Люминесцентные характеристики плазмы, образующейся при распылении металлов Cd и Zn высокоэнергетичными частицами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

Лю Тао 2

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАЗМЫ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ РАСПЫЛЕНИИ МЕТАЛЛОВ Сс) и Хп ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫМИ

ЧАСТИЦАМИ

01.04.21 - Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 I, ИЮН 2910

Автор: ^Ля) Уоиэ

Москва 2010

004606092

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете

«МИФИ» (государственном университете)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Миськевич Алексей Иустинович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Дьяченко Петр Петрович (ФЭИ)

доктор физико-математических наук, профессор Коробкин Владлен Васильевич (ИОФРАН)

Ведущая организация: Российский федеральный ядерный центр

"Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики" (РФЯЦ ВНИИТФ)

Защита состоится "30" июня 2010 г. в 14:00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.130.05 при НИЯУ МИФИ в конференцзале НИЯУ МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д.31,тел. 324-84-98,323-91-67.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ МИФИ. Автореферат разослан мая 2010 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор ф.-м. наук, профессор И.В.Евсеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Прямое преобразование энергии ядерных реакций в световое излучение представляется важной технической задачей, имеющей большие практические применения. Её решение позволит создать высокоэффективные энергонасыщенные источники когерентного и некогерентного светового излучения. Одноступенчатый характер преобразования энергии ядерных частиц в световое изучение, минуя промежуточные стадии тепловой, механической и электрической энергии, обладает более высоким КПД, а устройства на его основе имеют низкие весогабаритные характеристики по сравнению с аналогичными устройствами традиционного типа.

Применение паров металлов в качестве активных сред лазеров с ядерной накачкой представляет особый интерес из-за большого количества потенциальных лазерных сред на основе парогазовых смесей и возможности получения генерации в видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн на многих переходах атомов и ионов одновременно. За счёт одновременного существования различных механизмов заселения рабочих уровней суммарный КПД парогазовой активной среда может достигать нескольких процентов.

В парометаллических средах может быть реализован новый эффективный механизм селективного заселения уровней, основанный на получении плазмы при распылении металлической мишени заряженными частицами. Использование эффекта ионного распыления для приготовления активной среды лазера вместо термического испарения металла позволяет существенно понизить рабочую температуру лазерной трубки, уменьшить давление буферного газа, увеличить в несколько раз КПД лазера (или снизить порог генерации) и использовать в дальнейшем в качестве лазерно-активной среды многие труднолетучие металлы, включая уран. В лазерах с ядерной накачкой, работающих за счёт энергии деления ядер уран-235, ионное распыление металла осколками деления уран-235 уменьшает осколочную радиоактивность

буферного газа. Уменьшение давления и температуры буферного газа в активном элементе лазера способствует существенному улучшению рабочих характеристик лазера за счёт снижения оптических неоднородностей активной среды и уменьшения внутрирезонаторных потерь.

Создание таких лазеров связывается с необходимостью проведения детальных экспериментальных исследований излучательных характеристик плазмы парометаллических сред, включая излучательные характеристики распылительной плазмы, поскольку в литературе практический отсутствует необходимая информация для плотных парометаллических сред и особенно для распылительной плазмы, образующейся при бомбардировке подогретых металлических мишеней заряженными частицами высокой энергии. Поэтому проведение экспериментальных исследований спектрально-кинетических характеристик люминесценций парогазовых сред и распылительной плазмы металлических мишеней является необходимой задачей для понимания и уточнения физических процессов создания инверсной заселенности уровней в этих средах, построения и проверки физической и математической моделей плазмы, и получения отсутствующих в литературе констант элементарных процессов.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование спектральных, временных, пространственных и температурных характеристик люминесценции плотных парометаллических сред, образующихся при бомбардировке металлического Сс1 и 7л заряженными частицами высокой энергии, и изучение процессов формирования инверсии в этих средах при термическом и распылительном способах получения парометашшческой плазмы при ядерной накачке.

Для достижения поставленной цели были решены следующие конкретные задачи:

1. Разработана и создана экспериментальная установка для изучения спектрально-временных, температурных, и пространственных характеристик парометаллической плазмы, создаваемой импульсным электронным пучком при бомбардировке мишеней из металлического Сс1 и Ъа.

2. Проведен цикл исследований спектральных характеристик люминесценции плотной 3Не-2п и 3Нс-Сс1 плазмы, в температурном диапазоне 70-500 °С при возбуждении продуктами 3Не(п, р)3Т ядерной реакции.

3. Измерены времена высвечивания отдельных уровней Сс11, Сс1 II, Хп I и 7п11 в Не-гп и Не-С<1 плазме высокого давления, и определены константы тушения бейтлеровских уровней ионов Сс1 II и Хп\1 буферным газом (Не) и другими инертными газами.

4. Измерены спектральные, температурные и пространственные характеристики металлической плазмы Сс1 и Хп, образующейся при бомбардировке парометаллических мишеней быстрыми электронами, а-частицами изотопного источника плутоний-238 и продуктами 3Не(п,р)3Т нейтронной ядерной реакции.

5. Разработана кинетическая модель плазмохимических процессов для плотной Не-7п и Не-С<1 плазмы, возбуждаемой продуктами 3Не(п, р)3Т нейтронной ядерной реакции и быстрыми электронами, и проведены компьютерные расчёты люминесцентных характеристик такой плазмы.

6. Проведены расчёты методом Манте-Карло для мишеней из Сс1 и Ъа. зоны диссипации кинетической энергии падающих быстрых электронов на поверхность металла.

Научная новизна

Научная и практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Впервые получена информация по временным характеристикам ионо-стимулированной люминесценции подогретых металлических мишеней

из Zn и Cd при их распылении импульсным электронным пучком высокой энергии.

2. Создана установка на основе малогабаритного ускорителя "Арина-2", дифракционного спектрометра МДР-23, быстрого цифрового осциллографа "Rigol 5022МЕ" и специальной вакуумной камеры, предназначенная для исследования спектрально-временных, температурных и пространственных характеристик ионно-фотонной эмиссии металлов, возникающей при распылении подогретой металлической мишени импульсным пучком быстрых электронов.

3. Измерены константы тушения бейтлеровских уровней ионов Cdll инертными газами Ar, Ne, Хе и молекулами СС14.

4. Измерены константы тушения бейтлеровских уровней иона Znll собственным атомами Zn, буферным газом Не и примесным газом Ar.

5. Выполнены расчеты методом Монте-Карло зоны диссипации кинетической энергии при бомбардировке плоской мишени из металлического Zn и Cd пучком быстрых электронов с энергией Ее = 150кэВ при нормальном падении их на поверхность.

Практическая значимость работы

Результаты проведенных исследований спектрально-кинетических, пространственных и температурных характеристик плазмы, возникающей при бомбардировке мишеней из металлического Cd и Zn заряженными частицами высокой энергии могут найти применение при создании нового типа лазера с ядерной накачкой, основанного на эффекте ионной эмиссии металлов при бомбардировке высокоэнергетичными частицами. Положения и результаты, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований спектральных и температурных характеристик люминесценции 3He-Zn и 3He-Cd парогазовых смесей, возбуждаемых продуктами нейтронной He(n, р) Т ядерной реакции при распылении и испарении металлической мишени.

2. Результаты экспериментальных исследований спектральных, временных, температурных и пространственных характеристик люминесценции Не-Cd, возбуждаемой импульсным электронным пучком и а-частицами изотопного источника плутоний-238.

3. Результаты измерений констант тушения бейтлеровских уровней ионов CdlI буферным газам (Не), инертными газами Ar, Ne, Хе и молекулами СС14.

4. Результаты измерений констант тушения бейтлеровских уровней иона Znll буферным газом (Не), собственными атомами Zn и примесным газом Аг.

5. Результат расчетов методом Манте-Карло зоны диссипации кинетической энергии быстрых электронов при бомбардировке мишени из металлического Zn и Cd.

6. Механизм возбуждения бейтлеровских уровней ионов CdlI, Znll при распылении подогретых металлических подложек ядерными частицами высокой энергии.

Авторский вклад

Автор принимал активное участие в модернизации экспериментальных установок и проведении измерений, и выполнил основной объем по математической обработке и анализу результатов измерений. Все выносимые на защиту результаты и положения диссертационной работы получены при его непосредственном участии. Апробация работы

Полученные результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на IV международной конференции "Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы "(2007 г., ГНЦ РФ-ФЭИ, г. Обнинск); на научных сессиях МИФИ (секция "Лазерная физика") в 2007, 2008, 2009 и 2010гг.; на международной конференции ДААД-2009(МИФИ, 6-8 ноябре 2009 г.).

Публикации

Полученные в диссертации результаты изложены в 8 печатных работах[13-20], из них 3 статьи в реферируемых журналах, 1 статья - в Трудах IV международной конференции "Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы", и 4 статьи - в сборниках трудов научных сессий МИФИ 2007,2008,2009 и 2010 гг. Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержание работы изложено на 170 страницах, включая 69 рисунков и 12 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Краткое содержание работы Во введении обсуждаются актуальность рассмотренных задач, сформулирована цель диссертационной работы, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе диссертации дан общий обзор литературы по теме диссертации. В ней рассматриваются основные физические процессы, протекающие в плотных газовых средах при бомбардировке металлической мишени ядерными частицами высокой энергии и быстрыми электронами. Показано, что преобразование энергии ядерных частиц в световое излучение атомов мишени и буферного газа происходит в многоступенчатом процессе, включающем процессы торможения частиц в буферном газе, образование плотной низкотемпературной плазмы буферного газа, бомбардировку поверхности металлической мишени ядерными частицами и возбужденными состояниями буферного газа ( ионами, метастабильными атомами ), приводящей к эмиссии возбужденных ионизированных и нейтральных атомов металлической мишени.

Создаваемая в буферном газе ядерно-возбуждаемая плазма характеризуется высокой плотностью, низкой температурой электронов, низкой степенью

ионизации и трековой структурой. Именно в пределах объема трека происходит передача кинетической энергии ядерной частицы буферному газу в виде образования ионов, возбуждённых атомов и быстрых 5-электронов. Кинетика плазменных процессов, протекающих в треках частиц, определяется многочастичными столкновениями, рекомбинационными процессами, пленением резонансного излучения и диффузией вторичных заряженных частиц. Параметры образующейся плазмы слабо зависят от удельного энерговклада в газ до момента начала перекрытия треков. Характерное время жизни трека - 0.1~1мкс.

При бомбардировке металлической мишени заряженными частицами высокой энергии возникают структурные изменения материала, связанные с образованием различных дефектов кристаллической решётки - появлением вакансий, внедренных и замещенных атомов, тепловых клиньев и клиньев смещения, распылением мишени. Этот процесс сопровождается вторичной электронной, ионной и фотонной эмиссией, обусловленной значительной ионизацией и электронным возбуждением атомов кристаллической решетки(рис.1). Скорость эрозии поверхности мишени при бомбардировке зависит от многих факторов, в том числе от материала мишени, состояния поверхности, кинетической энергии бомбардируемых частиц и т.д. Источником светового излучения являются атомы и ионы, вылетающие из мишени в возбужденном состоянии. Спектральный состав излучения состоит из

Рис.1. Источники светового излучения при бомбардировке металла заряженными частицами высокой энергии.

®-Первичная частица; *,о,о*-Вторичные частицы; /IV!- излучение распыленных возбуждённых частиц, Лу2- излучение рассеянных или отраженных первичных частиц; 1пЗ- излучение объемных дефектов, созданных бомбардировкой. 1м4- излучение десорбированных частиц. Аизлучение возбуждённых молекул.

отдельных спектральных линий атомов и ионов мишени, молекулярных полос и континуума(рис.2). Возникающее при распылении мишени излучение сосредоточено в области пространства, примыкающей к облучаемой быстрыми частицами поверхности мишени и имеющей толщину <10мм.

Распыление металлов заряженными частицами позволяет получать при комнатных температурах концентрации труднолетучих металлов таких, как Си, А1, Мо, XV, и (~ 1014 атом/см3) в количествах, достаточных

для работы лазерных трубок при пониженных или даже комнатных температурах. Такие лазеры обладают улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с парометаллическими лазерами традиционного типа с внешним разогревом рабочего металла.

Во второй главе описаны экспериментальные установки, оборудование, методики, использованные в диссертационной работе для измерений температурных, спектральных, временных и пространственных характеристик люминесценции распылительной плазмы, возникающей при бомбардировке мишеней из металлического кадмия и цинка быстрыми электронам ( Ее=150 кэВ), альфа-частицами радионуклида 238Ри и продуктами нейтронной

3Не(п,р)3Т ядерной реакции.

Измерения временных характеристики люминесценции производились в режиме импульсного распыления - пучком быстрых электронов электронного ускорителя "Арина-2" ( энергия электронов Ее =150 кэВ, амплитуда импульса тока 1е= 500А, длительность импульса Т„= 3-5 не). Блок-схема экспериментальной установки показана на рис.3. Установка состоит из двух

I (отн.ед.)

? ^

A S

M'

370 4333 S0ÎO SOIB 593 ЙИО

Рис.2. Спеетр люминесценции метали-ческого U при бомбардировке ионами Аг+ с энергией 400 кэВ.( Phys.Rev.Lett. V.39. No.19. Р. 1192)

камер (1) и (2), соединённых между собой и с системой откачки, напуска и очистки газа(8). При работе системы очистки газ с помощью циркуляционного насоса последовательно прокачивается через обе камеры и фильтр из титановой губки. Камера(1) предназначена для измерения временных характеристик люминесценции. В ней возбуждение исследуемого объекта производится с помощью электронного ускорителя (5) с энергией электронов Ее~150 кэВ, длительностью импульса т = Знс и пиковым током 1~500А. Камера (1) имеет два окна из кварца и установлена на входной щели монохроматора (3). Световое излучение выходит через окно и регистрируется фотоумножителем ФЭУ1, работающим в токовом режиме. Форма импульса тока записывается с помощью осциллографа(9). Камера (2) имеет источник а-частиц для возбуждёния объекта. Внутри камеры находится фольга из С<Л и нагреватель с термопарой (12), расположенные напротив источника а частиц. Постоянство температуры нагревателя поддерживается с помощью терморегулятора(П). Камера (2) установлена на входной щели монохроматора (4). Световое излучение выводится через кварцевое окно и регистрируется охлаждаемым фотоумножителем ФЭУ2, работающим в режиме счёта фотонов и частотомером (10).

Рис.3. Схема экспериментальной установки для изучения характеристик люминесценции распылительной плазмы, образующейся при бомбардировке мишеней из металлического Сс1 или Тп а-частицами 238Ри и быстрыми электронами.

При работе обе камеры после вакуумной откачки заполняются буферным газом (гелием) и в процессе измерений непрерывно производится его очистка.

Измерения спектров люминесценции и пространственных распределений интенсивности светового излучения производились в режиме непрерывного распыления мишени потоком альфа-частиц с энергией 5.3 МэВ от изотопного источника 238Ри и продуктами 3Не(п,р)3Т нейтронной ядерной реакции. Для инициирования ядерных реакций использовались тепловые нейтроны ядерного реактора ИРТ МИФИ. Схема установки показана на рис.4. Отпаянная кварцевая кювета(2), заполненная газообразным 3Не и содержащая навеску металлического Сс1 или Ъл, помещалась в электрическую печь коаксиальной конструкции(З) и опускалась по специальному загрузочному каналу(4) в зону облучения тепловыми нейтронами(1). Загрузочный канал был присоединен к оптическому каналу(5), по которому световое излучение кюветы выводилось до монохроматора (7) с помощью зеркал(б). Световое излучения регистрируется

фотоумножителем (8), работающим в

одноэлектронном режиме. Управление спектроскопическим комплексом осуществлялось микро ЭВМ ДЗ-28 и персональным компьютером IBM PC (10). При работе на максимальной мощности реактора ( Рреактора = 2500 кВт ) ПОТОК ТеПЛОВЫХ нейтронов в месте расположения кюветы составлял около 8-Ю11 нейтрон /см2.с. Температура нагрева кюветы контролировалась хромель-копелевой термопарой и регулировалась автоматически регулятором температуры Щ-4231. Максимальная температура нагрева составляла 500°С. Обычно, кюветы наполнялись гелием-3 до давления 650 Topp. Перед наполнением на боковые

Рис.4. Установка "Оптический канал ИРТ"

стенки кюветы в вакууме термическим способом распылялся исследуемый металл (Cd, Zn) до образования непрозрачной зеркальной пленки в количестве 0.5 г. В экспериментах использовались чистые металлы - изотопы "6Cd и 64Zn. С помощью одной кюветы можно было измерить температурную зависимость спектра люминесценции парометаллической среды 3He-Cd или 3He-Zn.

В третьей главе приводятся результаты исследований люминесцентных характеристик плотной He-Cd плазмы. В ней представлены спектральные и температурные характеристики плазмы, образующейся при бомбардировке металлического кадмия ядерными частицами высокой энергии - продуктами 3Не(п.р)3Т нейтронной ядерной реакции и а-частицами 238Р при постоянной концентрации газа гелия-3 в кювете, равной 2.3-1019 см"3 при температурах кюветы от 70°С до 480°С в условиях непрерывно действующей накачки при облучении кюветы потоком тепловых нейтронов 8-10п тепл.нейтр/см2.с.

На установке с изотопным источником а-частиц 238Ри работы проводились в атмосфере гелия-4 в температурном диапазоне 20 - 290°С при различных концентрациях газа в камере ( 2.69-10,8см"3 - 6.75-1019см"3 ) в условиях непрерывно действующего облучения кадмиевой мишени потоком а-частиц.

Было обнаружено, что при распылении подогретой до температуры 220-250°С кадмиевой мишени наблюдается аномально высокое селективное заселение бейтлеровских уровней иона Cdll, в (5-7) раз превышающее заселение этих уровней в парогазовых смесях оптимального состава ( Топт =320°С, Pcd = 0.1 Торр)(рис.5).

Рис.5. Аппаратурный спектр люминесценции, наблюдаемый при бомбардировке металлического

кадмия а-частицами 238Ри с энергией 5 МэВ при температуре фольги 240 °С и давлении буферного газа гелия Рнс= 600 Topp (а), и участок спектра Х=323-328 нм, измеренный с высоким разрешением при тех же условиях(б).

Uli

(а)

Ч

Интенсивность бейтлеровских спектральных линий при бомбардировке ядерными частицами подогретой кадмиевой мишени зависит экспоненциально от температуры поверхности Сс1, возрастая многократно при температурах, превышающих 150-160°С, и слабо зависит от давления буферного газа:

1~ ехр (-В/кТ)

Здесь I- интенсивность линии; Т- температура С<Л, К; В-энергия активации данного процесса. В=72 кДж/моль для линии >=441.6 нм. (рис.6,7).

I, отн.ед.

10000,

1,105 нмп^с

20 22 24 26 28 30 32 34 3 6 38 40 4 2 44 1/кТ, эВ1

Рис.6. Температурная зависимость интенсивности бейтлеровских линий Cdll при распылении металлического кадмия а-часгицами. при давлении гелия 300 Topp. □ - 441.6 нм, • - 325.0 нм (вместе с неразрешенной резонансной линией Cdl 326.1 нм).

500

т,°с

Рис.7. Интенсивность спектральных линий Cdll ( 441,6 нм) при разных температурах кюветы при возбуждении продуктами 3Не(п,р)3Т ядерной реакции. Кривая (1) -при распылении Cd плёнки; (2) -для парогазовой He-Cd смеси. Давление 3Не- 650 Topp.

При температуре мишени 240°С и различных давлениях буферного газа гелия - от 76 Topp до 2280 Topp, измерены времена жизни бейтлеровских уровней иона Cdll в чистом гелии и в гелии с контролируемыми примесями газов Ne, Ar, Хе и СС14 при бомбардировке металлического кадмия импульсным электронным пучком с энергией 150 кэВ и длительностью 3 нс(рис.8). Определены константы столкновительного тушения 5s2 2D5/2, 5s2 2Озд уровня Cdll атомами Не, Ne, Ar и ССЦ, равные соответственно 9.3-10" 15/[Cd] см6/с (Не), 8.1-10"|2см3/с (Ar), 1.2-10"12 см3/с (Хе), 1.51013 см3/с (Ne) и 1.8-10"10 см3/с ( СС14, только для 5s2 2D3/2 Cdll уровня, Х=325нм) и определены интегральные константы тушения люминесценции иона Cdll (Х=441.6 нм )

/.в 0.8

0.7

0.6

0.5

примесными газами Ar, Ne, Хе и ССЦ при давлении буферного газ гелия 760 Topp, учитывающие столкновительное тушение примесями и изменение кинетики плазмохимических процессов в буферном газе за счет участия атомов примесных газов в цепочке плазмохимических реакций.

Рис.8. Временные осциллограммы импульсов люминесценции иона Cdll на длине волны Х= 442 нм при возбуждении импульсным электронным пучком (Ее =150 кэВ, Т„ = 3 не, Ted = 240 °С). 1- Не (760 Topp); 2- Не (760 Торр)+ Ne (1 Topp); 3- Не( 760 Торр)+ Хе (2 Topp) 4-Не(760 Торр)+ Ar (10 Topp); 5-Не(760Торр)+СС14(1 Topp).

□ 0.8 е

я 0.4

В

К

\

т-1-1-1-1-Г-

0 4 9 12 16 2с

Расстояние, мм

Рис.9. Пространственные распределения плотности возбужденных ионов Cdll, излучающих на длинах волн 325 нм, 441.6нм и 274.9 hm. 325 нм; А-441.6 нм; • - 274.9 нм. По оси абсцисс отложено расстояние от поверхности мишени в мм. Распыление металлического Cd производится при температуре мишени 240 "С и давлении Не 1900 Topp при бомбардировке а-частицами.

Измерены пространственные распределения плотности возбужденных ионов СсШ при распылении металлического Сс1 а-частицами в атмосфере гелия для долгоживущих (325нм, 441.6 нм) и короткоживущей (274.9 нм) линий иона СсШ. Для всех спектральных линий область свечения распыленных частиц занимает прилегающее к мишени пространство толщиной -10 мм (при давлении гелия 1900 Торр)(рис.9). Для парогазовой Не-С<1 смеси проведены квазистационарные расчеты температурных зависимостей интенсивности бейтле-ровской линии 441.6 нм иона СсШ при различных начальных концентрациях атомов кадмия при накачке продуктами 3Не(п.р)3Т ядерной реакции. Результаты расчетов сравнивались с

экспериментальными значениями.

Наилучшее совпадение расчетных данных

I, ю5 имп^с

10-,

5-

0

Рис.10. Интенсивность линии X = 441.6 нм как функция температуры кадмиевой пленки.

1- экспериментальные значения.

2- результаты расчета при концентрации С(1, превышающей в 3 раза соответствующие температурные концентрации.

для парогазовой смеси 1

100

200

300

400

500 т, °с

и

экспериментальных данных, полученных в условиях действия распылительного механизма кадмиевой мишени, наблюдалось в случае, если начальные концентрации атомов Сс! в парогазовой смеси превышали в 3 раза соответствующие температурные концентрации(рис.Ю). Для парогазовой Не-Сс1 смеси проведены расчеты интенсивности линии X = 442 нм иона СсШ как функции времени при накачке коротким (Знс) импульсом быстрых электронов (Ее =150 кэВ) для различных давлений буферного газа и концентрации атомов Сс1 в смеси 2.7-1014 см"3. Проведена оценка относительного вклада в заселение бейтлеровского 5б2 205/2 уровня СсШ за счет распыления и поверхностной ионизации компонентами гелиевой плазмы при бомбардировке мишени электронным пучком в атмосфере гелия. Этот вклад зависит от давления гелия и в интервале давлений газа 0.25-2.5 атм описывается линейной зависимостью а = 0.28 + 0.23-Р, где Р-давление Не в атм.

В четвертой главе приводятся результаты исследования люминесцентных характеристик плотной Не-2п плазмы. В ней представлены экспериментальные результаты, полученные на установке "Оптический канал ИРТ" при температуре кюветы от 70°С до 600°С и концентрации гелия-3 в ней 2.3-10"см'3 При низких температурах кюветы (< 400°С) люминесценция Не-гп смеси определялась продуктами бомбардировки металлической плёнки. При температурах выше ТПЛ=419°С плёнка испарялась и люминесценция определялась процессами объемного возбуждения парогазовой смеси.

Было обнаружено, что при температурах пленки -(0.5-0.7)-ТПЛ ( здесь Тщ, -температура плавления Тп), возникает механизм аномально высокого заселения бейтлеровских 4б2 205/2,з/2 уровней иона ZnII и 43Р] атомарного уровня Ъп\, превышающих заселенность этих уровней в парогазовой Не^п смеси при

оптимальных температурных условиях накачки.( таблица!, рис.11).

Длина волны (нм) 200°С 265°С 275°С 310°С 393°С

250.2 533 2733 1412 2790 12060

255.7 1385 7713 3827 7686 34770

307.6 928 1505 1751 1112 4367

328.5 130 241 5706

330.5 252 237 609 15260

334.5 100 372 939 25910

468 110

472.2 229

481 336

589.4 1162 5270 16260 19890 33580

610.2 329 269 226 396

621.4 329 1040 2837 3232 5485

636.5 106 325 922 2055 62680

747.8 386 1166 7410

758.8

773

I (отвд.)

2x10'-

1x10'

200 300 400 500 600 700

т,°с

Рис.11. Температурная зависимость интенсивности бейтлеровской линии 589.4 нм Znll при распылении металлической пленки(и) и объемном возбуждении 3He-Zn смеси(А) продуктами 3Не(п,р)3Т ядерной реакции. Пунктирной линией показаны расчетные значения интенсивности этой линии при [3Не] =2.3-1019см"3, Г=3-1018ион/см3.с, f=1.53Ю18атом/см3.с, [Zn] - определяется температурой кюветы.

Температурная зависимость интенсивности I бейтлеровских линий в диапазоне 170-380°С описывается экспоненциальным законом:

I ~ ехр(- В/kT).

Здесь В=0.7 эВ -энергия активации данного процесса, эВ; k = 8.6153-10"5 эВ/град - постоянная Больцмана;Т - абсолютная температура цинковой пленки, К.

Используя установку с ускорителем электроноа "Арина-2" измерены времена жизни возбужденных уровней иона Zn II и 4р 3Pi уровня Zn I при бомбардировке мишени из металлического цинка импульсным пучком быстрых электронов с энергией 150 кэВ и длительностью 3 - 5 не. при нескольких

фиксированных температурах мишени в диапазоне от 300°С до 370°С и при давлениях буферного газа 0.25 атм, 0.5 атм, 0.75 атм, 1.0 атм, 1.25 атм и 1.5 атм. В качестве буферного газа использовался чистый Не и Не с контролируемыми добавками Аг(рис.12,13).

Рис.12. Осциллограммы импульсов люминесценции для перехода с верхнего бейтлеровского уровня Зй^2 203/2 ( Х.=589.4 нм) при разных температурах мишени, (а)- 260 °С, (б)-320 °С, (в)-330 °С, (г)-340 "С, (д)-350 "С, (е)-360 °С, (ж)-370 °С, (з)-380 °С. Концентрация атомов буферного газа Не равна 2.6910|9см'3.

Рис.13. Осциллограммы импульсов люминесценции He-Zn-Ar смеси (Х=589.4 нм, верхний бейтлеровский уровень) при разных парциальных давлениях Ar. (а)- 0 Topp, (б)- 0.1 Topp, (в)- 0.4 Topp, (г)- 0.7 Topp, (¡0- 1 Topp, (е)- 2 Topp, (ж)- 3 Topp, (з)- 5 Topp. Температура мишени - 350°С, Концентрация атомов буферного газа Не равна 2.691019 см"3.

Эти результаты позволили определить вид функции накачки верхнего бейтлеровского Зс194з2 203д и нижнего Зс1104р 2Р1Д уровней перехода А.=589.4 нм для разных значений температуры Тп мишени и давлений буферного газа Не. Было обнаружено, что функция накачки содержит две компоненты - быструю и медленную. Быстрая компонента связана с процессами поверхностной ионизации, происходящими на поверхности мишени. Быстрая компонента существует в течение ~ 0.5 мкс после окончания электронного импульса. При постоянной концентрации буферного газа (~2.71019см'3) увеличение

температуры мишени от 260°С до 380°С приводит к её росту, связанным с увеличением концентрации нейтральной компоненты Znl с ростом температуры мишени. В условиях наших экспериментов быстрая компонента функции накачки может быть также связана с процессами ионизации Пеннинга с участием Не(2'Р) атомов и Zn. Медленная компонента возникает спустя ~1 мкс после окончания импульса электронов, имеет длительность ~1 мкс и обусловлена объемными плазмохимическими процессами в буферном газе.

Определены отсутствующие константы столкновительного тушения бейтлеровского 3d94s2 2D3/2 уровня атомами буферного газа Не(рис.14) и атомами Zn: КНс =1.59-10"14 cmV, KZn = 9.02-10"10 cmV. Измерен интегральный коэффициент тушения К этого уровня примесным газом Ar, учитывающий как столкновительное тушение уровня Ar, так и снижение накачки из-за участия примесного газа в цепочке плазмохимических реакций.

Ка, =3.8214-10_u cmV (для Рне= 760 Topp при комнатной температуре).

В главе приводится модель кинетических процессов в плотной 3He-Zn парогазовой смеси при высоких температурах и представлены результаты расчета компонент 3He-Zn плазмы и спектров люминесценции для условий экспериментов на реакторах ИРТ-МИФИ и ВИР-2М. Спектральный состав излучения рассчитывался с учетом по уровневой кинетики для наиболее ярких спектральных линий люминесценции 3He-Zn смеси, наблюдавшихся экспериментально при высоких температурах. Совпадение в температурном диапазоне 200-600°С расчетных значений с экспериментальными имело место только в том случае, если в расчете использовались завышенные значения

l/t ,мкс-1

давление гелии, атм

Рис.14. Зависимость обратного времени жизни уровня 4в2 2Бзл Хп11 от давления Не. Тт=350 "С.

скоростей образования ионов Не+, равные концентрации ионов Не+ в треке отдельной частицы.

Пространственные характеристики люминесценции, возникающей при бомбардировке мишени из металлического цинка импульсным пучком быстрых электронов, исследовались фотографическим методом. Снимки, сделанные при

различных температурах мишени и давлениях Не, приведены на рис.15.

■■

Рис.15 Фотографии области люминесценции He-Zn смеси при бомбардировке

быстрыми электронами при разных давлениях буферного газа Не и температурах мишени.

(а) РНс -0.125 атм, Т-220 "С,

(б) Р№ -0.125 атм, Т-330 °С,

(в) Рне -0.125 атм, Т-380 "С,

(г) Рнс -0.25 атм, Т-220 °С,

(д) РНс -0.25 атм, Т-330 "С,

(е) РНе -0.25 атм, Т-380 °С.

Пятая глава - заключительная. В ней рассматриваются основные источники световой эмиссии при бомбардировке металлической мишени частицами высокой энергии, представлены расчеты методом Монте_Карло траекторий движения быстрых электронов ( Ео=120 кэВ) в металлическом Cd и Zn и определены размеры зоны диссипации их энергии, обсуждаются особенности световой эмиссии атомов и ионов металлов Cd и Zn при бомбардировке высокоэнергичными частицами.

гШж§

................M¡,

ф*

УУ:

Ш

(а)

Рис.16. Результаты расчета с помощью программы "Casino" для мишени из Zn траекторий движения электрона (а) и зоны диссипации кинетической энергии электронов (б) при бомбардировке электронами энергией 120 кэВ.

Последний параграф этой главы посвящен рассмотрению перспектив использования явления распыления мишеней из металлического Cd и Zn в лазерах с ядерной накачкой. Основные результаты работы

Среди наиболее значимых результатов диссертационной работы можно выделить следующие.

1. Впервые экспериментально обнаружено, что при бомбардировке мишеней из металлического кадмия и цинка при температурах мишени ~ (0.5-0.7)-Тпл, где Тпл - температура плавления металла наблюдается аномально высокое селективное заселение бейтлеровских уровней ионов металлов, в 5-7 раз превышающее заселенность этих уровней в парогазовых смесях оптимального состава. Интенсивность бейтлеровских спектральных линий зависит экспоненциально от температуры поверхности мишени, возрастая многократно при температурах, превышающих 150-160°С, и слабо зависит от давления буферного газа:

I - exp (-В/кТ)

Здесь I - интенсивность линии; Т - температура мишени, К; В - энергия активации данного процесса. В=72 кДж/моль для линии Х.=441.6 hm(Cdll) и ~ 70 кДж/ моль для линии 589.4 hm(Znll).

2. При температуре мишени 240°С (Cd) и 300°С- 370°С (Zn) и различных давлениях буферного газа гелия - от 76 Topp до 2280 Topp, измерены времена жизни бейтлеровских уровней ионов Cdll и Znll в чистом гелии и в гелии с контролируемыми примесями газов Ne, Ar, Хе и ССЦ (Cd) и Ar (Zn) при бомбардировке импульсным электронным пучком с энергией 150 кэВ и длительностью 3 не. Определены константы столкновительного тушения 5s2 2D5/2, 5s2 2D3/2 уровня Cdll атомами He,Ne, Ar и ССЦ, равные соответственно 9.3-10'ls/[Cd] см6.с"' (Не), 8.1-10"12см3/с (Ar), 1.2-1012 см3/с (Хе), 1.5'10'13 см3/с (Ne) и 1.8-10'10 см3/с (ССЦ, только для 5s2 2D3/2 Cdll уровня, А.=325нм).

Определены интегральные константы тушения люминесценции иона Cdll (>.=441.6 нм) примесными газами Ar, Ne, Хе и СС14 при давлении буферного газ гелия 760 Topp, учитывающие столкновительное тушение примесями и изменение кинетики плазмохимических процессов в буферном газе за счет участия атомов примесных газов в цепочке плазмохимических реакций.

Проведена оценка относительного вклада в заселение бейтлеровского 5s2 2D5/2 уровня Cdll за счет распыления и поверхностной ионизации компонентами гелиевой плазмы при бомбардировке мишени электронным пучком в атмосфере гелия. Этот вклад зависит от давления гелия и в интервале давлений газа 0.252.5 атм описывается линейной зависимостью а = 0.28 + 0.23-Р, где Р -давление Не в атм(Температура мишени = 240°С).

3. Измерены времена жизни возбужденных уровней иона Znll и 4р 3Pi уровня Zn I при нескольких фиксированных температурах мишени в диапазоне от 300°С до 370°С и при давлениях буферного газа 0.25 атм, 0.5 атм, 0.75 атм, 1.0 атм, 1.25 атм и 1.5 атм. В качестве буферного газа использовался чистый Не и Не с контролируемыми добавками Ar. Определены отсутствующие константы столкновительного тушения бейтлеровского 3d94s2 2D3/2 Znll уровня атомами буферного газа Не и атомами Zn: КНе =1.59-10"14 см3-с'', KZn = 9.02-Ю"10 см3-с"'. Измерен интегральный коэффициент тушения К этого уровня примесным газом Ar, Кдг =3.8214-Ю'11 см3-с"'( для Рне= 760 Topp при комнатной температуре)

4.Рассмотрены основные физические процессы, протекающие в плотных газовых средах при бомбардировке металлической мишени ядерными частицами высокой энергии и быстрыми электронами. Распыление металлов заряженными частицами позволяет получать при комнатных температурах концентрации труднолетучих металлов таких, как Ag, Си, AI, Mo, W, U(~ 1014 атом/см3) в количествах, достаточных для работы лазерных трубок при пониженных или даже комнатных температурах. Такие лазеры обладают улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с парометалли-ческими лазерами традиционного типа с внешним разогревом рабочего металла.

Для парогазовых He-Cd и He-Zn смесей разработана модель кинетических процессов и проведены квазистационарные расчеты температурных зависимостей интенсивности бейтлеровских линий (441.6нм Cdll, 589.4 нм Znll) при различных начальных концентрациях атомов металла. Результаты расчетов сравнивались с экспериментальными значениями.

5. Измерены пространственные распределения плотности возбужденных ионов Cdll при распылении металлического Cd а-частицами в атмосфере гелия для долгоживущих (325нм, 441.6 нм) и короткоживущей (274.9 нм) линий иона Cdll. Для всех спектральных линий область свечения распыленных частиц занимает прилегающее к мишени пространство толщиной -10 мм (при давлении гелия 1900 Topp).

6. Методом Монте-Карло проведены расчеты траекторий движения электронов и области диссипации кинетической энергии в мишени из металлического Zn и Cd при её бомбардировке электронами с энергией - 150 кэВ.

7. Проведена модернизация экспериментальных установок "Оптический канал ИРТ" и установки на основе малогабаритного ускорителя электронов "Арина-2", что позволило провести исследования спектрально-кинетических, температурных и пространственных характеристик люминесценции, возникающей при бомбардировке мишеней из металлического кадмия и цинка продуктами 3Не(п,р)3Т нейтронной ядерной реакции, а-частицами радионуклида 238Ри и импульсным пучком быстрых электронов с энергией 150 кэВ.

Основные публикации по теме диссертации

1. Миськевич А.И., Лю Тао. Саламаха Б.С. Люминесцентные характеристики плотной 3He-Zn плазмы при ядерный накачке.// Tp.IV международной конф. "Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы". 18-21 сент. 2007 г., г. Обнинск, т.1. с.73-80.

2. Миськевич А.И., Лю Тао. Температурные характеристики люминесценции плазмы 3He-Zn высокого давления при ядерной накачке // Оптика и спектроскопия. 2008. т.105. В.5. с.755-763

3. Миськевич А.И., Лю Тао. Влияние примесей Ar, Ne, Хе и ССЦ на кинетику люминесценции иона Cdll (переход 5s2 2D5/2-5P 2Р3/2 Х=441.6 нм ) в He-Cd смеси // Оптики и спектроскопия. 2009. т. 107. №.1. с.48-52.

4. Миськевич А.И., Лю Тао. Кинетика люминесценции при распылении металлического Cd импульсным пучком быстрых электронов в среде гелия // Журнал технической физики. 2010. т.80. №.2. с.105-110.

5. Миськевич А.И., Лю Тао. Спектрометрическая установка для измерения характеристик распылительной плазмы.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2008", т.2.с.88

6. Миськевич А.И., Сламаха Б.С., Лю Тао. Люминесцентные характеристики распылительной плазмы.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2008", Т.2.С.58

7. Лю Тао, Миськевич А.И.. Эмиссия возбужденных ионов при распылении металлического кадмия ядерными частицами.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2009", т.2.с.236

8. Миськевич А.И., Гуо Цзинь Бо, Лю Тао, Спектроскопический комплекс для изучения процессов возбуждения активных сред эксимерных и парометаллических ионоэмиссионных лазеров с ядерной накачкой.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2010", т.2.с.195.

Подписано в печать:

19.05.2010

Заказ № 3 765 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11 -й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ - ПРОДУКТОВ ЯДЕРНЫХ

РЕАКЦИЙ - В СВЕТОВОЕ И ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

1.1 Элементарные процессы взаимодействия заряженных частиц высокой энергии с веществом.

1.2 Плазмохимические процессы в плотных газовых и парогазовых средах и механизмы создания инверсной заселенности.

1.3 Радиационные эффекты в твердых телах при прохождении заряженных частиц высокой энергии.

1.4 Эмиссия светового излучения, возникающая при бомбардировке твердых тел частицами высокой энергии.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ, ОБОРУДОВАНИЕ,

МЕТОДИКИ.

2.1 Установка для исследования спектральных, временных, температурных и пространственных характеристик люминесценции распылительной плазмы, образующейся при бомбардировке мишеней из металлического Cd или Zn а-частицами Ри и быстрыми электронами с энергией 150 кэВ.

2.2 Установка для исследования люминесценции парометаллических сред Не-Cd и He-Zn, возбуждаемой продуктами He(n,p) Т ядерной реакции.

2.3 Методика проведения измерений временных осциллограмм.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОТНОЙ He-Cd

ПЛАЗМЫ.

3.1 Спектральные и температурные характеристики люминесценции.

3.2 Пространственные и временные характеристики.

1) Пространственные распределения.

2) Спектрально-временные распределения. а) Константа столкновительного тушения буферным газом Не. б) Интегральные константы тушения люминесценции примесными газами Ar, Ne, Хе и ССЦ. в) Константы столкновительного тушения 5s" D5/2 Cdll уровня газами Ar, Ne, Хе и ССЦ. г) Относительный вклад распылительного механизма в заселение 5 s"

D5/2 Cdll бейтлеровского уровня.

3.3.Выводы

ГЛАВА 4. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОТНОЙ He-Zn ПЛАЗМЫ.

4.1 Спектральные и температурные характеристики люминесценции.

1) Область температур от комнатной до 350°С.

2) Область температур от 400°С и выше.

4.2 Временные и пространственные характеристики.

1)Уровень 3d94s2 2Dш.

2)Уровень 3d104p 2Р1/2.

4.3 Выводы

ГЛАВА 5. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МИШЕНИ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ.

5.1 Физический процесс распыления металлической мишени частицами высокой энергии.

5.2 Ионная эмиссия металлической мишени при бомбардировке высокоэнергичными частицами.

5.3 Перспективы использования явления распыления металлического мишени в He-Zn и He-Cd активных средах.

Прямое преобразование энергии ядерных реакций в световое излучение представляется важной технической задачей, имеющей большие практические применения. Её решение позволит создать высокоэффективные энергонасыщенные источники когерентного и некогерентного светового излучения.

Одноступенчатый характер преобразования энергии ядерных частиц в световое изучение, минуя промежуточные стадии тепловой, механической и электрической энергии, обладает более высоким КПД, а устройства на его основе имеют низкие весогабаритные характеристики по сравнению с аналогичными устройствами традиционного типа.

Разработка лазеров на основе ядерных источников энергии, использующих принцип прямого преобразования энергии ядерных реакций в световое излучение, была начата в 1961 году практически среду после появления лазера как такового[1]. В литературе эти лазеры называются лазерами с ядерной накачкой (в литературе на английском языке - DNP лазерами или NPL, аббревиатура слов Direct Nuclear Pumped или Nuclear Pumped Lasers). Потребовались многолетние усилия различных групп исследователей в СССР и США прежде чем была подтверждена экспериментально возможность осуществления ядерной накачки газовых сред [2-4].

Первый лазер с ядерной накачкой был запущен в 1973 году в СССР (ВНИИЭФ, г. Саров). Лазер работал на переходах Хе1( длина волны генерации ~ 3 мкм) за счет энергии деления ядер урана-235, активная среда представляла собой бинарную смесь газов Не и Хе высокого давления нескольких атмосфер). В последующие годы в качестве активных сред стали использовать различные смеси благородных газов, молекулярных газов, смесей гелия с парами металлов и благородных газов с галогенами[5-8]. Число таких активных сред уже приближается к 50, генерация получена в диапазоне длин волн от 391нм до 10.6 мкм, значительно повышены энергетические характеристики лазеров — пиковая мощность генерации достигает 100 кВт при удельном энергосъёме ~ 1Дж с 1 л активной среды, в стадии испытаний находятся установки 100 кДж диапазона - ИКАР 500(РФЯЦ ВНИИЭФ, г. Саров) и ОКУЯИ (ГНЦ РФ-ФЭИ им. академика АИ. Лейпупского, г. Обнинск).

Применение паров металлов в качестве активных сред лазеров с ядерной накачкой представляет особый интерес из-за большого количества потенциальных лазерных сред на основе парогазовых смесей и возможности получения генерации в видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн на многих переходах атомов и ионов одновременно. Это связано с особенностями энергетической структуры атомов и ионов метолов: относительно равномерным расположением атомных и ионных уровней по шкале энергия и низкими потенциалами однократной (5-10эВ) и двукратной (5-16эВ) ионизации атомов металлов. За счёт этого в парогазовых средах могут быть реализованы несколько различных механизмов создания инверсной заселенности уровней при использовании любых инертных газов в качестве буферного газа. С буферным газом Не, имеющимся потенциал ионизации 24.586эВ, можно рассчитывать на одновременную работу нескольких, не зависящих друг от друга механизмов создания инверсии.

За счёт одновременного существования различных механизмов заселения рабочих уровней суммарный КПД парогазовой активной среда может достигать нескольких процентов.

В парометаллических средах может быть реализован новый эффективный механизм селективного заселения уровней, основанный на получении плазмы при распылении металлической мишени заряженными частицами [9]. Использование эффекта ионного распыления для приготовления активной среды лазера вместо термического испарения металла позволяет существенно понизить рабочую температуру лазерной трубки, уменьшить давление буферного газа, увеличить в несколько раз КПД лазера (или снизить порог генерации) и использовать в дальнейшем в качестве лазерно-активной среды многие труднолетучие металлы, включая уран [10-12]. В лазерах с ядерной накачкой, работающих за счёт энергии деления ядер уран-235, ионное распыление металла осколками деления уран-235 уменьшает осколочную радиоактивность буферного газа. Уменьшение давления и температуры буферного газа в активном элементе лазера способствует существенному улучшению рабочих характеристик лазера за счёт снижения оптических неоднородностей активной среды и уменьшения внутрирезонаторных потерь.

В настоящее время, однако, создание таких лазеров связывается с необходимостью проведения детальных экспериментальных исследований излучательных характеристик плазмы парометаллических сред, включая излучательные характеристики распылительной плазмы, поскольку в литературе практический отсутствует необходимая информация для плотных парометаллических сред и особенно для распылительной плазмы, образующейся при бомбардировке подогретых металлических мишеней заряженными частицами высокой энергии. Поэтому проведение экспериментальных исследований спектрально-кинетических характеристик люминесценций парогазовых сред и распылительной плазмы металлических мишеней является необходимой задачей для понимания и уточнения физических процессов создания инверсной заселенности уровней в этих средах, построения и проверки физической и математической моделей плазмы, и получения отсутствующих в литературе констант элементарных процессов.

Именно этому кругу задач и посвящения данная работа. Все сказанное выше подтверждает актуальность темы диссертации, её научное и практическое значение.

Цель и задачи работы А

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование спектральных, временных, пространственных и температурных характеристик люминесценции плотных парометаллических сред на основе металлического

Cd и Zn, возбуждаемых заряженными частицами высокой энергии, изучение процессов формирования инверсии в этих средах при термическом и распылительном способах получения парометаллической плазмы при ядерной накачке.

Для достижения поставленной цели были решены следующие конкретные задачи:

1. Разработана и создана экспериментальная установка для изучения спектрально-временных, температурных, и пространственных характеристик парометаллической плазмы, создаваемой импульсным электронным пучком ( Ее=150 кэВ, Ти=3-5 не, Ic=500 А ) при бомбардировке подогреваемых мишеней из металлического Cd и Zn.

2. Проведен цикл исследований спектральных характеристик

3 3 люминесценции плотной He-Zn и He-Cd плазмы (Рне=650 Торр, Рметалл=Ю"б-10 Торр), в температурном диапазоне 70-500 °С при

1 о возбуждении продуктами He(n, р) Т ядерной реакции.

3. Измерены времена высвечивания отдельных уровней Cd I, Cd II, Zn I и Znll в He-Zn и He-Cd плазме высокого давления (Рнс=76-1520 Торр), и определены константы тушения бейтлеровских уровней ионов Cd II и Znll буферным газом (Не) и другими инертными газами.

4. Измерены спектральные, температурные и пространственные характеристики плазмы Cd и Zn, образующейся при бомбардировке парометаллических мишеней быстрыми электронами (Ее=150 кэВ), а-частицами изотопного источника плутоний-238 ( Еа=5.3 МэВ ) и

3 3 продуктами He(n, р) Т нейтронной ядерной реакции ( ЕР=0.57 МэВ, Ег=0.19МэВ).

5. Разработана кинетическая модель плазмохимических процессов для

3 3 плотной He-Zn и He-Cd плазмы, возбуждаемой продуктами He(n, р) Т нейтронной ядерной реакции и быстрыми электронами, и проведены компьютерные расчёты люминесцентных характеристик такой плазмы.

6. Проведены расчёты методом Монте-Карло для мишеней из Cd и Zn зоны диссипации кинетической энергии быстрых электронов частиц на поверхность металла.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержание работы изложено на 170 страницах, включая 69 рисунков и 12 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Выводы

1. На установке "Оптический канал ИРТ" при температуре кюветы от 70°С

1Q о до 600°С и концентрации гелия-3 в ней 2.3-10 см" проведены спектроскопические исследования люминесценции, возникающей при бомбардировке мишени из металлического Zn продуктами 3Не(п,р)3Т нейтронной ядерной реакции. При низких температурах кюветы (< 400°С) люминесценция He-Zn смеси определялась продуктами бомбардировки металлической плёнки. При температурах выше ТПЛ=419°С плёнка испарялась и люминесценция определялась процессами объемного возбуждения парогазовой смеси.

2. При температурах пленки ~(0.5-0.7)-Тпл ( здесь Тпл - температура плавления Zn), возникает механизм аномально высокого заселения бейтлеровских 4s D5/2,3/2 уровней иона Znll и 4 Pi атомарного уровня Znl, в 3-5 раз превышающих заселенность этих уровней в парогазовой He-Zn смеси при оптимальных температурных условиях накачки. Температурная зависимость интенсивности I бейтлеровских линий в диапазоне 170-380 °С описывается экспоненциальным законом:

I ~ ехр(- B/kT ).

Здесь В=0.7 эВ -энергия активации данного процесса, эВ; к = 8.6153-10"5 эВ/град — постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура цинковой пленки, К. л

3. Разработана модель кинетических процессов в плотной He-Zn парогазовой смеси при высоких температурах и проведены расчеты компонент 3He-Zn плазмы и спектров люминесценции для условий экспериментов на реакторах ИРТ-МИФИ и ВИР-2М. Спектральный состав излучения рассчитывался с учетом по уровневой кинетики для наиболее ярких спектральных линий люминесценции He-Zn смеси, наблюдавшихся экспериментально при высоких температурах. Совпадение в температурном диапазоне 200-600°С расчетных значений с экспериментальными имело место только в том случае, если в расчете использовались завышенные значения скоростей образования ионов Не+, равные концентрации ионов Не+ в треке отдельной частицы.

4. Измерены времена жизни возбужденных уровней иона Zn II и 4р Р] уровня Zn I при бомбардировке мишени из металлического цинка импульсным пучком быстрых электронов с энергией 150 кэВ и длительностью 3 - 5 не. при нескольких фиксированных температурах мишени в диапазоне от 300°С до 370°С и при давлениях буферного газа 0.25 атм, 0.5 атм, 0.75 атм, 1.0 атм, 1.25 атм и 1.5 атм. В качестве буферного газа использовался чистый Не и Не с контролируемыми добавками Аг.

5. С использованием временных осциллограмм интенсивностей линии А,=589.4 нм и А.=206.2 нм определены функции накачки верхнего

ООО 1 о о бейтлеровского 3d 4s D3/2 и нижнего 3d 4р Р1/2уровней перехода А,=589.4 нм для разных значений температуры Zn мишени и давлений буферного газа Не. Функция накачки содержит две компоненты - быструю и медленную. Быстрая компонента связана с процессами поверхностной ионизации, происходящими на поверхности мишени. Быстрая компонента существует в течение ~ 0.5 мкс после окончания электронного импульса. При постоянной концентрации

1Q Л , буферного газа ( -2.7'10 см" ) увеличение температуры мишени от 260°С до 380°С приводит к её росту, связанным с увеличением концентрации нейтральной компоненты Znl с ростом температуры мишени. В условиях наших экспериментов быстрая компонента функции накачки может быть также связана с процессами ионизации Пеннинга с участием Не(2!Р) атомов и Zn. Медленная компонента возникает спустя ~1 мкс после окончания импульса электронов, имеет длительность ~1 мкс и обусловлена объемными плазмохимическими процессами в буферном газе.

6. Определены отсутствующие константы столкновительного тушения бейтлеровского 3d 4s D3/2 уровня атомами буферного газа Не и атомами Zn: КНе =1.59-10"14 см3-с"!, KZn = 9.02- Ю"10 см3-с"\ Измерен интегральный коэффициент тушения К этого уровня примесным газом Аг, учитывающий как столкновительное тушение уровня Аг, так и снижение накачки из-за участия

11 3 1 примесного газа в цепочке плазмохимических реакций. Кдг =3.8214-10" см -с" ( для Рне= 760 Торр при комнатной температуре).

ГЛАВА 5

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ

МИШЕНИ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

5.1 Физический процесс распыления металлической мишени частицами высокой энергии

При исследовании люминесценции распылительной плазмы металлов различные частицы используются в качестве бомбардирующих. Этими частицами могут быть электроны, нейтроны, а-частицы, осколки деления урана, продукты других ядерных реакций. Процесс распыления металла делится на следующие две стадии:

1) Сначала происходит взаимодействие между падающими частицами и буферным газом. Обычно используется благородные газы или их смеси. На этой стадии падающие частицы теряют свою энергию в столкновенях, и передают её буферному газу. В результате атом буферного газа X может стать ионом Х+ или возбужденным атомом X*. При ионизации атома из-за того, что падающие частицы имеют высокую энергию, образуются быстрые вторичные электроны - так называемые 8-электроны. Эти вторичные 8-электроны тоже будут участвовать в процессе последующих взаимодействий до тех пора их энергия не уменьшится до уровня тепловой энергии.

2) Первичные частицы высокой энергии, ионы буферного газа Х+, возбужденные атомы X* и вторичные электроны бомбардируют мишень и распыляют её с выбросом фрагментов материала мишени. Это могут быть нейтральные атомы, возбужденные атомы, ионы, кластеры, ион скопления атома, микрокапли. В ряде работ[12,64,119,120] рассматривался механизм образования распыленных частиц, но механизм образования возбужденных атомов, ионов еще не нашёл определенного объяснения.

Рис.1. Схема источников светового излучения, образующихся при бомбардировке металлической мишени заряженными частицами высокой энергии.

Первичная частица; т,о,от- Вторичные частицы; hvi- излучение распыленных возбуждённых частиц, испущенных из поверхности; hv2- излучение рассеянных или отраженных первичных частиц; hv3- излучение объёмных дефектов, созданных бомбардировкой. hv4- излучение десорбированных частиц. hv5 излучение возбуждённых молекул.

В случае бомбардировки металлической мишени энергичными частицами происходит распыление мишени и это физический процесс можно разделить на три типа[56], как показаны на рис.5.2: а) режим первичного прямого выбивания.

Атомы, выбитые из равновесных положений в результате столкновений, получают энергию, достаточную для того, чтобы быть распыленными, но слишком малую для того, чтобы создать каскад выбитых атомов. б) режим линейных каскадов.

Атомы, выбитые из равновесных положений в результате столкновений, получают энергию, достаточную для того, чтобы создать целый каскад выбитых атомов. Плотность распределения выбитых атомов невелика, так что преобладают столкновения движущихся атомов с неподвижными, а столкновения двух движущихся атомов происходят редко, (в) режим тепловых пиков.

Плотность распределения атомов отдачи ■ высока настолько, что большинство атомов внутри некоторого объёма находится в движении. е о а) о о о в

Ч, о >>■- о о о о о в в о v.e

Ь) 1 о о о о о-^'о^ ООО / / с/ о I \ о о о о о в о о 1 с)

Рис.5.2. Три режима распыления, (а) режим первичного прямого выбивания, (б) режим линейных каскадов, (в) режим тепловых пиков.

На самом деле при распылении нельзя рассматривать только одни из этих трёх типов режима физического процесса распыления, в каждом конкретном случае необходимо оценивать, какой процесс является наиболее вероятным и преимущественным.

Используя программу расчёта методом Монте-Карло "Casino v.2.42", мы рассчитали траектории движения электронов в слое из металлического Zn и Cd, и определили зоны диссипации кинетической энергии электронов в мишени при бомбардировке электронами с энергией ~ 120 кэВ. Программа Софтвер "Casino v.2.42" была написана профессором Gauvin et.al.( университете Serbrooke, Canada) и может быть использована при расчётах взаимодействия электронов невысокой энергии с твердой телом[121]. Эта программа широко используется в исследованиях катодолюминесценции и лазеров с накачкой пучка электрона[122-124]. Основной алгоритм проведения расчётов:

1) считаем то, что распределение пучка электронов на поверхности мишени имеет Гауссовый вид. d-Jln(R,) d-J]n(R,) о = v -008(2^.^), Y0 = ^ -cos(2^--i?3) 2x1.65 2x1.65

Ri, R2, R3 — случайные числа от 0 до 1. Х0, Y0 — координаты положения электронов.

2) Расстояние между двумя столкновениями рассчитывается по формуле:

Л tf 4

L — расстояние движения электрона; R4 — случайное число; С; — относительное содержание элемента i в мишени ; Aj — атомный вес элемента i; N0 — число Авогадро; р - плотность материала мишени; о, — полное сечение взаимодействия электрона с элементом i.

3) Потери энергии электронов рассчитываются по эмпирической формуле Joy и Luo [5.125]. После столкновения энергия электрона будет равна:

1+1 1 dS dE -7.85-lCT3 • p-Z W1 . ,Ei , ^, Л =----ln(1.116-(— + K)) (кэВ/нм) dS Et-A J

E; — энергия электрона после i-ого столкновении; Z - атомный номер; J -среднее значение потенциала ионизации для элемента материала мишени; К — коэффициент зависящий от Z, К= 0.734-Z 0 037[126, 127].

4) Угол вылета электрона после соударения рассчитывается по формуле: cos в =

Е1+1 СЕ,+2тес2) Е, (Е1+1+2тес2)

0 3-г

В этой программе движение электрона определяется парциальным сечением "Мотто-scattering" одним случайным числом.

5) Когда энергия электрона Ej после столкновении становится меньше, чем значение пороговой энергии Em5n, то дальнейшие расчёты траектории прекращаются.

Результаты расчёта показаны на рис.5.3 и 5.4. На рис.5.3 (а) показана траектория движения электрона в мишени из Zn, на рис.5.3 (б) показана зона диссипации кинетической энергии электронов в мишени Zn. Аналогичные данные приведены на рис.5.4 для Cd. Видно, что при бомбардировке Zn электронами 95% кинетической энергии электронов содержится в области 0 28.4 мкм х22.2 мкм, 75% энергии — в области 0 6.2 мкм х9.2 мкм, 50% энергии - в области 0 1.8 мкм х4.4 мкм. Для Cd 95% кинетической энергии электронов содержится в области 0 24.1 мкм xl6.3 мкм, 75% энергии — в области 0 4.4 мкм х7.1 мкм, 50% энергии - в области 0 1.4 мкм х3.1 мкм.

50% 75% 90%

-13042 ни - 6521 нм Они 6521 нм 13042 ни -21614 нм . 10807 ни Они 10807 нм 21614 ни нм а) (б)

Рис.5.3. Результаты расчёта с помощью программы "Casino" для мишени из Zn траекторий движения электрона (а) и зоны диссипации кинетической энергии электронов (б) при бомбардировке электронами энергией 120 кэВ.

О нм

5800 нм

ИбООнм

17400 нм

23200 нм а) (б)

Рис.5.4. Результаты расчёта с помощью программы "Casino" для мишени из Cd траекторий движения электрона (а) и зоны диссипации кинетической энергии электронов (б) при бомбардировке электронами энергией 120 кэВ.

Из-за того, что процесс столкновения является очень быстрым по сравнению с характерным временем теплопередачи, что при бомбардировке высокоэнергетичными частицами температура в области трека в металлической мишени будет очень высокой с большим градиентом распределения температуры. В результате этого в зоне диссипации энергии возникают термические напряжения. Это приводит к распылению мишени и выбросу микрокапель в свободное пространство. Такая модель представлена в многих работах[128-131]. На рис.5.5. показана схема этой модели.

Рис.5.5. Схема модели выброса микрокапель. ( стрелками указаны направление действия термоупругих напряжений), (а) момент времени t=0, (б) начальная стадия выброса вещества, (с) конечная стадия выброса вещества (образование микрокапель).

При бомбардировке металлической мишени а-частицами и осколками деления урана зона диссипации энергии будет меньшее, чем образованная при бомбардировке быстрыми электронами. Это приводит к более сильному распылению, что подтвердилось визуальными наблюдениями поверхности мишени с помощью микроскопа(рис.5.6). а) (б) (в)

Рис.5.6. Микрофотографии поверхности мишени из металлического Cd после бомбардировки а-частицами 23хРи (Еа=5.3 МэВ) в атмосфере Не при температуре 240°С (а,б) и поверхности мишени из металлического Zn после бомбардировки электронами с энергией 120 кэВ в атмосфере Не при температуре 340°С (в).

5.2 Ионная эмиссия металлической мишени при бомбардировке высокоэнергичными частицами

Механизм ионной эмиссии материала мишени при бомбардировке высокоэнергичными частицами в настоящее время еще не ясен, но во многих работах получены интересные результаты, и авторы дали разумные объяснения о механизме возбуждения. Некоторые из этих результаты будут рассмотрены в нашей работе.

Одна из объяснений предполагает, что ионы образуются посредством возбуждение внутренних оболочек в результате столкновения между падающими частицами и атомами мишени, также между атомами мишени в каскаде столкновений. После столкновения с энергичными частицами атом мишени возбуждается в автоионизационное состояние, которое зачем преобразуется в ионное состояние[119, 120, 132]. В работах [133] были идентифицированы следующие процессы: Al+ (2p63s2)

А1 (2р6 3s2 Зр1) после столкновения ? Д] ф5 3S2 Зр2) а—изация > (2р6 3S Зр) А1+ (2р6 Зр2)

Оценка экспериментальных результатов работ[134] показывает, что вклад механизма возбуждения внутренних оболочек составляет 30% от полного числа А1+ и 65% от полного числа ионов Mg+, когда процесс распыления происходит при бомбардировке ионами Аг+ с энергией 10 кэВ. Видно, что этот механизм играет главную роль в образовании ионов мишени, и вклад этого механизма будет ещё больше, если бомбардировка будет так же осуществляться ионами больших энергий.

В соответствии с результатами этих работ мы предположили, что для Zn и Cd существуют аналогичные механизмы:

Zn (3d104s2) погас столкновения ) £п (З^д^р) автонопизашш > ^dW)

Cd (4d105s2) поме столкновения ) Cd (4d95s25p) > Cd+ (4d95s2)

В настоящее время наиболее приемлемая модель объяснения механизма возбуждения внутренних оболочек- это модель переброса электрона, развитая Fano, Lichten[135].

Вследствие близкого соударения между падающей частицей и атомом мишени их электронные оболочки перекрываются. Электроны атомных орбиталей могут быть переведены в двухатомные молекулярные орбитали с более высокими главными квантовыми числами. После столкновения, когда частицы разлетаются друг от друга, электроны остаются на высоких энергетических уровнях. Если это высокий уровень соответствует автоионизационному состоянию, то за этим следует образование иона мишени через автоионизацию. Для того, чтобы эффективно перекрывались электронные оболочки при столкновении между падающей частицей и атомом мишени, падающая частица должна иметь достаточную энергию. При каскадном столкновении между атомами мишени не требуется высокой энергии, потому что для двух одинаковых частиц процесс переброса электрона будет более эффективный[136]. В этом случае во время столкновения, если энергия электрона повышается на уровень энергии, который выше уровня Ферми мишени, то электрон может перейти в незаполненную область валентной зоны, оставляя атом с незаполненной внутренней оболочкой. Когда такой атом распыляется в свободном пространстве, будет образоваться ион мишени. В связи с этим при распылении в режимах каскадов и тепловых пиков ( как показаны на рис.5.2 ) могут более эффективно образоваться ионы.

Результаты нескольких исследований показан о том, что выход ионной эмиссии может более чем на порядок превышать выход возбужденных атомов из одного и того же элемента, несмотря на то что для возбуждения распыленного атома требуется меньше энергии, чем для его ионизации[119]. Это наблюдалось на экспериментах при бомбардировке мишени Zn и Cd [12].

5.3 Перспективы использования явления распыления металлического мишени в He-Zn и He-Cd активных средах.

Электроразрядные He-Zn и He-Cd были созданы почти сорок лет назад. Лазеры с ядерной накачкой на основе этих активных сред появились спустя 10 лет — в 80-х годах. Для лазеров с ядерной накачкой эти среды являются очень важными, поскольку позволяют получать многоволновую генерацию лазерного излучения на многих переходах в видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн с КПД ~ нескольких процентов от вложенной в газ энергии накачки. В этих активных средах особое внимание удаляется изучению механизмов заселения бейтлеровских уровней иона Zn и Cd, потому что эти уровни имеют большое время жизни (~1 мкс), малое радиационное время нижнего уровня 2 не) , что позволяет в условиях достаточно медленной накачки, характерной для импульсных ядерных реакторов, накапливать на верхнем уровне высокую инверсную населенность. Это позволяет легко осуществлять режим усиления лазерного излучения с использованием внешнего задающего генератора. Все ранее проведенные исследования были сделаны для парогазовых смесей.

Результаты экспериментальных исследований показали то, что при бомбардировке металлической мишени высокоэнергичными частицами процесс распыления мишени сопровождается ионной эмиссией, и этот эффект может быть использован для улучшения характеристик He-Zn и He-Cd лазеров с ядерной накачкой.

С учетом эффекта распыления мишени, при бомбардировке металлической мишени Zn и Cd высокоэнергичными частицами преимущества He-Zn и He-Cd среды проявляются в следующем:

1) По сравнению с парогазовой смесью при распылении мишени можно получать больше концентрации Zn и Cd при низкой температуре. Это позволяет улучшать ряд рабочих характеристик лазера, например, уменьшить эффект термолинзы, уменьшить загрязнение окон, снизить общие потери энергия, упростить конструкцию, повысить эффективность лазера, и т.д.

2) При бомбардировке металлической мишени высокоэнергичными частицами выход ионной эмиссии может более чем на порядок превышать выход возбужденных атомов из одного и того же элемента, несмотря на то что для возбуждения распыленного атома требуется меньше энергии, чем для его ионизации. При распылении мишени из Cd и Zn преимущественно образуются ионы, которые потеряли электрон внутренней d-оболочки атома, и находятся на возбужденном бейтлеровском уровне. Доля таких ионов может достигать десятков процентов. Это явление свидетельствует о более высокой селективности процесса заселения верхнего рабочего уровня.

3) Следует заметить, однако, что при распылении некоторых металлов селективный эффект возникает не только для ионной эмиссии, но и для возбуждённых атомов. В работах[120,132] проведено измерение спектров люминесценции атомов Ag*( 4d95s2 2D5/2 ) при распылении мишени из металлического Ag ионами Аг+ с энергей 5 кэВ ( рис.5.7). Все измерения были сделаны при температуре мишени 973 К.

I (отн.ед.) нм

Рис.5.7. Интенсивность спектральной линии 272.3нм Agl ( переход 4d95s2 2D5/2- 5р 2Ds/2 ), возникающей при бомбардировке ионами Аг+ с энергией 5 кэВ мишени из металлического серебра при температуре 973К [120,132].

Авторы подтвердили, что при распылении существует очень сильный селективный процесс возбуждения. Интересно отметить, что у этого уровня

9 2 2 атома Ag ( 4d 5s D5/2 ) имеется одинаковое распределение электронов, что и у q 2 2 возбуждённого иона Cd на бейтлеровсом уровне ( 4d 5s D5/2 ). Связь между ними ещё не ясна.

4) При распылении металлической мишени угловое распределение выхода частиц при ионной эмиссии зависит от угла падения бомбардирующей частицы, (в то время как пары металла распределяются изотропно по пространству). Поэтому можно создать местную зону, в которой имеется очень плотная концентрация активной среды. Это явление можно рассматривать как селективное распределение активной среды по пространству.

ЗАЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассматривается новый способ прямого преобразования энергии ядерных реакций в световое (и лазерное излучение), основанный на использовании эффекта эмиссии возбужденных ионов (и атомов) при бомбардировке в газовой среде подогретой металлической мишени заряженными частицами высокой энергии. Применительно к лазерам с ядерной накачкой использование эффекта ионной эмиссии позволяет существенно понизить рабочую температуру лазерной трубки, уменьшить давление буферного газа, увеличить в несколько раз КПД лазера (или снизить порог генерации) и использовать в качестве лазерно-активной среды многие труднолетучие металлы, включая уран.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Рассмотрены основные физические процессы, протекающие в плотных газовых средах при бомбардировке металлической мишени ядерными частицами высокой энергии и быстрыми электронами. Распыление металлов заряженными частицами позволяет получать при комнатных температурах концентрации труднолетучих металлов таких, как Ag, Си, Al, Mo, W 1014 л атом/см) в количествах, достаточных для работы лазерных трубок при пониженных или даже комнатных температурах. Такие лазеры обладают улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с парометалли-ческими лазерами традиционного типа с внешним разогревом рабочего металла.

2. Проведена модернизация экспериментальных установок "Оптический канал ИРТ" и установки на основе малогабаритного ускорителя электронов "Арина-2", что позволило провести исследования спектрально-кинетических, температурных и пространственных характеристик люминесценции, возникающей при бомбардировке мишеней из металлического кадмия и цинка продуктами 3Не(п,р)3Т нейтронной ядерной реакции, а-частицами радионуклида 238Ри и импульсным пучком быстрых электронов с энергией 150 кэВ.

3. Экспериментально обнаружено, что при бомбардировке мишеней из металлического кадмия и цинка при температурах мишени ~ (0.5-0.7)-Тпл, где Тпл - температура плавления металла, быть наблюдается аномально высокое селективное заселение бейтлеровских уровней ионов металлов, в 5-7 раз превышающее заселенность этих уровней в парогазовых смесях оптимального состава. Интенсивность бейтлеровских спектральных линий зависит экспоненциально от температуры поверхности мишени, возрастая многократно при температурах, превышающих!50- 160°С, и слабо зависит от давления буферного газа:

I~ exp (-В/кТ)

Здесь I - интенсивность линии; Т - температура мишени, К; В - энергия активации данного процесса. В=72 кДж/моль для линии А,=441.6 нм(СёП) и ~ 70 кДж/ моль для линии 589.4 hm(Znll).

4. Для парогазовых He-Cd и He-Zn смесей разработана модель кинетических процессов и проведены квазистационарные расчеты температурных зависимостей интенсивности бейтлеровских линий (441.6нм Cdll, 589.4 нм Znll) при различных начальных концентрациях атомов металла. Результаты расчетов сравнивались с экспериментальными значениями.

5. При температуре мишени 240°С (Cd) и 300°С- 370°С (Zn) и различных давлениях буферного газа гелия - от 76 Торр до 2280 Торр, измерены времена жизни бейтлеровских уровней ионов Cdll и Znll в чистом гелии и в гелии с контролируемыми примесями газов Ne, Аг, Хе и СС14 (Cd) и Ar (Zn) при бомбардировке импульсным электронным пучком с энергией 150 кэВ и длительностью 3 не. о о о о

6. Определены константы столкновительного тушения 5s "D5/2, 5s" ~D3/2 уровня Cdll атомами He,Ne, Аг и ССЦ, равные соответственно 9.3T0"15/[Cd] смб.с-1 (Не), 8.1T0"I2cm3/c (Ar), 1.2-10"12 см3/с (Хе), 1.5-10"13 см3/с (Ne) и in -1 0 0

1,8-10" см /с ( ССЦ, только для 5s D3/2 Cdll уровня, А=325нм).

Определены интегральные константы тушения люминесценции иона Cdll (А,=441.6 нм) примесными газами Ar, Ne, Хе и CCI4 при давлении буферного газ гелия 760 Торр, учитывающие столкновительное тушение примесями и изменение кинетики плазмохимических процессов в буферном газе за счет участия атомов примесных газов в цепочке плазмохимических реакций.

7. Проведена оценка относительного вклада в заселение бейтлеровского 5s" D5/2 уровня Cdll за счет распыления и поверхностной ионизации компонентами гелиевой плазмы при бомбардировке мишени электронным пучком в атмосфере гелия. Этот вклад зависит от давления гелия и в интервале давлений газа 0.252.5 атм описывается линейной зависимостью а = 0.28 + 0.23-Р, где Р -давление Не в атм.

8. Измерены пространственные распределения плотности возбужденных ионов Cdll при распылении металлического Cd а-частицами в атмосфере гелия для долгоживущих (325нм, 441.6 нм) и короткоживущей (274.9 нм) линий иона Cdll. Для всех спектральных линий область свечения распыленных частиц занимает прилегающее к мишени пространство толщиной ~10 мм (при давлении гелия 1900 Торр). о

9. Измерены времена жизни возбужденных уровней иона Znll и 4р Pi уровня Zn I при нескольких фиксированных температурах мишени в диапазоне от 300°С до 370°С и при давлениях буферного газа 0.25 атм, 0.5 атм, 0.75 атм, 1.0 атм, 1.25 атм и 1.5 атм. В качестве буферного газа использовался чистый Не и Не с контролируемыми добавками Аг .

Определены отсутствующие константы столкновительного тушения

9 2 2 бейтлеровского 3d 4s D3/2 Znll уровня атомами буферного газа Не и атомами Zn: КНе =1.59-10"14 см3-с"\ KZn = 9.02-Ю"10 см3-с\ Измерен интегральный коэффициент тушения К этого уровня примесным газом Аг, Кдг =3.8214-Ю"11

3 I см -с" ( для Рне= 760 Торр при комнатной температуре).

10. Методом Монте-Карло проведены расчеты траекторий движения электронов и области диссипации кинетической энергии в мишени из металлического Zn и Cd при её бомбардировке электронами с энергией -150 кэВ.

1. Derr V.E., McNice G.T., Rushworth P.M. Application on nuclear radiation to the pumping lasers // 1.: "Proc. of the 1st Symposium on Radioisotopes Applications in Aerospace". Ohio State Univ. 1966. P.309-346.

2. Воинов A.M., Довбыш JI.E., Кривоносое B.H., Мельников С.П., Подмошенский И.В., Синянский А.А. Низкопороговые лазеры с ядерной накачкой на переходах атомарного ксенона // Доклады А Н СССР. 1979. Т.245. С.80-83.

3. McArthur D.A., Tollefsrud Р.В., Observation on laser action in CO gas excited only by fissionfragments // Appl. Phys. Lett. 1975. V.26. P.187-190.

4. H.H. Helmick, J.L. Fuller and R.T. Schneider, Direct nuclear pumping of a helium-xenon laser //

5. Appl. Phys. Lett. 1975. V.26. P.327-328.

6. Mis'kievich A.I., Visible and near-infrared direct nuclear pumped lasers // Laser physics. V.l.1. N.5. 1991. P.445-482.

7. Schneider R.T., Hohl F, Nuclear pumped lasers. // In: Advances in nuclear science and technology. V.l6. Ed. by J Lewins etc. Plenum press. 1984. P. 123-287.

8. Jalufka N.W., Direct nuclear pumped lasers // NASA Tech. Paper. 1983. N. 2091. P. 1-49.

9. Мельников С.П., Сизов А.Н., Синянский А.А. Лазеры с ядерной накачкой, Саров. 2008.1. С.439.2 2 2

10. Миськевич А. И. Генерация стимулированного излучения на переходе 5s D5/2 5р Р3/2ионов Cdll при распылении металлического кадмия ядерными частицами // Квантовая Электроника. 2001. N. 9. С. 803-808.

11. Ramanujam P.S. Direct measurement of radiative lifetimes of excited states in refractory-metal atoms using a sputtering technique // Phys.Rev.Lett. 1977. V.39. No.19. P.l 192-1194.

12. Mavlyutov A. A, Mis'kevich A.I., Salamakha B.S. Plasma Sputtering of Metal Films and its use in nuclear pumped lasers // Laser Physics. 1993. V.3. N.l. P. 94-102.

13. Veje E. Study of atomic excitation on sputtering with the use of Mg, Al, Ca and Cd targets // Phys.Rev.B. 1983. V.28. No.9. P.5029-5036.

14. Миськевич А.И., Лю Tao. Саламаха Б.С. Люминесцентные характеристики плотной ''He-Zn плазмы при ядерный накачке.// Tp.IV международной конф. "Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы". 18-21 сент. 2007 г., г. Обнинск, т.1. с.73-80.

15. Миськевич А.И., Лю Тао. Температурные характеристики люминесценции плазмы He-Zn высокого давления при ядерной накачке // Оптика и спектроскопия. 2008. т. 105. В.5. с.755-763

16. Миськевич А.И., Лю Тао. Влияние примесей Аг, Ne, Хе и CCI4 на кинетику люминесценции иона Cdll (переход 5s2 2D5/2-5P 2Р3/2^=441.б нм ) в He-Cd смеси // Оптики и спектроскопия. 2009. т.107. №.1. с.48-52.

17. Миськевич А.И., Лю Тао. Кинетика люминесценции при распылении металлического Cd импульсным пучком быстрых электронов в среде гелия // Журнал технической физики. 2010. т.80. №.2. с.105-110.

18. Миськевич А.И., Лю Тао. Спектрометрическая установка для измерения характеристик распылительной плазмы.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2008", т.2.с.88

19. Миськевич А.И., Сламаха Б.С., Лю Тао. Люминесцентные характеристики распылительной плазмы.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2008", т.2.с.58

20. Лю Тао, Миськевич А.И. Эмиссия возбужденных ионов при распылении металлического кадмия ядерными частицами.// Сборник научных трудов "Научная сессия МИФИ 2009", т.2.с.236

21. Л. И. Гудзенко, С. И. Яковленко , Плазменные лазеры. М., Атомиздат. 1978, 253 с.

22. Birks J.B. The Theory and Practice of Scintillation Counting. Oxford, Perg. Press, 1964,Ch. 14.

23. Platzman R.L. Total ionization in gases by high-energy particles: an appraisal of our understanding // Inter. J. Appl. Radiation and Isotopes. 1961.У.10. No. 2/3. P.l 16-127.

24. Moratz T.J., Kuzhuer M.J. Fission-fragment pumping of a neon plasma // J. Appl. Phys., 1988. V.63. No.5. P.1796-1798.

25. Bretagne J., Godart J., Pucch V. Low-energy electron distribution in an electron-beam-generated argon plasma//J. Phys.D. 1982. V. 15. P.2205-2225.

26. Katsuhisa Koura. Monte-Carlo simulation of election termalization in gases. V. Subexcitation electron in rare gases // J. Chem. Phys. 1985.V.82. P. 2566-2572.

27. Walter R.A., Schneider R.T. Electron energy distribution function of fission fragment excited gases // Trans. Am. Nucl. Soc. 1973. V. 17. P. 1-2.

28. Lo R.H., Miley G. H. Electron energy distribution in a helium plasma created by nuclear radiation // IEEE. Trans, on Plasma Sci. 1974. V. PS-2. No.4. P. 198-205.

29. Пауэлл. С., Фаулер. П., Перкинс. Д. Исследование элементарных частиц фотографическим методом. М., ПИЛ, 1962, с.68.

30. Бета-и гамма-спектроскопия. Под ред. К.Зигбана. М., ГИФМЛ, 1959, с.25.

31. Кимель. JL Р., Машкович. В. П. Зашита от ионизирующих излучений. Справочник. М.Атомиздат., 1972, с.228.

32. Wilson J.W., DeYong R.J. Power deposition in volumetric UF6 -He fission-pumped nuclear lasers // J. Appl. Phys., 1978. V. 49. No.3. P.989-993.

33. Wilson J.W., DeYong R.J. Power density in direct nuclear-pumped 3He lasers // J. Appl. Phys., 1978. V. 49. No.3. P.980-988.

34. Bennett W.R. Optical spectra excited in high pressure noble gases by alpha impact // Ann. Phys. 1962. V.18. P.367-418.

35. Johnson R., Chen A., Biondi M.A. Three-body association reactions of He+, Ne+ and Ar+ ions in their parent gases from 78 to 300K // J. Chem.Phys., 1980. V.73. P.1717-1720.

36. Deloche R., Monchicourt P., Cheret M., Lambert F. High-pressure helium afterglow at room temperature // Phys. Rev. A, 1976. V.13. P. 1140-1176.

37. Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. М., Атомиздат, 1968, С.307.

38. Брау. Ч. Эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов // В сб. " Эксимерые лазеры" , под ред. Ч. Роудза. М., Мир, 1981, с.230.

39. Frost L.I., Phelps A.V. Momentum-transfer cross sections for slow electrons in He, Ar, Kr and Xe from transport coefficients // Phys. Rev. 1964. V.136A. P.1538-1545.

40. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М., Атомиздат, 1974, с.345.

41. Иванов В.А., Пенкин Н.П., Спектроскопическое исследование процессов рекомбинации в слабоионизованной распадающейся плазме инертных газов // Журнал прикладной спекроскопии. 1984. т.50. вып. 1. с.5-32.

42. Мак-Каспер. М. Эксимеры инертных газов // Сб. Эксимерные лазеры. Под ред. Ч.Роудза. М., Мир, 1981, с.230.

43. Willett. C.S. An introduction to gas lasers: Population inversion mechanism. 1974. Pergamon Press. Oxford, N.Y., P.463.

44. Ranjbar F., Harris H.H., Leventhal J.J. Cdll excitation in slow He+-Cd and He2+-Cd collision // Appl. Phys. Lett. 1977. V.31. P.385-387.

45. Collins G.J. Excitation mechanizing in He-Cd and He-Zn ion lasers // J. Appl. Phys.1973. V.44. P.4633-4652.

46. Beerman G.H., Earl J.D., Pieper R.J., Harris H.H., Leventhal J.J. Ionic excitation in low-energy charge transfer collisions between Ne2+ and some diatomic molecules // Phys.Rev.A. 1976. V.13. P. 1734-1742.

47. Бочкова О.П., Фриш С.Э. Роль ударов 2-го рода при возбуждении спектральных линий // В сб. Спектроскопия газоразрядной плазмы. Под ред. С.Э. Фриша. JL, Наука, 1970, с.319-358.

48. Картазаев В.А., Толмачев Ю.А. Пенниговская ионизация и нерезонансная перезарядка в послесвечении разряда в смеси He-Cd // Оптика и спектроскопия, 1978. т.45. с.648-650.

49. Миськевич А.И. Кинетическая модель лазера с ядерной накачкой на парах кадмия // Журнал технической физики. 1987. т.57. с.1767-1775.

50. Kamin М., Chanin L.M. Production processes for excited states of Cd+ in helium-cadmium afterglows // Appl. Phys. Lett.1976.V.29. P.756-758.

51. Пенкин Н.П., Редько Т.П. Диффузия возбужденных атомов в собственном газе и в примесях // В сб. Спектроскопия газоразрядной плазмы. Вып.1. JL: изд. ЛГУ, 1976, с.57-80.

52. Дж. Дине, Дж. Винийард. Радиационные эффекты в твердых телах. М.: НИЛ, 1960, с.243.

53. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братновский А. М. и др. // Физические величины: Справочник. Под ред. Григорьева И. С., Мейликова Е. 3. М.: Энергоатомиздат, 1991.

54. Thomas G.E. Bombardment-induced light emission // Surface Science. 1979.V.90. P.381-416.

55. Sigmund. P. Sputtering by ion bombardment: Theoretical concepts // In: Sputtering by particle bombardment I. Ed. by R.Behrisch. 1981. Springer-Verlag, Berlin, New York, P.275.

56. Behrisch. R., Wittmark. K. Sputtering by particle bombardment III. Ed. by R.Behrisch. 1991. Springer-Verlag, Berlin, New York, P. 1-11.

57. Hofer W.O. Angular, energy and mass distribution of sputtered particles // In: Sputtering by particle bombardment III. Ed. by R.Behrisch. 1991. P.14.

58. Eckstein. W. Sputtering Yields // In: Sputtering by particles bombardment 2001. Springer-Yerlag, Berlin, New York.

59. Behrisch. R., Eckstein. W. Introduction and Overview // In: Sputtering by particle bombardment 2001. Ed. by R.Behrisch. 2001. P.9.

60. Gnaser H. Energy and angular distributions of sputtered species // In: Sputtering by particle bombardment 2001. Ed. by R.Behrisch. 2001. P.231.

61. Wucher. A., Sroubek. Z. Formation of metastable excited states during sputtering of transition metals // Phys. Rev. B.1997. V.55. No.2. P.780-786.

62. Braun M., Emmoth В., Martinson I. Optical radiation emitted at heavy-ion bombardment of solids // Physica Scripta. 1974. V.10. P.133-138.

63. Suchanska. M. Ion-induced photon emission of metals // Progress in surface science. 1997. V.54. No.2. P. 165-209.

64. Warner. В. E., Persson. K.B., Collision of metal-vapor production by sputtering in a hollow-cathode discharge: Theory and experiment // J.Appl.Phys. 1979. V.50. No.9. P.5699-5703.

65. Шухтин A.M., Федотов Г.А., Мишаков В.Г. Стимулированное излучение на линиях меди при импульсном получении паров без применения нагревательного элементы // Оптика и спектроскопия. 1976. т.40. №. 2. с.411-412.

66. Карабут Э.К., Михалевский B.C., Папакин В.Ф., Сэм М.Ф. Непрерывная генерация когерентного излучения при разряде на парах Zn и Cd, полученных катодным распылением //Журнал технической физики. 1969. т.39. №.10. с.1923-1924.

67. Tolk N.H., Tzong I.S.T., White C.W. In situ spectrochemical analysis of solid surfaces by ion beam sputtering// Anal. Chem. 1977. V.49. 16A

68. White C.W., Tolk N.H. Optical radiation from low-energy ion-surface collisions // Phys.Rev.Lett. 1971. V.26. No.9. P. 486-489.

69. Huddle J.R., Grant G.P., Ludington A.R., Foster R.L. Ion-beam induced luminescence // Nuclear instruments and methods in physics research. 2007. V.B-261. P.475-476.

70. Sieber C., Harbich W. Collision-induced luminescence from impact of ions and cluster ions on solid rare gases // Chem. Phys. Lett. 2006. V.433. P.32-36.

71. Bano G., Horrath P., Donko Z., etc. Sputtering and heated high-voltage hollow-cathode zinc lasers // Appl. Phys. B, 2003, V. B-77. P.403-407.

72. Janossy M., Mezei P. Cathode sputtering He-Zn laser // Appl. Phys. 1998. V.B-66. P.47-52.

73. Baguar N., Bogarts A. Study of the sputtering Cu atoms and Cu+ ions in a hollow cathode glow discharge using a hybrid model // J. Appl. Phys. 2005. V.98. c.033303-11.

74. Копай-Гора А.П., Мавлютов A.A., Миськевич А.И., Саламеха Б.С. Влияние пристеночного распыления Cd на процессы заселения уровней в 3He-Cd плазме высокого давления // Оптика и спектроскопия . 1989. т.67. Вып.З. с.526-532.о

75. Mavlyutov A. A., Mis'kevich A.I., Salamakha B.S. Nuclear pumping of the He-Cd metal-vapor mixture // Hyperfine interactions. 1994. V.88. P.157-164.

76. Миськевич А.И., Чжао Сяолинль. Эмиссия возбужденных ионов кадмия при бомбардировке а-частицами // Журнал технической физики. 2002. т.72. вып.7. с. 122-128.

77. Копай-Гора А.П., Миськевич А.И.,Саламаха Б.С. Очистка гелия принудительной циркуляцией через охлаждаемые сорберы в лазерах с ядерной накачкой// Приборы и техника эксперимента. 1986. №5. С.171-174.

78. Creene D.P., Eden J.G. Cd ( 6s 3Si -5p 3Pi ) laser at 480 ran pumped by a transverse discharge // IEEE J/Quant. Electr. 1985. V.QE-19. №12. P.1739-1741.

79. Geoch. M.W. Fluorescence kinetics of Cd and Cd-He molecules.//J.Chem.Phys. 1980. V.72. №.1. P. 140-146

80. Martin P.J., MacDonald R.J. Quantative Analysis of Bombardment-Light Emission.//Surface Science. 1979. V.62.P.551-554

81. Salete M., Leite S. C. Portgal. Phys., 1980, V.ll, №.2, P.53-100.

82. Schearer L. D., Padovani. F. A. De excitation Cross Section of Metastable Helium by Penning Collisions with Cadmium Atoms. // J. Chem. Phys., 1970, v. 52, p.1618-1623.

83. Mandl A., Kovacs M., Strivastava B. et al. HgCd discharge studies.// Phys. Rev.A., 1981, v.24, №.6, p.3160-3172.

84. McGeoch M. W. Fluorescence kinetics of cadmium and cadmium-mercury molecules.// J. Chem. Phys., 1980, v. 72, №.1, p.140-146.

85. Drullinger R. E., Stock M. The Cd2* excimer: Fluorescence band shape and decay rates.// J.Chem. Phys., 1978, v. 68, №.11, p.5299-5300.

86. Мавлютов А.А., Миськевич А.И.,Чжао Сяолинь Оценка порога генерации эксимерной среды при ядерной накачке // Приборы и техника эксперимента. 2001. №3. С.114-119.

87. Goto Т., Напе К., Okuda М., Hattory S. Direct-excitation cross sections for Cd II low-lying excited states by single-electron impact on Cd atoms.// Phys.Rev.A. 1983. V.27. No4. P. 18441850.

88. Smithells Metal Reference Book. 7th edition. Ed. by E.A. Brandes, G.B.Brooks.Oxford Butterworth Heinemann, 1992. Ch.8. P.8-55.

89. Mayo R., Ortiz M., Campos J., Blagoev K., Malcheva G. Transition probabilities of some high lying states of Cd II. // Phys.Scr. 2005. V.72. P. 142-147.

90. Макеев В.А., Новоселов Ю.Н., Старовойтов М.Ю.,Уварин В.В Генерация на ионе кадмия,возбуждаемая микросекундным пучком электронов // Письма в ЖТФ. 1993. Т. 19. № 9.С. 10-13.

91. Новоселов Ю.Н., Тарасенко В.Ф., Уварин В.В., Феденев А.В. Влияние примесей и мощности накачки на характеристики генерации в He-Cd лазере высокого давления // Квант, электрон. 1996. Т. 23. № 3. С. 211-216.

92. Полетаев Е.Д., Дьяченко П.П., Тараско М.З., Дюжов Ю.А. Тр.конференции" Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой"( Арзамас-16), 1995, т.1, с.121- 133.

93. Миськевич А.И.,Копай-Гора А.П.,Саламаха Б.С. Квазинепрерывная генерация наобейтлеровском переходе Znll в плотной He-Zn плазме // Письма в ЖТФ. 1990 . Т. 16. Вып.9. с.62-64.

94. Карелин А. В. Физические основы реактора-лазера. М.: ВНИИЭМ, 2007. 144 с.

95. Baltayan. P. et al. // J. Phys. В. 1986. V. 19. P. 2695.

96. Зайдель A.H., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М.: Наука, 1972.

97. Smithells Metal Reference Book . 7th edition. Ed. by E. A. Brandes, G. B. Brooks. Oxford: Butterworth Heinemann, 1992. ch. 13. P.13-10.

98. Николаев Г.И., Немец A.M. Атомно-абсорбционная спектроскопия в исследовании испарения металлов. М., Металлургия, 1982.С.151.

99. Bochkova. О. P., Tolmachev. Yu. A. Excitation and ionization in collisions of heavy particles in gas discharge plasma, Opt. Spectrosc.1979, No.6, P.649-653.

100. Ivanov. I. G. In: proceedings of SPIE vol.5483 " Atomic and molecular pulsed lasers ", edited by Victor F.Tarasenko etc. Bellingham, WA, 2004. P. 104-119.

101. Turner-Smith A.R., Green J.M., Webb C.S. Charge transfer into excited states in thermal energy collisions // J. Phys.B. 1973. V.6. No.l. P.114-130.

102. Будник А.П., Добровольская И.В. // Tp.II международной конф. " Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой 26-30 сент. 1994 г., г. Арзамас-16". ВНИИЭФ. Арзамас-16. 1995. Т. 1. С.97.

103. Laughlin. С, The dipole polarisability of Zn+ and the high-1 Rydberg levels of Zn.// Z. Phys. D. 1997. V.39. p. 201-207.

104. Blagoev .К. В., Malcheva .G., Penchev .V., et al., Radiative Lifetimes of Zn I, II Excited States.// Phys. Scripta. 2004. V. 69. p. 433-440.

105. Osherovich .A. L., Verolainen .Ya. F., Privalov .V. I. // Opt. Spectrosc. (USSR) 46, 1092 (1979)

106. Mayo R. et al., Experimental oscillator strengths of Zn II lines of astrophysical interest. // Eur. Phys. J. D. 2006.V.37. p.181-186.

107. Hultberg. S., Liljeby. L. et al., Experimental and simulated beam-foil decay curves for some transitions in Zn II. // Physica Scripta. 1980. V.22. No.6. p.623

108. Schearer .L. D., Optical pumping in a flowing afterglow with additive metal impurity atoms. // Phys. Rev. A. 1974. V. 10. p.1380-1394.

109. Martin .W. C., Wiese .W. L. Atomic spectroscopy // In: Springer Handbooks of Atomic, Molecular, and Optical Physics. Ed. by Gordon W. F. Drake. 2006. Springer. New York.

110. Bergeson .S. D., Lawler. J. E. Radiation lifetimes, branching ratios, and absolute transition probabilities in CrII and Zn II. // The astrophysical journal, 1993, V.408, p.382-388.

111. Baumann .S. R., Smith .W. H. Atomic transition probabilities: ultraviolet multiplets of Zn I,II and Cd I, II. // J. Opt. Soc. Am. 1970. V.60. No.3. p.345-347

112. Rambow F. H. K., Schearer L. D. Radiative lifetime of some group II ions by Hanle effect in a fast-flowing helium afterglow. // Phys. Rev. 1976. A. V.14. No. 5. p.1735-1738.

113. Derzhiev .V., Karelin. A., Sereda.O. et al. Numerical modeling of a He-Zn laser with Helical Hollow Cathode. // Appl. Phys. B. 1990.V.51. p.465-468.

114. Fischer .C. F., Zatsarinny. O. 4p2 resonances in photoionization from 4s4p levels in neutral zinc. // Theor. Chem. Acc. 2007. V.l 18. No.3. p.623-630.

115. Reader. J., Corliss. C.H., Wiese. W.L. et al. Wavelengths and Transition Probabilities for Atoms and Atomic Ions// In: CRC Handbook of Chemistry and Physics ( 84th edition). Ed. by D.R. Lide.2004. CRC Press, Boca Raton, FL.

116. Барышева H.M.,Бочков А.В.,Бочкова H.B., Гребенкин К.Ф. // Tp.II международной конф. " Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой 26-30 сент. 1994 г., г. Арзамас-16". ВНИИЭФ. Арзамас-16. 1995. Т. 1. С.234

117. Ming. L. Yu., Charged and excited states of sputtered atoms. // In: Sputtering by particle bombardment III. Ed. by R.Behrisch. 1991. P.91.

118. Staudt. C., A. Wucher. et.al., Sputtering of Ag atoms in metastable excited states. // Phys.Rev.B. 2002. V.66.085415.P.1-12.

119. Drouin. D., et.al. CASINO V2.42—A fast and easy-to-use modeling tool for scanning electron microscopy and microanalysis users. // Scanning. 2007.V. 29, P.92-101.

120. Drouin. D., CASINO a powerful simulation tool for cathodoluminescence applications.// Microscopy and microanalysis. 2006. V.12. P. 1512-1513.

121. Toth. M., Phillips. M. R., Monte Carlo modeling of cathodoluminescence generation using electron energy loss curves. // Scanning. 1998.V. 20, P.425-484.

122. Skrobol. C., Heindl. Т., et.al. A miniature electron beam pumped laser.// Eur. Phys. J. D. 2009. Y.54. P.103-109.

123. Joy. D. C., Luo. S., An empirical stopping power relationship for low-energy electrons. // Scanning, 1989. V.ll. P.176-180.

124. Gauvin. R., L'Esperance. G., ST-Laurent. S., Quantitative X-ray microanalysis of spherical inclusion embedded in a matrix using a SEM and Monte Carlo simulations. // Scanning, 1992.V.14. P.37-48.

125. Schou. J., Slowing-down processes, energy deposition, sputtering and desorption in ion and electron interactions with solids.// Vacuum in Accelerators (CERN), 2006. P. 169-178.

126. Betz. G., Husinsky. W., Modeling of cluster emission from metal surfaces under ion impact. // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2004. V.362. P.177-194.

127. Szymofiski. M., Poradzisz. A., A model of sputtering from spikes.// Appl. Phys. A. 1982. V.28. P. 175-178.

128. Bringa. E.M., Johnson. R.E., Molecular dynamics study of non-equilibrium energy transport from a cylindrical track: I. Test of "spike" models. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.1998.V.143. P. 513-535.

129. Bringa. E.M. et.al., Molecular dynamics study of non-equilibrium energy transport from a cylindrical track:II Spike models for sputtering yield. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.1999. V.l52. P. 267-290.

130. Sroubek. Z., Sroubek. F., Wucher. A., et.al., Formation of excited Ag atoms in sputtering of silver. // Phys.Rev.B. 2003. V.68.115426. P.l-5.

131. Metz. W.A., Legg. K.O., Thomas. E.W., Auger spectra induced by 100 keV Ar+ impact on Be, Al, and Si.// J. Appl. Phys. 1980.V.51. P. 2888-2893.

132. Hennequin. J.F., Inglebert. R.L., Viaris de Lesegno. P. : In Secondary Ion Mass Spectrometry SIMS V, Springer Series in Chemical Physics, Vol. 44, ed. by Benninghoven. A., Colton. R.J., Simons. D.S., Springer, Berlin, 1986. P. 60.

133. Lichten. W., Molecular orbital model of atomic collisions.// J. Phys. Chem. 1980. V.84. P.2102-2116.

134. Vrakking. J.J., Kroes. A., Ion-induced auger electron emission of Mg, Al and Si as a function of ion energy. // Surf. Sci. 1979. V. 84. P.153-163.