектра на сегодняшний день являются эксимерные лампы на димерах инертных газов с возбуждением электронным пучком. Однако они имеют существенные недостатки: быстрое разрушение фольги, разделяющей вакуумную и газовую камеры, значительные потери при выводе излучения, а также наличие интенсивного рентгеновского излучения. Эти устройства могли бы найти более широкое практическое применение при получении эксимерной люминесценции в сильноточном тлеющем разряде в тяжелых инертных газах высокого давления. Для этого необходимо формирование объемного разряда [14 - 16], при создании которого одним из основных условий является предварительная ионизация газоразрядного промежутка, обеспечивающая многоэлектронное инициирование [2]. Схемы предыонизации УФ и ВУФ излучением от искрового или поверхностного разряда, обычно применяемые в газовых лазерах, не позволяют решить проблему формирования объемного разряда в тяжелых инертных газах высокого давления.

С конца 1960-х годов известен другой способ формирования объемных разрядов в плотных газах - при возбуждении газоразрядного промежутка наносекундными высоковольтными импульсами в условиях больших перенапряжений [17]. Объемный характер разряда в этом случае обеспечивается за счет предыонизации промежутка быстрыми электронами, которые генерируются у катода и в газоразрядном объеме. С появлением малогабаритных генераторов импульсов высокого напряжения с субнаносекундным фронтом [18, 19], реализация этого способа формирования объемного разряда существенно упростилась. Однако до начала наших исследований не было работ, в которых этот способ был использован для создания источника излучения на димерах инертных газов.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований, выполняемых в лаборатории оптических излучений института сильноточной электроники СО РАН по следующим грантам и программам:

1. Грант CRDF № RP2-538-TO-02 «УФ Хе лампы с высокой плотностью мощности излучения для коммутаторов на основе алмаза», 2002 - 2004 г.;

2. Договор с ИТЭС ОИВТ РАН по созданию мощной импульсной ксеноновой лампы, 2003-2004 г.;

3. Грант РФФИ 05-08-33621-а «Исследование и создание эффективных газоразрядных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра», 2005 - 2007г.;

4. Проект «Проведение исследований и разработка эскизного проекта оконечного усилителя для создания лазерного комплекса петаваттной мощности, в том числе с оптической накачкой» в рамках Программы "Фундаментальные проблемы нано- и пикосекундной электроники большой мощности", х/д-240/05-3, 2005 г.;

5. Грант МНТЦ №2706, «Исследование и создание импульсных УФ и ВУФ источников спонтанного излучения с большой мощностью излучения», 2006-2007 г.;

Целью настоящей работы, начатой в 2001 г., является формирование коротковолнового УФ излучения с высокой плотностью мощности на кварцевой оболочке лампы до начала теплового запирания кварца с минимальными потерями и получение мощного спонтанного излучения ВУФ диапазона спектра в тяжелых инертных газах высокого давления при газоразрядном возбуждении.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Выявление процессов, определяющих спектральный состав спонтанного излучения в коротковолновой УФ области в микросекундных искровых разрядах в ксеноне высокого давления и достижение предельных излучательных характеристик.

• Поиск и реализация условий снижения тепловой и радиационной нагрузки на границе кварц - плазма при форсированных режимах энерговвода в искровых разрядах в тяжелых инертных газах.

• Определение условий формирования диффузного самостоятельного разряда в тяжелых инертных газах атмосферного давления при возбуждении наносекундными высоковольтными импульсами.

• Исследование спектральных, временных и энергетических характеристик излучения плазмы диффузных разрядов в тяжелых инертных газах до давлений ~ 12 атм при возбуждении высоковольтными наносекундными импульсами с высокой напряженностью электрического поля на катоде.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, в ходе которого проводилось измерение энергетических, временных и спектральных характеристик оптического излучения, а также параметров импульса возбуждения. На основе этих измерений по стандартным и оригинальным методикам, созданным в процессе работы, определялись мощность и КПД излучения в УФ и ВУФ областях спектра. Кроме того, результаты экспериментальных исследований сравнивались с результатами теоретического моделирования.

Научные положения, выносимые на защиту: 1. В источнике оптического излучения УФ - диапазона, возбуждаемого сильноточным искровым разрядом с ограничением расширения токового канала стенками кварцевой колбы, при возбуждении импульсом тока с длительностью фронта менее 1 мкс и экспоненциальным спадом, обеспечивается вывод излучения с плотностью мощности порядка ~ 400 кВт/см2 до начала интенсивного поглощения УФ излучения в парах кварцевой оболочки. В этих условиях возбуждения основной вклад в излучение вносят фоторекомбинационные переходы из квазиконтинуальных состояний ксенона.

3. В эмиссионном спектре тяжелых инертных газов атмосферного давления, возбуждаемых высоковольтными наносекундными разрядами с высокой напряженностью электрического поля на катоде, в диапазоне 120-850 нм более 90 процентов энергии излучается в ВУФ области на переходах вторых континуумов димеров инертных газов с шириной полосы излучения на полувысоте не более ~ 20 нм. При этом реализуются удельные мощности излучения в полный телесный угол -100, ~ 350 и ~ 500 кВт/см в аргоне, криптоне и ксеноне, соответственно, при удельных энерговкладах ~ 1 Дж/см3.

4. Увеличение давления ксенона (до 12 атм) при возбуждении высоковольтным наносекундным разрядом с высокой напряженностью электрического поля на катоде приводит к росту мощности ВУФ излучения димеров ксенона (Я ~ 172 нм) в полный телесный угол

•э до ~ 1 МВт/см ) и сокращает длительность импульса излучения на полувысоте до 8 не.

Достоверность результатов, отраженных в научных положениях и выводах обеспечивается: получением равноценных данных в пределах доверительного интервала (18 %) при использовании различных методик для измерения энергии широкополосного излучения [58]; воспроизводимостью результатов измерений амплитудных величин тока и напряжения, а также временной формы импульсов: погрешность калибровки делителей напряжения и токовых шунтов не превышала ~10%, время нарастания переходной характеристики делителей напряжения не хуже 150 пс, токовых шунтов - 200 пс, коллекторных узлов для измерения тока субнаносекундных пучков электронов ~ 50 пс; согласием экспериментальных данных с результатами работ других авторов [1, 3, 17, 129]; согласием полученных экспериментальных данных с результатами численного моделирования исследуемых явлений:

1. спектрального состава и мощности излучения искровых источников;

2. совпадением мощности излучения на димерах криптона в плазме диффузных разрядов атмосферного давления.

Новизна полученных результатов:

1. Определены условия исключения эффекта обратимой непрозрачности кварца при высоких тепловых и радиационных нагрузках на кварцевую оболочку ксеноновой искровой лампы (2005 - 2006 гг.).

3. Получена интенсивная люминесценция на переходах вторых континуумов димеров тяжелых инертных газов атмосферного давления в режиме диффузного разряда (2006 - 2007 гг.).

6. Показано, что в условиях свободного расширения плазмы искрового разряда в инертных газах существует ограничение на максимальную плотность мощности излучения в УФ области спектра с поверхности разрядной плазмы, которое связано с зависимостью скорости расширения разряда от скорости ввода энергии в разряд (2006 г.).

7. Предложен способ увеличения плотности тока и амплитуды тока субнаносекундного электронного пучка, генерируемого в газовом диоде (Патент RU № 2321917, приоритет: 15.06.2006).

8. Предложен способ увеличения мощности излучения микросекундного искрового разряда в ксеноне (Патент РФ № 46402, приоритет 22.02.2005; патент US No. 7227100 В2, опубл.: 15.02.2007).

Научная ценность:

2. Созданный источник оптического излучения на основе микросекундного искрового разряда в ксеноне обладает плотностью мощности в УФ области спектра порядка ~ 400 кВт/см", что позволяет решать научно-исследовательские задачи в области оптоэлектроники (например, для изучения фотопроводимости алмазоподобных материалов). 3. Показано, что совокупность таких условий, как укорочение импульса возбуждения до единиц наносекунд, использование электрических полей с высокой напряженностью на катоде, рекомбинационных сред и высоких давлений, обеспечивает формирование мощного 1 МВт/см ) спонтанного

ВУФ излучения в самостоятельных разрядах в тяжелых инертных газах. Практическая значимость:

1. Указан способ увеличения мощности , (на ~ 30%) и сокращения длительности излучения импульсной искровой лампы, работающей в режиме свободно расширяющегося разряда (патент РФ № 46402, приоритет 22.02.2005; патент US No. 7227100 В2, опубл.: 15.02.2007.).

Внедрение результатов и предложения по их использованию: 1. Импульсная искровая ксеноновая лампа была использована в институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН в лабораторных исследованиях процессов формирования наночастиц железа и углерода при комнатной температуре в результате фотолиза пентакарбонила железа Fe(CO)5 и недокиси углерода Сз02 (акт внедрения прилагается).

2. Использование наносекундных разрядов при больших перенапряжениях перспективно для создания мощных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра.

Личный вклад:

В проведении экспериментов и обсуждении результатов принимал участие Е.Х. Бакшт. Расчеты планковской, тормозной и фоторекомбинационной составляющих спектра импульсной ксеноновой искровой лампы (Гл. 3, п. 3.3) проводились в Отделе кинетики Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН С.И. Яковленко, A.M. Бойченко и А.Н. Ткачевым. Оценки коэффициента усиления в криптоне при возбуждении наносекундным разрядом при больших перенапряжениях (Гл. 4, п. 4.2.2) проводились в ГУП ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» Г.Н. Зверевой. В разработке методики по измерению тока пучка убегающих электронов принимали участие А.И. Климов, Е.В. Балзовский и И.К. Куркан (Гл. 2, п. 2.3.1 и Гл. 4, п. 4.1.1). Идея конструкции шунта на линиях принадлежит И.В. Пегелю (Гл. 2 п. 2.3.1). Исследования по определению концентрации и температуры электронов плазмы диффузных разрядов (Гл. 4, п. 4.1.2) проводились при участии Д.А. Сорокина.

Постановка задачи и общее руководство работой осуществлялось с.н.с., к.ф.-м.н. (специальность 01.04.05 - оптика) М.И. Ломаевым при поддержке научного консультанта профессора, д.ф.-м.н. (специальность 01.04.03 -радиофизика) В.Ф. Тарасенко. Экспериментальные исследования оптических характеристик излучения проводились в Институте сильноточной электроники СО РАН.

Апробация работы:

• Atomic and Molecular Pulsed Lasers VI-IX, Tomsk, Russia, 2003, 2005, 2007, 2009;

• 13th - 15th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk, Russia, 2004, 2006, 2008;

• The 7th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technologies, Tomsk, Russia, 2004;

• The XVI International Conference on Gas Discharges and their Applications, Xi'an, China, 2006;

• 13th International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials: 2nd International Congress on -Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials, High Current Electronics, and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2006;

• 14th Symposium on High Current Electronics: 2nd International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials, High Current

Electronics and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2006;

• 10 International Conference on Gas Discharge Plasma and Their Technological Applications, Tomsk, Russia, 2007; iL

• The 35 IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS), Karlsruhe, Germany, 2008;

• 24th Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases (SPIG), 2008;

• X Харитоновские чтения - международная конференция «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергии», РФЯЦ-ВНИИЭФ, Саров, 2008;

• Симпозиум «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ - 2008), Лоо, Россия, 2008;

• International Conference on High - Power Laser Ablation VII, Taos, NM, USA, 2008.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 22 печатных работах [51, 57, 58, 61, 67, 68, 72, 73, 75 - 78, 106 - 109, 112, 113, 124, 125, 128, 130].

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения и библиографического списка. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста и содержит 65 рисунков. Список использованной литературы и работ соискателя содержит 130 наименований.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Основные результаты и выводы настоящей диссертационной работы состоят в следующем:

1. Реализован новый сильноточный режим возбуждения ксеноновой искровой лампы, обеспечивающий протекание тока в одном направлении. Показано, что при переходе от колебательного режима протекания тока к режиму однополярного импульса, мощность источника излучения возрастает, а длительность импульса излучения на полу высоте уменьшается.

6. Показано, что при возбуждении газов высокого давления высоковольтными наносекундными импульсами при больших перенапряжениях с высокой напряженностью электрического поля на катоде формирование разряда проходит через диффузную стадию, а ионизация газа на стадии пробоя осуществляется пучком убегающих электронов, генерируемых у катода и в разрядном промежутке. Диффузная форма разряда сохраняется в гелии до давлений 15 атм, в азоте - до 5 атм, в элегазе - до 2 атм, в ксеноне - до 4 атм, и т.д.

8. Разработаны высокочастотные датчики тока пучка электронов и тока разряда с временным разрешением коллекторного узла менее 100 пс, а токового шунта на линиях - 200 пс. С их помощью в Не, Ne, Ar, Кг, Хе, N2, SF6, СН4, в диапазоне давлений от 0.3 до 1.2 атм в условиях зажигания диффузного разряда показано, что длительность импульса тока пучка убегающих электронов на полувысоте не превышает 100 пс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Рыбка, Дмитрий Владимирович, Томск

1. / Под ред. И.С. Маршака. - М.: Энергия, 1978.-472 с.

2. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн.П / Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука (МАИК «Наука/Интерпериодика»), 2000. -С. 1-381.

3. Басов ЮТ. Источники накачки микросекундных лазеров. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 240 с.

4. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Kh.1V / Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука (МАИК «Наука/Интерпериодика»), 2000. -С. 231-262.

5. Meiman Т.Н. Brit. Commun. Electron., 7, 674 (1960); Nature, 187, 493 (1960)

6. Дж. Бирнбаум Оптические квантовые генераторы. Пер. с анг. Ф.С. Соловейчика. Под ред. Ф.С. Файзуллова. (Optical masers. George Birnbaum. Academic Press, New York and London, 1964). M., Изд-во «Советское радио», 1967. - 360 с.

7. Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Оптимизация ламповых систем накачки импульсных лазеров на растворах органических соединений // Электронная техника. Сер. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1990. - Т. 3. № 55. - С. 44-48.

8. Трусов К.К. Лазер на растворах красителей при накачке импульсной лампой с поперечным разрядом // Квантовая электроника. 1981. - Т. 8. №2.-С. 293-300.

9. Feng S., Но Р.-Т., Goldhar J. Photoconductive switching in diamond under high bias field // IEEE Transactions on electronic devices. 1990. - 37 (12). -P. 2511-2516.

10. Schein J., Campbell K.M., Prasad R.R., Binder R., Krishnan M. Radiation hard diamond laser beam profiler with subnanosecond temporal resolution // Review of scientific instruments. 2002. - 73 (1). - P. 18-22.

11. Липатов Е.И., Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Шейн Дж., Кршинан М. Фоточувствительность алмазного детектора к лазерному излучению вдиапазоне 220-355 нм // Квантовая электроника. 2001. - Т. 31. № 12. -С. 1115-1117.

12. Белов С.Н., Демидов М.И., Огурцов а Н.Н., Подмошенский КВ., Роговцев Е.П., Шелемина В.М. Обратимая непрозрачность оптического кварца, возникающая при контакте с плотной плазмой // ЖПС. 1969. - Т. 10. № 3. - С. 408-412.

13. Елецкий А.В., Сорокин А.Р. Стимулированное излучение димеров аргона при возбуждении импульсным разрядом с плазменным катодом // ЖТФ.- 1997.-Т. 67. № 11.-С. 49-52.

14. Сорокин А.Р. Безыскровой разряд в плотных газах с предыонизацией пучком низкоэнергичных электронов барьерного открытого разряда // Письма в ЖТФ. 2006. - Т. 32. № 10. - С. 7 - 13.

15. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов // УФН. 1990. - Т. 160. № 7. - С. 49 - 82.

16. Загулов Ф.Я., Котов А. С., Шпак В.Г., Юрике Я.Я., Яландин М.И. РАДАН- малогабаритные сильноточные ускорители электронов импульсно-периодического действия // ПТЭ. 1989. № 2. - С. 146 - 149.

17. Яландин М.И., Шпак ВТ. Мощные малогабаритные импульсно-периодические генераторы субнаносекундного диапазона // ПТЭ. 2001. №3.-С. 5-31.

18. Tcheremiskine V.I., Sentis M.L., Mikheev L.D. Amplification of ultra short laser pulses in the photolytically driven XeF (C-A) active medium // Appl. Phys. Lett. 2002. - Vol. 81. № 3. - P. 403 - 405.

19. Осипов B.B. Импульсный объемный разряд // Соросовскийобразовательный журнал. 1998. № 12. С. 87-93.

20. Королев Ю.Д., Месяц Г. А. Физика импульсного пробоя газов. М: Наука, 1991.-223 с.

21. Гаврилова Л.И., Дойников А. С., Пахомов В.К. Обобщение характеристик излучения трубчатых импульсных ксеноновых ламп. «Импульсная фотометрия». Сб. 3. / Под ред. А. А. Волькенштейна. Д.: Машиностроение. 1973.-С. 105-113.

22. Справочная книга по светотехнике. / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Энергоатомиздат, 1983. -472 с.

23. Гаврилова Л.И., Гребенъков B.C., Дойников А. С., Луцет Б.Я. Спектральное распределение и УФ-энергия излучения неограниченных импульсных разрядов. «Импульсная фотометрия». Сб. 5. / Под ред. А.А. Волькенштейна. Д.: Машиностроение. 1978. - С. 145-151.

24. Андреев С.И., Ивасенко Н.Ф. Основы расчета импульсных ксеноновых ламп. Томск: Изд. Томского ун-та. 1982. - 154 с.

25. Андреев С.И. Радиационный поток и спектральная интенсивность излучения импульсного разряда в кварцевой трубке с ксеноном // Оптика и спектроскопия. 1975. - Т. 38. № 3. С. 432-439.

26. Подгаецкий В.М. Накачка импульсных ОКГ с помощью ламп // Квантовая электроника. 1977. № 12. - С. 93-106.

27. Басов Ю.Г. Спектры коротковолнового излучения импульсных ламп // ЖПС,- 1984.-Т40. №6.-С. 885-913.

28. Гаврилов В.Е. Параметры состояния плазмы импульсного разряда в замкнутой трубке с ксеноновым наполнением // Оптика и спектроскопия.-1986.-Т. 61. №6.-С. 1192-1196.

29. Гуревич И. Рухадзе А. Условия существования локального термодинамического равновесия в слабоионизованном инертном газе // Светотехника. 2000. №6. - С. 19.

30. Басов Ю.Г., Чумаков В.А. Оценка эффективности импульсной ламповой накачки лазеров // Светотехника. 2001. №2. - С. 13-17.

31. А.с. 786693 СССР, МКИ3 Н 01 J 61/80. Импульсная газоразрядная лампа / Трусов К.К. // Б.И. 1981. №33.

32. Басов Ю.Г., Фомин В.В. Динамика движения ударных волн в мощном импульсном ксеноновом разряде // ТВТ. 1982. - Т. 20. № 3. - С. 605.

33. Басов Ю.Г., Болдырев С.А., Гаврилова Л.И., Пахомов В.К. Спектральный состав излучения импульсных трубчатых и коаксиальных ламп с разрядом короткой длительности // ЖПС. 1980. - Т. 32. № 3. - С. 489492.

34. Дойников А.С. Спектральные характеристики излучения трубчатых ксеноновых импульсных и дуговых ламп // Обзоры по электронной технике. 1973. № ц (154).-С. 1-35.

35. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974.-308 с.

36. Ошлаков А.К., Ошлаков В.К., Галилейский В.П., Колеватов А. С., Морозов A.M., Петров А.И. Оптический пробой воздуха излучением широкоспектрального источника света // Оптика атмосферы и океана. -1999. Т. 12. № 5. - С. 449-452.

37. C.T.R. Wilson The acceleration of р-particles in strong electric fields such as those of thunderclouds // Proc. Cambridge Philos. Soc. 1924. - Vol. 22. -P. 534-538.

38. Frankel S., Highland V., Sloan Т., Dyck Van and Wales V. Observation of X-rays from spark discharges in spark chamber // Nuclear Instruments and Methods. 1966. - Vol. 44. - P. 345 - 348.

39. Станкевич Ю Л., Калинин В.Г. Быстрые электроны и рентгеновское излучение в начальной стадии развития импульсного искрового разряда в воздухе // Доклады Академии наук СССР. 1967. - Т. 177. № 1. -С. 72-73.

40. Noggle R.C., Krider Е.Р., Wayland J.R. A search for X rays from helium and air discharges at atmospheric pressure // J. Appl. Phys. 1968. - Vol. 39. № 10.-P. 4746-4748.

41. Тарасова JI.B., Худякова Л.Н. Рентгеновское излучение при импульсных разрядах в воздухе // ЖТФ. 1969. - Т. 39. № 8. - С. 1530-1533.

42. Бабич Л.П., Станкевич Ю.Л. Критерий перехода от стримерного механизма газового разряда к непрерывному ускорению электронов // ЖТФ. 1972. - Т.42. № 8. - С. 1669-1673.

43. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Тарасова Л.В. Характеристики газоразрядного источника световых импульсов наносекундной длительности // ПТЭ. — 1977. № 1.-С. 203-204.

44. Тарасова Л.В., Худякова Л.Н., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Быстрые электроны и рентгеновское излучение наносекундных импульсных разрядов в газах при давлениях 0.1 ^-760 Торр // ЖТФ. 1974. - Т.54. № 3. - С. 564-568.

45. Бабач Л.П., Лойко ТВ. Убегающие электроны при высоковольтных наносекундных разрядах в гексафториде серы атмосферной плотности // ЖТФ. 1991. -Т.61. № 9. - С. 153-155.

46. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И., Орловский В.М., Ткачев А.Н. О механизме формирования мощных электронных пучков в плотных газах // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2003. №4. - С. 8-18.

47. Алексеев С.Б., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. С02 лазер атмосферного давления с инициируемым пучком электронов разрядом, сформированном в рабочей смеси // Квантовая электроника. 2003. -Т.ЗЗ. № 11. - С. 1059-1061.

48. Липатов Е.И., Тарасенко В.Ф., Орловский В.М., Алексеев С.Б., Рыбка Д.В. Люминесценция кристаллов под воздействием субнаносекундного электронного пучка // Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31. № 6. - С. 29-33.

49. Липатов Е.И., Тарасенко В.Ф., Орловский В.М., Алексеев С.Б. Люминесценция кристаллов при облучении KrCl-лазером и субнаносекундным электронным пучком // Квантовая электроника. -2005. Т.35. №> 8. - С. 745-748.

50. Костыря И.Д., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В. Оптические свойства плазмы при объемном наносекундном разряде атмосферного давления в неоднородном электрическом поле // ЖТФ. 2004. - Т. 74. №8.-С. 35-40.

51. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Механизм убегания электронов в плотных газах и формирование мощных субнаносекундных электронных пучков // УФН. 2004. - Т. 174. № 9. - С. 953-971.

52. Бакшт Е.Х., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективный длиниоимпульсный ХеС1-лазер с предымпульсом, формируемым индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника. 2000. -Т.ЗО. № 6. - С. 506-508.

53. Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока // ПТЭ. 1999. № 4. - С. 5-36.

54. Бакшт Е.Х., Балзовский Е.В., Климов А.И., Куркан И.К, Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Коллекторный узел для измерения тока пучка электронов субнаносекундной длительности // ПТЭ. 2007. № 6. — С. 100-103.

55. Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Определение спектральной плотности энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах // ПТЭ. 2006. № 3. - С. 111-114.

56. Рабинович С. Г. Погрешности измерений Д.: Энергия. 1978. - 262 с.

57. Шваб А. Измерения на высоких напряжениях (Измерительные приборы и способы измерения) М.: Энергия. 1973. - 232 с.

58. Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Панарин В. А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Датчики для измерения нано- и субнаносекундных импульсов тока // Известия ТПУ, Энергетика. 2008. -Т. 313. №4.-С. 69-71.

59. Bharadwaj Р.К., Code R.F., van Driel Н.М., Walentynowicz E. // Applied Physics Letters. 1983. - Vol. 2. № 43. p. 207.

60. Но P.-Т., Lee C.H., Stephenson J.C., Cavanagh R.R. A diamond optoelectronic switch // Optics Communications. 1983. - Vol 46. № 3-4. -P. 202-204.

61. Glinski J., Gu X.-J., Code R.F., van Driel H.M. Space-charge induced optoelectronic switching in Ha diamond // Applied Physics Letters. 1984. -Vol.3. №45.-P. 260.

62. Prasad R.R., Gensler S.W., QiN., Krishnan M, Loubriel G. II In Proc. of the SAE Aerospace Power systems Conf. Mesa. 1999. - P. 193.

63. Липатов Е.И., Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Шейн Дою., Кришнан М. Фоточувствительность алмазного детектора к лазерному излучению в диапазоне 220-355 нм // Квантовая электроника. 2001. - Т. 31. № 12. -С. 1115-1117.

64. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Липатов Е.И., Кришнан М., Томпсон Дж., Раркс Д. Влияние плотности мощности излучения на чувствительность алмазного детектора // Известия высших учебных заведений. Физика. 2004. № 1. - С. 81-84.

65. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Характеристики излучения импульсного разряда в ксеноне //ЖТФ. -2005. -Т. 75. №2.-С. 131-134.

66. Field J.E. The properties of diamond. London: Academ. Press., 1979.

67. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н., Клюев Ю.А., Налетов A.M., Непиш В.И. Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 1986.

68. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.

69. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дою. Мощный источник спонтанного излучения в УФ области спектра: режимы возбуждения // Квантовая электроника. -2005. Т. 35. № 7. - С. 605-610.

70. Dishington R.H., Hook W.R., Hilberg R.P. Flashlamp Discharge and Laser Efficiency // Applied Optics. 1974. - Vol. 13. № 10. - P. 2300 - 2312.

71. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дою. Мощный источник спонтанного излучения в области 200 350 nm, возбуждаемый однополярным импульсом тока. // Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31. № 10. - С.70 - 75.

72. Baksht Е.Н., Lomaev M.I., Rybka D. V., Tarasenko V.F., Krishnan Mahagevan, Thompson John R. / Gas discharge lamp power supply // Patent

73. No. US 7,221,100 B2. Data of Patent: may 22, 2007. Appl. № 11/203,599 Filed 12.08.2005. Prior Publication Data US 2007/ 0035256 Aj 15.02.2007.

74. Рыбка Д.В., Бакшт E.X., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Импульсный источник мощного спонтанного излучения в ультрафиолетовой области спектра // ПТЭ. 2004. № 6. - С. 136-137.

75. Радиационная плазмодинамика. Т. 1. / Под ред. Ю.С. Протасова. М.: Энергоатомиздат. 1991.

76. Иванов В.В., Никифоров В.Г., Розанов А.Г. О физическом механизме разрушения импульсных ламп // ТВТ. 1980. - Т. 16. № 6. - С. 12881291.

77. Балагуров А.Я., Ермаков Н.И., Чивилев В.А. Излучательные и прочностные характеристики ламп ИФП 5000 при различной форме разрядного тока // ЖПС. 1972. - Т. 17. № 5. - С. 770 - 774.

78. Колесников В.Н. Оптические и спектральные методы диагностики плазмы // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т. II / Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука, 2000. - С. 490-507.

79. Газовые и плазменные лазеры. Под ред. С.И. Яковленко. М.: Наука, 2005. - 820 с. Серия «Энциклопедия низкотемпературной плазмы». Под ред. В.Е. Фортова.

80. Держиев В.И., Жидков А.Г., Яковленко С.И. Излучение ионов в неравновесной плотной плазме. -М.: Энергоатомиздат. 1986. 160 с.

81. Бете Г., Солпитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами. М.: ГИТТЛ. 1960. - 432 с.

82. Коган В.И., Мигдал А.Б. Зависимость спектра тормозного излучения от электронной температуры плазмы. / Сб. Физика плазмы и проблемы управляемых термоядерных реакций. Изд. АН СССР. 1958. Т. 1. -С.172-177.

83. Фолърат К Искровые источники света и высокочастотная искровая кинематография // Физика быстропротекающих процессов. Т. I / Перевод под ред. Н.А. Златина. М.: Мир, 1971. - С. 96-199.

84. Эксимерные лазеры. / Под ред. Ч. Роудза. М.: Мир. 1981.

85. Газовые лазеры / Под ред. И. Мак-Даниэля, У. Нигена. М.: Мир. 1986.

86. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Степанов Ю.Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов. М.: Энергоатомиздат. 1988.

87. Mesyats G.A., Osipov V. V., Tarasenko V.F. Pulsed gas lasers. Bellingham, Washington, USA: SPIE Press. 1995.

88. Кузнецов A.A., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Фомин E.A. Эксимерная электроразрядная лампа с X = 126, 146 или 172 нм // Письма в ЖТФ. -1993.-Т. 19. №5.-С. 1-5.

89. Тарасенко В.Ф., Орловский В.М., Шунайлов С.А. Формирование пучка электронов в воздухе при атмосферном давлении // Известия ВУЗов. Физика. 2003. № 3. - С. 94 - 95.

90. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.К, Орловский В.М., Ткачев А.Н., Шунайлов С.А. Получение мощных электронных пучков в плотных газах // Письма в ЖЭТФ. 2003. - Т. 77. № И. С. 737 - 742.

91. Тарасенко В.Ф., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И., Орловский В.М., Алексеев С.Б. Субнаносекундные пучки электронов, сформированные в газовом диоде // Письма в ЖТФ. 2003. - Т. 29. №21.-С. 1-6.

92. Павловский А.И., Босамыкин B.C., Карелин В.И., Никольский B.C. II Квантовая электроника. 1976. - Т. 3. № 3. - С. 601-604.

93. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Павловский А.И., Репин П.Б. II Квантовая электроника. 1991. - Т. 18. № 7. - С. 891-893.

94. Костыря И.Д., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф., Ткачев А.Н., Яковленко С.И. Объемный разряд при атмосферном давлении без внешней предыонизации // Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. № 11. - С. 19-26.

95. Алексеев С.Б., Губанов В.П., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. Субнаносекундный электронный пучок, сформированный в газовом диоде // Письма в ЖТФ. 2004. - Т. 30. № 20. - С.35-41.

96. Алексеев С.Б., Губа}юв В.П., Орловский В.М., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф. Новый способ формирования сильноточных электронных пучков субнаносекундной длительности // Доклады Академии наук. 2004. -Т. 398. №5.-С. 611-614.

97. Tarasenko V.F., Shunailov S.A., Shpak V.G., Kostyrya I.D. Supershort electron beam from air filled diode at atmospheric pressure // Laser and particle beams. 2005. - Vol. 23. № 4. - P. 545-551.

98. Месяц Г.А., Коровин С.Д., Шарыпов К.А., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И. О динамике формирования субнаносекундного электронного пучка в газовом и вакуумном диоде // Письма в ЖТФ. -2006.-Т. 32. № 1. С. 35-44.

99. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О формировании субнаносекундных импульсов тока пучка большой плотности в газовом диоде при низких давлениях // Письма в ЖТФ. 2006. - Т. 32. № 21. -С. 69-75.

100. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф. О влиянии давления гелия на амплитуду и длительность тока пучка электронов в газовом диоде // ЖТФ. 2008. - Т.78. № 12. - С. 29-34.

101. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф., Кривоногова К.Ю. Излучательные характеристики азота при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком убегающих электронов // Оптика и спектроскопия. 2009. - Т. 107. №1. - С. 37-44.

102. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. М.: Мир, 1978. 492 с.

103. Britun N. Gaillard М., Rica г d A., Kim Y. М., Kim К. S., Han J. G. Determination of the vibrational, rotational and electron temperatures in N2 and Ar-N2 rf discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. - Vol.40. - P. 10221029.

104. Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I., Rybka D.V., Shulepov M.A., Tarasenko V.F. Runaway-electron-preionized diffuse discharge at atmospheric pressure and its application // J. Phys. D.: Appl. Phys. 2009. № 42. - 185201 (9pp).

105. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. 1987. - 592 с.

106. Месяц Г. А. Об источнике убегающих электронов в импульсном газовом разряде // Письма в ЖЭТФ. 2007. - Т.85. №2. - С. 119-122.

107. Mesyats G.A., Yalandin M.I. On the nature of picoseconds runaway electron beams in air // IEEE Transactions on plasma science. 2009. - Vol. 37. № 6. -P. 785-789.

108. Беломытцев С.Я., Ромстченко И.В., Рыжов В.В., Шкляев В.А. О начальной стадии пробоя газового промежутка в неоднородном поле // Письма в ЖТФ. 2008. - Т.34. №9. - С. 10-16.

109. Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. High-power subnanosecond beams of runaway electrons and volume discharge formation in gases at atmospheric pressure // Plasma devices and operations. 2005. - Vol. 13. № 4. - P. 231279.

110. Аскаръян Г.А. О новых возможностях ускорения частиц до больших энергий // Труды ФИАН. 1973. - Т. 66. - С. 66-72.

111. Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Филигин И.В. Высокоскоростные волны ионизации при электрическом пробое // УФН. 1994. - Т. 164. № 3. - С. 263-286.

112. Смирнов Б.М. Эксимерные молекулы // УФН. 1983. - Т. 139. № 1. -С. 53-81.

113. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Логинов А.В., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбужденных молекул инертных газов // УФН.- 1992.-Т. 162. №5.-С. 123-159.

114. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение димеров ксенона, криптона и аргона в послесвечении объемногонаносекундного разряда при повышенных давлениях // Письма в ЖТФ. -2006. Т. 32. №19. - С. 52-57.

115. Бакшт Е. X., Ломаев М. И., Рыбка Д. В., Тарасенко В. Ф. Излучение плазмы объемного наносекундного разряда в ксеноне, криптоне и аргоне при повышенном давлении // Квантовая электроника. 2006. - Т. 36. №6.-С. 576-580.

116. Бойченко A.M., Тарасенко В.Ф., Фомин Е.А., Яковленко С.И. Широкополосные континуумы в инертных газах и их смесях с галогенидами // Квантовая электроника. 1993. - Т. 20. № 1. - С. 7 - 30.

117. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат. 1978.-219 с.

118. Зверева Г.Н., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О возможности применения объемного разряда, инициируемого пучком электронных лавин, для создания лазера па димерах криптона // Оптика и спектроскопия. 2007. - Т. 102. № 1. - С.46-53.

119. Бойченко A.M., Яковленко С.И. О возможности накачки Хе2 -лазеров и ламп ВУФ диапазона в послесвечении волны размножения электронов фона // Квантовая электроника. 2006. - Т. 36. № 12. - С. 1176 - 1180.

120. Ломаев М.И., Месяц Г.А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х. Мощный короткоимпульсный источник спонтанного излучения на димерах ксенона // Квантовая электроника. 2007. - Т. 37. №6. - С. 595596.