Люминесценция на лазерных переходах атомарного ксенона в He-Ar-Xe смеси при возбуждении электронным пучком малой длительности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени А. И. ЛЕЙПУНСКОГО

ДЕНЕЖКИН ИЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ НА ЛАЗЕРНЫХ ПЕРЕХОДАХ

АТОМАРНОГО КСЕНОНА В Не-Аг-Хе СМЕСИ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ МАЛОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Специальность: 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики.

УДК 535.376;539.184.52

На правах рукописи

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Обнинск-2009

003485829

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации -Физико-энергетическом институте имени А. И. Лейпунского.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Дьяченко Петр Петрович

Ведущая организация:

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН, Москва. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Миськевич Алексей Иустинович

доктор физико-математических наук Хрячков Виталий Алексеевич

Защита состоится «/3» 2009 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 201.003.01 при ГНЦ РФ-ФЭИ в конференц-зале по адресу: 249033, г. Обнинск, Калужской обл., пл. Бондаренко, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ-ФЭИ. Автореферат разослан «

{1 »ОРСЛбр^- 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Ь,

доктор технических наук г / Прохоров Ю. А.

Общая характеристика работы

Исследования, связанные с созданием лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН), являются перспективным направлением в области прямого преобразования ядерной энергии. Основным достоинством ЛЯН является возможность достижения в перспективе значительных мощностей лазерного излучения за счет высокой энергоемкости ядерного реактора и накачки больших объемов активной среды. Достаточно мощные и дешевые источники лазерного излучения необходимы для освоения таких новых технологий, как инерциальный термоядерный синтез, разделение изотопов, глубокая резка и сварка различных материалов, широкоаппертурное упрочнение поверхности металлов, энергоемкий химический синтез, пучковая энергетика.

Экспериментальные методы [1], позволяющие исследовать характеристики излучения и кинетические процессы в активных средах для ЛЯН до постановки генерационных экспериментов с использованием импульсных реакторов, несомненно, имеют большую актуальность. В ряде теоретических и экспериментальных работ [2, 3] показана возможность моделирования ЛЯН в экспериментах с использованием слаботочных электронных пучков большой длительности или сильноточных электронных пучков наносекундной длительности. Основными преимуществами такого моделирования по сравнению с экспериментами на импульсных реакторах являются:

- большая доступность;

- более широкий диапазон мощностных и временных характеристик;

- их дешевизна.

Лазер на переходах атомарного ксенона при различных способах

накачки Не-Аг-Хе смеси (электрический разряд, электронный пучок, осколки деления ядер) является эффективным и широко используемым устройством для получения лазерного излучения в ближней ИК области спектра (1,73-3,65 мкм). Известно [4], что Не-Аг-Хе смесь рассматривается в качестве перспективной лазерно-активной среды для создания мощных реакторно-лазерных систем как непрерывного [5], так и импульсного действия (оптического квантового усили-

теля с ядерной накачкой - ОКУ ЯН) [6]. Наибольший интерес здесь представляют лазерные переходы атомарного ксенона 5с/[3/2]!—>6р[5/2]2, 5с/[3/2]| —>6/?[3/2][ и 5^3/2]!—>6р[1/2]0 с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм соответственно, на которых были получены максимальные энергетические параметры генерации. Основными достоинствами лазера с такой средой являются высокая эффективность (более 2 %), широкий диапазон мощностных и энергетических характеристик, низкий порог генерации, химическая инертность активной среды, большой ресурс работы и возможность получения генерации на нескольких длинах волн. Однако наряду с достоинствами Не-Аг-Хе смесь обладает и недостатками, а именно: при высоких удельных энерговкладах и мощностях накачки энергетические параметры ЛЯН с такой средой ухудшаются [7-10].

Экспериментальному и теоретическому исследованию характеристик ксенонового лазера (чистый ксенон, Аг-Хе, Не-Аг-Хе) посвящено большое количество работ. Однако физика его работы до конца не ясна, данных фундаментального характера, особенно экспериментальных, о кинетике и спектроскопических характеристиках соответствующих переходов пока недостаточно. Вместе с тем, данные о вероятности лазерного перехода, процессах заселения и времени жизни верхнего рабочего уровня активной среды представляются весьма важными, т.к. они определяют сечение вынужденного излучения, эффективность и накопительную способность лазера. Накопительная способность является важным параметром для реализации концепции ОКУ ЯН в режиме задающий генератор-усилитель с обращением волнового фронта [6]. Теоретические оценки показывают, что полное время жизни верхнего лазерного уровня 5^3/2]] Хе I в Не-Аг-Хе среде не превышает 100 не. Достаточно однозначные экспериментальные данные по этому параметру отсутствуют.

Информация о спектроскопических характеристиках, а также о кинетике заселения и релаксации верхнего лазерного уровня 5</[3/2]1 Хе I может быть получена при исследовании временных зависимостей выхода спонтанного излучения с данного уровня. Основным препятствием, сдерживавшим экспериментальные исследования в данном направлении, по-видимому, служило отсут-

ствие достаточно чувствительных и быстродействующих ИК фотодетекторов. Имеющиеся фотоэлектронные умножители в данной области спектра не чувствительны. В последние годы в области разработки ИК детекторов имеется определенный прогресс. В частности, появились фотодиоды (ФД 24-03, ФД 3603), позволяющие проводить такие исследования.

Все сказанное выше подтверждает актуальность темы диссертации.

Научное и практическое значение

Полученные экспериментальные данные необходимы для:

- понимания физики процессов, происходящих в ЛЯН на основе ксенона;

- детальной верификации существующих кинетических моделей ксеноно-

вого лазера.

Цель работы заключается в разработке экспериментального метода измерения зависимостей выхода спонтанного излучения в ближней ИК области спектра от времени в наносекундном временном диапазоне при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава электронным пучком малой длительности и получении на основе этих зависимостей экспериментальных данных о спектроскопических характеристиках уровня 5с/[3/2] 1 атомарного ксенона и кинетике его заселения и релаксации в этих условиях.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Впервые измерены временные зависимости выхода спонтанного излучения с уровня 5ср/2][ Хе I в ИК диапазоне с разрешением менее 10 не при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава.

2. Впервые показано, что в чистом ксеноне при возбуждении электронным пучком основными механизмами заселения и релаксации уровня

5с/[3/2]1 являются его возбуждение и тушение электронами рекомбинирующей плазмы.

3. Впервые получены экспериментальные данные о постоянных времени радиационных переходов с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм с уровня 543/2]! Хе1.

4. Впервые получены экспериментальные данные о полном времени жизни уровня 5е?[3/2]] для широкого набора парциальных составов Не-Аг-Хе смеси.

Личный вклад автора

Автор разработал метод регистрации спонтанного излучения в ИК области спектра с наносекундным временным разрешением при возбуждении газовой среды электронным пучком, принимал активное участие в проектировании и создании экспериментальных установок, а также проведении измерений. Автор выполнил основной объем работ по математической обработке результатов измерений и анализу полученных экспериментальных данных.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод измерения зависимости выхода спонтанного излучения с длинами волн 2,03 и 1,73 мкм от времени в наносекундном временном диапазоне при возбуждении газовой среды на основе ксенона электронным пучком малой длительности.

2. Метод измерения относительных интегральных выходов спонтанного излучения с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм, возникающего при возбуждении газовой среды электронным пучком.

3. Метод получения информации о времени жизни уровня 5^3/2] 1 Хе I из зависимости выхода спонтанного излучения от времени при возбуждении среды импульсным электронным пучком.

4. Метод получения информации о постоянных времени радиационных переходов с уровня 5^3/2]] Хе I по измеренным относительным интегральным выходам спонтанного излучения для соответствующих переходов.

5. Количественные значения экспериментально полученных данных (полного времени жизни уровня 5^3/2]! Хе I в чистом ксеноне и Не-Аг-Хе смеси, постоянных времени радиационных переходов с данного уровня при возбуждении электронным пучком).

6. Результаты исследования кинетики заселения и релаксации уровня 5^3/2]] атомарного ксенона в чистом ксеноне и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава при возбуждении электронным пучком наносекундной длительности.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- использованием современных средств регистрации и методов обработки результатов;

- воспроизводимостью результатов в повторных экспериментах;

- контрольными и дополнительными экспериментами;

- согласием полученных данных с данными других авторов, когда они имеются;

- публикацией основных результатов работы в реферируемых журналах.

Публикации и апробация работы

Полученные результаты и основные положения диссертационной работы изложены в 7 печатных работах, из них 2 статьи в реферируемых журналах и 5 препринтов ФЭИ, а также докладывались на IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы».

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников. Содержание работы изложено на 124 страницах,

включая 36 рисунков и 7 таблиц. Список использованных источников состоит из 94 наименований.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснованы актуальность и новизна темы, указано научное и практическое значение диссертации, сформулирована цель работы. Здесь также представлены положения и результаты, выносимые на защиту. Дано краткое описание содержания диссертации.

В главе 1 дан обзор работ, посвященных исследованиям спектроскопических характеристик атомарного ксенона и физике работы ксенонового лазера.

В главе 2 описаны методики расчёта мощности энерговклада при торможении пучка электронов ускорителя Радан-220 в среде, приведены результаты расчёта для чистого ксенона, а также Не-Аг-Хе и Аг-Хе смесей различного парциального состава.

Полная удельная мощность энерговклада электронного пучка в среду определялась как

' Вт'

6-Ю"19

е Дх

смг

(1)

где J- плотность тока электронного пучка [А/см2], е- заряд электрона [Кл], АЕ / Ах- удельные энергетические потери электронов пучка в среде при данном давлении [эВ/см]. Среднее значение параметра АЕ / Ах определялось на основании работ [11] и [12], исходя из начальной энергии электронов Е0= 150 кэВ.

Было получено, что при среднем значении плотности тока пучка /=100 А/см2 в случае возбуждения чистого ксенона с давлением < 1 Topp полная удельная мощность энерговклада за импульс составляет — 1-10 кВт/см3 , а при давлениях сотни Topp ~ 0,5-2 МВт/см3. Для рассмотренных Не-Аг-Хе и Аг-Хе смесей с общим давлением, не превышающим атмосферного, полная удельная мощность энерговклада составляет ~ 0,3-2 МВт/см3.

В главе 3 описана экспериментальная установка и методика измерения зависимостей выхода спонтанного излучения от времени на переходах 543/2]i->6/j[3/2]i и 5üP/2]i->6/?[5/2]2, с длинами волн 2,03 и 1,73 мкм соответственно для чистого ксенона в диапазоне давлений 0,15-300 Topp. Приводится анализ механизмов заселения и релаксации уровня 543/2] i Хе I в чистом ксеноне. Дано качественное описание экспериментальных зависимостей и оценка времени жизни состояния 5d[3/2]i в чистом ксеноне для реализованных экспериментальных условий.

Схема экспериментальной установки для исследования излучения люминесценции ксенона изображена на рисунке 1. Возбуждение исследуемой среды производилось с помощью электронного ускорителя Радан-220 (ускорительная трубка ИМАЗ-150Э) [13] с энергией электронов Еэ~ 150 кэВ, длительностью импульса гм ~ 2 не и током в импульсе / = 500 А. Ускоритель работал в режиме одиночных пусков. В качестве кюветы использовалась либо кварцевая кювета диаметром 24x150 мм с алюминиевым отражателем, напыленным на внутренней боковой поверхности, и окном из BaF2 толщиной 10 мм, либо кювета из нержавеющей стали диаметром 30x300 мм с кварцевым окном для вывода излучения. Кювета откачивалась через ловушку с жидким азотом до давления ~ 5-10"3 Topp и заполнялась ксеноном с давлением 0,15-300 Topp. Для уменьшения влияния электромагнитных помех, возникающих при работе ускорителя, на регистрирующую аппаратуру электронный ускоритель с закрепленной на нем кюветой и блоком питания были помещены в короб из магнитомягкого железа. Для выделения излучения с требуемыми длинами волн в большинстве случаев использовались интерференционные светофильтры ИКС-1500 и ИКС-2000 (блок «А» рисунок 1), пропускающие излучение в диапазоне либо 1,5-2,5, либо 1,8-3 мкм соответственно. Кроме этого, проводилась серия экспериментов с использованием монохроматора МДР-23 с дифракционными решетками, имеющими 200 либо 300 шт/мм (блок «Б» рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки 1- электронный ускоритель Радан-220, 2- кювета, 3- блок питания ускорителя, 4- короб из магнитомягкого железа, 5 - линзау=170 мм, 6- монохроматор МДР-23, 7 - линза fr40 мм, 8- фотодиод ФД 24-03,9- осциллограф Tektronix TDS 1012, 10- оптический светофильтр

Регистрация излучения производилась с помощью фотодиода ФД 24-03 с чувствительностью в исследуемой области спектра достигающей 1 А/Вт. Диаметр чувствительной площадки фотодиода 0,3 мм, апертура входного зрачка 7 мм. Типичное собственное сопротивление фотодиодов ФД 24-03 составляет 10-100 кОм, емкость 5-40 пФ. Для уменьшения наводок на фотодиод он также был помещен в экран. При совместном использовании светофильтров ИКС-1500, ИКС-2000 и фотодиода ФД 24-03 выделяется область спектра 1,5-2,3 мкм, либо 1,8-2,3 мкм. Фотодиод был включен в фотовольтаическом режиме. В серии основных измерений сопротивление нагрузки составляло 50 Ом. Регистрация импульса напряжения с фотодиода производилась посредством цифрового запоминающего осциллографа Tektronix TDS 1012 и персонального компьютера.

Предварительно был проведен ряд вспомогательных и контрольных экспериментов. Исследования зависимости интенсивности и формы импульсов излучения люминесценции от степени вакуумирования газовой кюветы, скорости натекания воздуха и газовыделения со стенок кюветы, использование кювет из различных материалов и использование ксенона высокой чистоты из двух независимых партий позволили сделать вывод об отсутствии тушащих примесей в газе, которые могли бы оказать заметное влияние на форму и амплитуду импульса люминесценции ксенона.

В работе показана линейность отклика фотодиода ФД 24-03 в диапазоне амплитуд импульсов, реализуемых в ходе экспериментов.

Было исследовано временное разрешение системы регистрации излучения. Для этого в систему регистрации с генератора Г5-59 подавался эталонный электрический импульс длительностью 2,5 не. Временное разрешение оценивалось по отклонению формы импульса от эталонной [14]. Значение собственного времени системы регистрации составило 2,5 ± 0,5 не.

На рисунке 2 представлены осциллограммы импульса суммарного излучения люминесценции чистого ксенона с длинами волн 1,73 и 2,03 мкм и фоновый сигнал (при перекрытом излучении). Постоянные времени нарастания и спада импульса излучения на рисунке 2 составляют около 3 и 10 не соответственно. Следовательно, можно сделать вывод, что время жизни уровня 5c?[3/2]i ксенона при Р = 1 Topp не превышает 10 не. Это более чем 10 раз меньше, чем соответствующее значение, полученное в работе [15] при возбуждении уровня 5üf[3/2]i лазерным импульсом. Наблюдаемый эффект можно объяснить тем, что при возбуждении ксенона электронным пучком, в отличие от возбуждения лазерным импульсом, происходит интенсивное тушение этого уровня электронами рекомбинирующей плазмы. Это подтверждает выдвинутую ранее авторами работ [8,16] гипотезу об электронном перемешивании лазерных уровней для объяснения экспериментально наблюдаемого явления задержки импульса генерации Ar-Хе лазера при накачке электронным пучком.

а) 30

20

«

s 10

£Г

0

-10

б) 30

20

И

S 10

0

-10

А

МП. 1 .

лЛллл АллЛл.

50 100

t, не

150

200

А . м Л 1

ьАлЛ А

50

100

150

200

t, hc

Рисунок 2 - Осциллограммы импульса излучения люминесценции ксенона и фонового сигнала: а - импульс излучения, б - фоновый сигнал; Рхе= 1 Topp, фильтрИКС-1500, RHa,P= 50 Ом.

На рисунке 3 представлены импульсы люминесценции при различных давлениях ксенона. Импульсы приведены после вычитания фона.

На рисунках 4, 5 приведены результаты исследований зависимости амплитуды и ширины на половине высоты импульса люминесценции от давления ксенона. Из рисунков 4, 5 следует, что амплитуда и ширина импульса люминесценции очень слабо зависит от давления ксенона. При изменении давления от 1 Торра до 100 Topp (в 100 раз) они практически не меняются. Такое поведение амплитуды и ширины импульса на первый взгляд представляется неожиданным.

t, HC

Рисунок 3 - Импульсы излучения люминесценции при различных давлениях ксенона с учетом вычета фонового сигнала; сплошные линии - эксперимент, штриховые - расчёт (см. выр. (5)); а -Р = 1 Topp, б-Р = 16 Topp, в -Р = 70 Topp; фильтр ИКС-1500, Яиагр= 50 Ом

О ||||| I III 111Ц I—I I 1М1Ц-1—I I I Mll| I I I I I

0,1 1 10 100 P, торр

Рисунок 4 - Зависимость амплитуды импульса люминесценции U от давления ксенона Р (точки - эксперимент, штриховая линия - расчёт (см. выр. (5)); фильтр ИКС-1500, Янагр= 50 Ом

ЗОН

25

20

о я

15 10 5 0

-i-

i" 11 F Sfr'i1 -

I Щ| "I | 11ЩЦ I I 11И1Ц I I I I Hl>|

0,1 1 10 100

P, торр

Рисунок 5 - Зависимость ширины импульса люминесценции А1 на половине высоты от давления ксенона Р (точки - эксперимент, штриховая линия - расчёт (см. выр. (5)); фильтр ИКС-1500, Янагр= 50 Ом

Однако это можно понять, если учесть конечную длительность импульса ускорителя и временное разрешение системы регистрации излучения. Населенность уровня 5ор/2] 1 N(1) в процессе возбуждения и релаксации можно описать с помощью уравнения:

^т-Ш, (2)

А х

где Щх) - скорость накачки и г - полное время жизни верхнего уровня.

Д(0 = 4,ехр(-'/ти), (3)

£/(/) = *• 6(0 = *■(#(')/V*), (4)

где измеряемый осциллографом импульс напряжения, Ан и т„ -скорость накачки в начальный момент времени и постоянная времени её релаксации,

{Трад) =(т1) 1 + (^г) '.где Гр т2- радиационные постоянные времени для переходов с X = 1,73 мкм и к = 2,03 мкм соответственно, к — калибровочная константа, связывающая показания осциллографа с выходом спонтанного излучения. Решение уравнения (2) относительно 17(0 с учетом разрешения системы регистрации т0 и постоянной времени ускорителя ту имеет вид:

U(t) = k-

/г -г _/г

* рад н * у

XI

У

X —X

У

л-V

ТУ „L-'ъ

Ту-Т о1

-T.V > x-x0v '

(5)

х-х0

На рисунках 3-5 штриховой линией показаны результаты расчёта значений соответствующих величин с помощью выражения (5) при следующих оптимальных параметрах: ту=Ъ не, то= 6 не, тн~' = к\Р, к\= 4-109 [Topp"'-с"1], г1 = к2Р°'5, к2 = 0,9-109 [Торр"°'5-с"'], Ан = yfcjP1'5, /t3 = 1,М04 [Торр1,5-см'3- с1], где Р [Topp] - давление ксенона. Видно, что, в целом, результаты расчёта удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Наблюдаемые отклонения можно объяснить тем, что в данной модели не учитываются резонансный характер состояния 5d[3/2] i Хе I, проявляющийся в области низких давлений

[8], и эффект насыщения энерговклада электронов пучка в среду при больших давлениях ксенона.

Следует заметить, что оптимальным значением постоянной времени регистрирующей системы оказалось 6 не, а не 2,5 не, как было получено в контрольном эксперименте с генератором. Это связано с тем, что при исследовании с генератором не учитывается время собирания заряда в фотодиоде, которое в нашем случае, по-видимому, составляет около 5 не.

Таким образом, можно сказать, что основными механизмами заселения и релаксации уровня 5d[3/2]i при возбуждении чистого ксенона электронным пучком являются возбуждение и тушение электронами рекомбинирующей плазмы. Причём, характерные постоянные времени этих процессов очень малы. В области давлений ксенона несколько Topp, представляющей интерес для работы лазера, значение времени жизни уровня 5d[3/2]i, по крайней мере, в интервале времени, сравнимом с длительностью импульса накачки, практически полностью определяется электронным тушением и не превышает 1,5 не. Отсутствие долгоживущих компонент в большинстве импульсов люминесценции позволяет говорить о том, что при возбуждении чистого ксенона электронным пучком не проявляются плазмохимические процессы заселения уровня 5¿/[3/2]]. В частности, отсутствует канал заселения, идущий с образованием молекулярного иона Хсг+, рассматриваемый в некоторых работах, посвященных исследованию кинетики процессов в чистом ксеноне [39,44], в качестве одного из важных каналов накачки ксенонового лазера.

Глава 4 посвящена измерениям постоянных времени радиационных переходов 5i/[3/2]!^6/7[5/2]2, 543/2]i->6p[3/2]! и 543/2], ^6р[1/2]0 атомарного ксенона с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм. Приводится описание экспериментальных установок, методик измерения и обработки данных, а также полученные значения постоянных времени.

Идея метода измерения основана на том, что переходы 543/2]i ->6р[5/2]2, 5d[3/2]i-»6p[3/2]i и 5d[3/2]i-»6p[l/2]oC длинами волн 1,73, 2,03, 2,65 мкм соответственно имеют один и тот же верхний уровень. В общем случае для инте-

грального выхода спонтанного излучения на переходе /'->£ можно записать:

где (2«{0> т1к ~ выход спонтанного излучения и постоянная времени радиационного перехода соответственно, N¡(1) - населенность верхнего уровня (г). Отсюда следует, что в нашем случае, зная интегральные выходы спонтанного излучения 2ь ()2, 2з с длинами волн 1,73, 2,03, 2,65 мкм соответственно и полное радиационное время жизни т уровня 5с/[3/2]ь постоянные времени гь т2, гз для обсуждаемых переходов можно найти, решая систему уравнений:

Эксперимент проводили в два этапа. Сначала с помощью фотодиода ФД 24-03, чувствительного в области 1,2-2,4 мкм, измеряли выходы спонтанного излучения для длин волн 1,73 и 2,03 мкм, затем с помощью фотодиода ФД 3603, чувствительного в диапазоне 1,7-3,5 мкм, для длин волн 2,03 и 2,65 мкм. Схема установки для измерений с фотодиодом ФД 24-03 во многом аналогична приведенной на рисунке 1 (блок «Б») и показана на рисунке 6. Кювета представляла собой кварцевую колбу диаметром 24 х 150 мм с алюминиевым отражателем на внешней боковой поверхности. Кювета наполнялась спектроскопически чистым ксеноном с давлением 5 Topp. Детектор излучения работал в фо-товольтаическом режиме. Нагрузкой служило собственное сопротивление фотодиода. Для калибровки эффективности регистрации излучения с разными длинами волн использовалась вольфрамовая лампа СИРШ 8,5-200-1. Яркостная и соответственно истинная температура ленты лампы, равная 2900 ± 30 К при значении тока 23 А, определялась с помощью оптического пирометра ЭОП-66.

(6)

Ql=12_ 02

03

(7)

4 Г^А

f-Н> X *

Рисунок 6 - Схема эксперимента с фотодиодом ФД 24-03: 1 - электронный ускоритель Радан-220,2 - кювета, 3 - короб из магнитомягкого железа, 4 - зеркало, 5,8- линзы, 6 - монохроматор МДР-23,7 - интерференционный светофильтр, 9 - фотодиод ФД 24-03, 10 - осциллограф Tektronix TDS 1012, 11 - персональный компьютер, 12 - мониторирующий детектор, 13 - лампа СИРШ 8,5-200-1

Процедура основных измерений состояла в многократной поочередной регистрации для исследуемых длин волн импульса напряжения, пропорционального выходу спонтанного излучения из кюветы (эффект), и уровня напряжения, пропорционального спектральной яркости лампы (калибровка). Одновременно с импульсом эффекта второй канал осциллографа Tektronix TDS 1012 регистрировал нормировочный импульс монитора. Процедура измерений для длин волн 2,03 и 2,65 мкм была в точности такой же, как и описанная выше. Однако в экспериментальную установку были внесены изменения, обусловленные спецификой регистрации излучения с длиной волны 2,65 мкм. В частности,

из-за наличия в кварце довольно сильного поглощения вблизи линии Я = 2,65 мкм. Во-первых, была заменена кювета. В этом случае она представляла собой кварцевую трубу диаметром 24x150 мм с зеркальным алюминиевым покрытием на внутренней поверхности и имела выходное окно, изготовленное из кристалла ВаРг, толщиной 10 мм. Из оптической схемы установки была исключена проходная оптика и заменена на зеркальную. Для регистрации излучения применили фотодиод ФД 36-03 с диаметрами входного зрачка и фоточувствительной площадки 7 и 0,3 мм соответственно. Детектор работал в фотовольтаи-ческом режиме при температуре -70°С. Нагрузкой служило собственное сопротивление фотодиода, равное ~ 10 кОм.

Были получены усредненные по нескольким сериям измерений импульсы напряжения (эффект) 1и\(*), 1и2(0> 2^з(0 и соответствующие им уровни

напряжения (калибровка) 'Кь 'У2, 2У2, 2Г3. Здесь и далее цифра 1 над буквой слева означает результаты эксперимента с детектором ФД 24-03, 2-е детектором ФД 36-03, а цифры 1, 2, 3 справа под буквой означают результаты измерений для длин волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм соответственно. Необходимые нам отношения £>1/()2 и ^/бз из этих данных можно получить с помощью выражений:

02 "щ % в2 тл2 ткХ

д2 = 2щ % в2 тл2 ткз а 2Щ % вг тлЪ тк2

(8)

где 'Щ = ; Вь В2, 2?з - спектральная яркость ленты лампы; ТлЬ Тл1, Тл и

Тк 1, Тк1, Ткз - пропускание окна лампы и окна кюветы соответственно. Результаты обработки полученных данных в соответствии с выражениями (7), (8) приведены в таблице 1. Для величины т принято измеренное в работе [15] значение, равное 220 не. В этой же таблице приведены результаты расчётно-теоретических исследований [19,20].

Таблица 1 - Экспериментальные и расчётные [19, 20] значения отношений интегральных выходов спонтанного излучения 61/62. 6г/6з* и постоянные времени п, г2, Гз для радиационных переходов 5с/[3/2]] —>6/з[5/2]г, 5с/[3/2]х —>6/7[3/2]х, 5^3/2] 1 ->6/?[1/2]0 в атоме ксенона

Параметр Эксперимент Расчёт [19] Расчёт [20] Усреднение

61/62 0,13 ±0,03 0,12 0,20 ±0,05

62/63 4,4 ±0,7 2,0 1,50 ±0,25

т!,нс 2300 ±400 3300 2080 ±390 2560 ±2

г2, нс 300 ±40 400 420 ±35 370

гз, нс 1300 ±200 790 620 ±50 900 ±£2

* индексы 1, 2, 3 означают результаты для длин волн 1,73, 2,03 и 2,65мкм соответственно.

Видно, что качественно экспериментальные данные согласуются с результатами расчётов. Однако о количественном согласии можно говорить лишь для перехода 543/2]1->6р[5/2]2. Здесь экспериментальное значение времени жизни в пределах случайных погрешностей совпадает с расчётным. Наблюдаемые разногласия для переходов 5а?[3/2]1 —> 6р[3/2]х и 5с/[3/2], —^6/?[1/2]0 связаны, в основном, с тем, что значение 62/63, полученное в эксперименте с детектором ФД 36-03, более чем в два раза превышает расчётное.

Проведенный анализ систематических погрешностей измерений с детектором ФД 36-03 показал, что они малы и не могут служить причиной наблюдаемого разногласия между экспериментальными и расчётными данными о постоянных времени радиационных переходов 5й/[3/2]1-»6/?[3/2]1 и 543/2]! ->6/>[1/2]0.

Вместе с тем сделать вывод о том, какие из этих данных ближе к действительности, пока не представляется возможным. Для этого необходимы даль-

нейшие исследования. По крайней мере, еще один эксперимент с использованием другой, желательно независимой методики.

Учитывая значительную сложность как экспериментальных, так и теоретических исследований в данной области, сегодня, по-видимому, целесообразно принять, что расчётные и экспериментальные данные являются равнозначными и провести их усреднение.

В главе 5 описана методика и приведены результаты измерений зависимостей выхода спонтанного излучения от времени на переходе 5i/[3/2]i^6p[3/2]\ Хе I с длиной волны 2,03 мкм, возникающего при возбуждении Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава. Предложен метод обработки экспериментальных зависимостей с целью получения данных по полному времени жизни уровня 5üf[3/2]i Хе I в Не-Аг-Хе среде при возбуждении электронным пучком.

Схема экспериментальной установки аналогична изображенной на рисунке 1. Длина волны 2,03 мкм выделялась с помощью светофильтра ИКС-2000. Регистрация излучения осуществлялась с помощью фотодиода ФД 24-03, работающего в фотовольтаическом режиме на нагрузку 50 Ом.

При исследовании Не-Аг-Хе смеси в спектральном диапазоне 1,8-2,4 мкм, кроме изучаемой линии Хе1 2,03 мкм, наблюдалось несколько линий Hei и Arl, хотя и с существенно меньшей, чем у Xel, но с заметной интенсивностью. Для учета этого обстоятельства каждая серия основных измерений (с определенным парциальным составом смеси) сопровождалась измерением фона, т.е. регистрацией импульса излучения среды с тем же составом Не и Ar, но не содержащей ксенона. Затем этот импульс вычитался из основного при обработке данных. Полученные экспериментальные зависимости приведены на рисунке 7. Видно, что с изменением парциального состава газа форма импульса существенно деформируется, но доминируют в нем, за исключением кривых, соответствующих высокому содержанию ксенона (Р > 2 Topp), в случае Ar-Хе среды - одна, а в случае Не-Аг-Хе - две составляющих со значительно отличающимися (более, чем на порядок) характерными постоянными времени. При этом практически

во всех импульсах люминесценции крутой передний фронт начинается не с момента инжекции пучка, а с некоторой небольшой задержкой, длительность которой зависит от состава среды.

Для извлечения данных о полном врмени жизни уровня 5^[3/2]( из измеренных распределений спонтанного излучения применялся метод, аналогичный использованному при исследовании чистого ксенона. Если учесть, что измеренный в эксперименте выход спонтанного излучения есть (2{1) = М(1)/Тц, где та - постоянная времени радиационного перехода 5г/[3/2]1->6/>[3/2]1 с длиной волны 2,03 мкм, и предположить, что = ^ Д ехр(—Г / т}), где / = 1,2, то решение уравнения (2) относительно примет вид (9).

t, не

Рисунок 7 (а) - Измеренные (сплошные) U(t) и расчётные (пунктирные) Q(t) зависимости выхода спонтанного излучения от времени на переходе 5d[3/2]i—>6p[3/2]i Xel с диной волны 2,03 мкм при возбуждении Не-Аг-Хе среды различного парциального состава импульсным электронным пучком длительностью 2 не

а - вариация содержания Не при фиксированном содержании Ar [187 Topp] и Хе [1 Topp]: 1 - 94 Topp, 2-183 Topp, 3 - 371 Topp, 4 - 550 Topp;

25- ® 25-

■ П 20-

20-

1 15-

я

S 15- Н|\ 10-

О) \\ 5-

^ 10-

■ \

—I—

500

1000 t, не

1500

2000

Рисунок 7 (б-в) - Измеренные (сплошные) U(t) и расчётные (пунктирные) Q(t) зависимости выхода спонтанного излучения от времени на переходе 5^3/2]!—>6/j[3/2]! Хе1 с диной волны 2,03 мкм при возбуждении Не-Аг-Хе среды различного парциального состава импульсным электронным пучком длительностью 2 не б - вариация содержания Аг при фиксированном содержании Не [550 Topp] и Хе [1 Topp]: 5-47 Topp, 6-94 Topp, 7 - 141 Topp, 8-187 Topp; в - вариация содержания Ar при фиксированном содержании Не [0 Topp] и Хе [1 Topp]: 9-187 Topp, 10-375 Topp,И - 564 Topp, 12-738Торр;

t, HC

t, hc

Рисунок 7 (г-д) - Измеренные (сплошные) U(t) и расчётные (пунктирные) Q(t) зависимости выхода спонтанного излучения от времени на переходе 5d[3/2]i-+6p[3/2]i Xel с диной волны 2,03 мкм при возбуждении Не-Аг-Хе среды различного парциального состава импульсным электронным пучком длительностью 2 не г - вариация содержания Хе при фиксированном содержании Не [550 Topp] и Ar [187 Topp]: 13 - 0,25 Topp, 14 - 0,5 Topp, 15-1 Topp, 16-He:Ar:Xe-467:187:83 Topp; д - вариация содержания Хе при фиксированном содержании Не [550 Topp] и Ar [187 Topp]: 17-2 Topp, 18 - 4,5 Topp, 19-9 Topp, 20 - 18 Topp

Q(Ö=4

-Т.Л > Т —In

,-tlx_ -f/T0 1

Т1 -то

+А,

X X-,

//Т -f/T0 '

(?)

Результаты описания экспериментальных кривых с помощью выражения (9) для значений параметров, приведенных в таблице 2, показаны на рисунке 7 пунктирными линиями.

Таблица 2 - Значения параметров в выражении (9)

№ Состав среды, а и а2, т, gi 82 ч, к,

п/п Topp мВ мВ НС НС НС НС

Не:Аг:Хе

1 94:187:1 50 1,5 74 0,77 390 0,23 4020 0

2 187:187:1 110 1 72 0,86 245 0,14 3530 0

3 371:187:1 250 5 69 0,73 120 0,27 2390 12

4 550:187:1 360 6 66 0,73 73 0,27 1690 25

5 550:47:1 11 2 99 0,48 220 0,52 1510 3

6 550:94:1 65 6 85 0,41 86 0,59 1330 16

7 550:141:1 205 3,5 74 0,70 75 0,30 1850 28

8 550:187:1 335 6 66 0,72 67 0,28 1420 30

9 0:187:1 — 110 76 - — 1 1640 0

10 0:375:1 — 320 50 - — 1 1120 53

11 0:564:1 - 640 37 - - 1 830 27

12 0:738:1 - 1060 30 - — 1 600 15

13 550:187:0,25 150 7 72 0,52 73 0,48 1450 76

14 550:187:0,5 200 7 70 0,58 71 0,42 1480 57

15 550:187:1 435 5 66 0,79 83 0,21 2010 27

17 549:187:2 360 7 59 0,76 81 0,24 1320 9

18 546:187:4,5 350 12 44 0,72 69 0,28 770 64

19 542:187:9 420 10 32 0,80 80 0,20 800 59

20 533:187:18 520 4 20 0,90 86 0,10 1420 53

При этом величины г0, т). и г задавались, а значения параметров ть

т2 и /0 подбирались методом наименьших квадратов из условия наилучшего описания экспериментальных кривых. Значение параметра /0 равно времени на шкале осциллографа, соответствующему / = 0 в выражении (9). Величины g12

есть относительные вклады каналов накачки с параметрами А и т\ иЛ2, соот-ветственно.Полное время жизни уровня 5c/[3/2]i г вычислялось в предположении, что оно определяется полным радиационным временем жизни Трад и тушением тяжелыми частицами среды, т.е.:

1/г = 1/трад + СНеКне + СагКаг + СхеКхе, (10)

где Сне, С Ar, Схе и К!1е, КАг, Кхе - концентрации Не, Аг, Хе и константы скорости тушения ими уровня 5c?[3/2]i соответственно. Значения величин Tpa;h КЛг и КХе, равные 220 не, 10"12 см3с-1 и 0,55-Ю"10 см3с"1, были взяты из работы [15], а КНе принималось равным 10"13 см3с~\ Из рисунка 7 видно, что выражение (9) удовлетворительно описывает экспериментальные данные по выходу люминесценции в широком диапазоне изменения парциального состава смеси, т.е. расчётные данные не выходят за пределы погрешностей экспериментальных значений, определенных из разброса серий. Исключение составляет область с парциальным давлением ксенона Р > 2 Topp. Здесь появляется третья компонента импульса с постоянной времени, существенно меньшей, чем ti и т2. Причем при Рхе = 83 Topp импульс вырождается в один короткий пик, который по форме практически совпадает с импульсом, наблюдавшимся при изучении чистого ксенона.

Следует заметить также, что без введения задержки по времени между измеренными и расчётными кривыми Q(t) (т.е. при t0 - 0) удовлетворительно описать экспериментальные данные (за исключением кривых, соответствующих приведенным в таблице 2 составам газа 1, 2) с помощью выражения (9) не удается.

Качественно эти результаты можно объяснить следующим образом. В сравнительно короткий промежуток времени после инжекции электронного пучка At ~ t0 < 70 не, длительность которого зависит от состава и плотности газа, доминируют быстрые процессы прямого возбуждения и тушения уровня 5d[3/2]i Xel электронами рекомбинирующей плазмы. При этом значение величины г определяется плотностью электронов и зависит от времени.

Сначала оно мало (т « 10 не), затем по мере рекомбинации плазмы увеличивается и, начиная примерно с момента времени / ~ /о, становится постоянным и определяется, в основном, тушением тяжелыми частицами. Примерно к этому же моменту времени (/ ~ г0) в заселении уровня 5ор/2]1 начинают доминировать плазмохимические процессы, которые группируются в случае Аг-Хе среды в один, а в случае Не-Аг-Хе смеси в два основных канала со значительно отличающимися и зависящими от парциального состава среды постоянными времени. Значения последних и характер их зависимости от состава среды позволяют предположить, что каналы с параметрами Г1 ~ 100 не и т2 ~ 1000 не отражают двухчастичные и трехчастичные плазмохимические процессы соответственно. Согласно существующим в настоящее время теоретическим представлениям [21] канал с характерной постоянной времени ть по-видимому, соответствует реакциям Пеннинга, перезарядки и передачи возбуждения с гелия на аргон, а затем на ксенон. Канал с постоянной времени г2 вероятно определяется реакциями трехчастичной конверсии и диссоциативной рекомбинации АгХе+, Хе2+, а также тройной рекомбинации Хе+. Об этом свидетельствует тот факт (см. таблицу 2), что при отсутствии гелия в среде экспериментальные данные хорошо описываются без привлечения канала накачки с постоянной времени п, а также характер зависимости параметров гь ¿п и г2, g2 от парциального состава среды.

Тот факт, что принятые в данной работе значения полного времени жизни уровня 5^3/2] 1 Хе1 и константы скорости его тушения гелием в Не-Аг-Хе смеси, возбуждаемой электронным пучком, позволяют удовлетворительно описать измеренные кривые, свидетельствует о том, что эти значения близки к реальным.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

Заключение

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан метод и проведены измерения временных зависимостей выхода спонтанного излучения с уровня 5о?[3/2]1 атомарного ксенона в ИК об-

ласти спектра в ианосекундном временном диапазоне при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава электронным пучком малой длительности.

2. Предложен и реализован метод обработки полученных зависимостей выхода спонтанного излучения с целью извлечения экспериментальных данных о полном времени жизни уровня 5c/[3/2]j Xel и кинетике его заселения и релаксации.

3. Впервые показано, что основными механизмами заселения и релаксации уровня 5i/[3/2]j в чистом ксеноне являются возбуждение и тушение электронами плазмы. В области давлений 1-5 Topp время жизни уровня 5^[3/2], не превышает 1,5 не.

4. Впервые получены экспериментальные данные о постоянных времени радиационных переходов с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм с уровня 5£/[3/2], Xel.

5. Показано, что в Не-Аг-Хе смеси на начальном этапе доминируют быстрые процессы электронного возбуждения и тушения уровня 5t/[3/2]t Xel. Затем начинают преобладать плазмохимические процессы с участием тяжелых частиц. Характерные постоянные времени последних составляют ~ 0,1 и ~ 1 мкс.

6. Подтверждены существующие данные о полном радиационном времени жизни уровня 5i/[3/2]j и константах скоростей его тушения аргоном и ксеноном, а также получены отсутствующие данные о полном времени жизни уровня 5с/[3/2], для широкого набора парциальных составов Не-Аг-Хе смеси

(20-100 не) и константе скорости его тушения гелием (10 ° см3-с ').

Основные практические выводы диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

Полученные экспериментальные данные по полному времени жизни уровня 5^3/2] j Xel в Не-Аг-Хе среде подтверждают результаты теоретических исследований и говорят об относительно слабой накопительной способности

этой лазерной среды. Поэтому использование Не-Аг-Хе среды в ОКУЯН с обращением волнового фронта едва ли можно считать достаточно эффективным. Для реализации такой лазерной системы необходим поиск новых лазерно-активных сред.

Вместе с тем, Не-Аг-Хе смесь, благодаря таким достоинствам, как низкий порог генерации, высокий КПД, химическая инертность, в настоящее время остается наиболее перспективной средой для непрерывных реакторов-лазеров.

Наблюдаемое в данной работе интенсивное электронное тушение верхнего лазерного уровня подтверждает выводы теоретических исследований о том, что причиной ухудшения энергетических параметров ксенонового лазера при высоких удельных энерговкладах и мощностях накачки может служить перемешивание рабочих состояний электронными столкновениями.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Денежкин И.А., Дьяченко П.П., Семенов В.П. и др. Исследование чувствительности ФЭУ-62 в ИК спектральном диапазоне: Препринт № 3030 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004.

2. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Экспериментальная оценка времени жизни уровня 5i/[3/2]i атома ксенона в Не-Аг-Хе смеси при возбуждении электронным пучком: Препринт № 3057 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2005.

3. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Исследование люминесценции ксенона в ИК спектральном диапазоне при возбуждении пучком электронов: Препринт № 3124 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2008.

4. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Кинетика заселения и релаксации уровня 5d[3/2]i при возбуждении чистого ксенона импульсным электронным пучком // Квантовая электроника. - 2009. - Т. 39. - С. 135.

5. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Измерение постоянных времени радиационных переходов с уровня 5c/[3/2]i атома ксенона: Препринт № 3156 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2009.

6. Денежкин И.А., Дьяченко П.П., Семенов В.П. Постоянные времени радиационных переходов с уровня 5c/[3/2]i атома ксенона // Оптика и спектроскопия,- 2009. - Т. 106. - С. 557-562.

7. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Исследование кинетики заселения и релаксации уровня 5c/[3/2]i атомарного ксенона при возбуждении Не-Аг-Хе смеси импульсным электронным пучком: Препринт № 155 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2009.

Список цитируемой литературы

1. Дьяченко П.П., Дорофеев Ю.Б., Полетаев Е.Д., Серегина Е.А. Подпорого-вая диагностика активных сред для лазеров с прямой ядерной накачкой: Препринт № 2070. - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 1990.

2. Середа О.В., Тарасенко В.Ф., Феденев A.B., Яковленко С.И. Мощные ИК лазеры на переходах Хе I // Квантовая электроника. - 1993. - Т. 20. - С. 535-558.

3. Карелин A.B., Яковленко С.И. Кинетическая модель He-Ne-Ar-H2 лазера с ядерной накачкой // Труды II Междунар. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой» (ЛЯН-94). - Арзмас-16,1995. - Т.1. - С. 203-218.

4. Карелин A.B., Синянский A.A., Яковленко С.И. Лазеры с ядерной накачкой и физические проблемы создания реактора-лазера // Квантовая электроника. - 1997. - Т. 24. - С. 387-414.

5. Синянский A.A. Многоканальные ядерно-лазерные установки квазинепрерывного действия на реакторе БИГР // Труды III междунар. конф. «Проблемы лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы». - Снежинск, 2002.-Т .1.-С. 377-387.

6. Гулевич A.B., Дьяченко П.П., Зродников A.B., Кононов В.Н. // Атомная энергия. - 1996. - Т. 80. - С. 361.

7. Alford W.J., Hays G.N. Measured laser parameters for reactor-pumped He/Ar/Xe and Ar/Xe lasers // J. Appl. Phys. - 1989. -V. 65. - P. 3760-3766.

8. Ohwa M., Moratz T.J., Kushner MJ. Excitation mechanisms of the electron-beam-pumped atomic xenon (5d—>6p) laser in Ar/Xe mixtures // J. Appl. Phys. -1989.-V. 66.-P. 5131-5145.

9. Барышева H.M., Бочков A.B., Бочкова Н.В., Гребенкин К.Ф. и др. О возможном механизме перегрева активной среды ЛЯН на ИК переходах атома ксенона // Труды I междунар. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой». - Обнинск, 1992. -Т .1. - С. 374380.

10. Исследование срыва лазерной генерации в Ar-Хе лазере с ядерной накачкой при больших удельных энергиях / Боховко В.М., Будник А.П., Добровольская И.В.: Препринт № 2571 - Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 1996.

11. Заярный Д.А., Семенова JI.B., Устиновский H.H., Холин И.В., Чугунов А.Ю. О влиянии мощности накачки и добавок гелия на энергетические параметры Ar-Хе лазера с электронно-пучковой накачкой // Квантовая электроника. - 1998. - Т. 25. - С. 493-500.

12. База данных EMID [Электронный ресурс]. URL: http:// www3.oen.ne.jp/~tttabata/emid/Welcome.htm (дата обращения: 19.10.2008).

13. Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Липатов Е.И., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тара-сенко В.Ф. Электроны с повышенной энергией в наносекундном электронном пучке вакуумного диода // ЖТФ. - 2007. - Т. 77. - С. 98-103.

14. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. - М.: Атомиздат, 1977. 94

15. Alekseev V.A., Setser D.W. Generation and kinetic studies of Xe (5d[3/2]i) resonance state atoms // J. Phys. Chem. A. - 1999. - V. 103. - P. 8396-8403.

16. Shon J.W., Kushner M.J., Hebner G.A., Hays G.N. Predictions for gain in the fission-fragment-excited atomic xenon laser // J. Appl. Phys. - 1993. - V. 73. -P. 2686-2694.

17. Карелин A.B., Симакова O.B. Кинетика активных сред многоволнового ИК лазера на ксеноне в смесях с Не и Ar, накачиваемых жестким ионизатором.

1. Электронно-пучковая накачка // Квантовая электроника. - 1999. - Т. 28. -С. 121-128.

18. Dudin A.Yu., Semenova L.V., Ustinovskii N.N., Kholin I.V., Chugunov A.Yu. Energy and spectral characteristics of electron beam pumped lasers on Xe I transitions using Ne, Ar and Kr as buffer gases // J. Sov. Las. Res. - 1992. - V. 13. -P. 374-389.

19. Aymar M., Coulombe V. Theoretical transition probabilities and lifetimes in Kr I and Xe I spectra // Atomic Data and Nuclear Data Tables. - 1978. - V. 21. - P. 537.

20. Dasgupta A., Apruzese J.P., Zatsarinny O., Bartschat К., Fischer C.F. Laser transition probabilities in Xe I // Phys. Rev. A. - 2006. - V. 74. - P. 012509.

21. Карелин A.B. Физические основы реактора-лазера. - M.: ВНИИЭМ, 2007.

Подписано к печати 06.10.2009 г. Заказ № 696. Формат 60x84 '/16. Усл. п. л. 0,65. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 55 экз.

Отпечатано в ОНТИ методом прямого репродуцирования с оригинала автора. 249033, Обнинск Калужской обл., ГНЦ РФ - Физико-энергетический институт.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Спектроскопические характеристики уровня 56/[3/2]i Хе 1.

1.2 Кинетические модели ксенонового лазера.

1.1.1 Механизмы заселения и релаксации лазерных уровней в чистом ксеноне.

1.1.2 Механизмы заселения и релаксации верхнего лазерного уровня в двойных и тройных смесях инертных газов на основе ксенона.

Глава 2. Расчет параметров энерговклада электронного пучка в среду.

Глава 3. Исследование кинетики заселения и релаксации уровня

5J[3/2]! Хе I в чистом ксеноне.

3.1 Экспериментальная установка.

3.2 Вспомогательные и контрольные эксперименты.

3.2.1 Спектральный состав излучения.

3.2.2 Влияние тушащих примесей.

3.2.3 Временное разрешение системы регистрации излучения.

3.2.4 Линейность отклика детектора излучения.

3.3 Результаты исследования кинетики заселения и релаксации уровня 5c/[3/2]i Хе I в чистом ксеноне и их обсуждение.

Исследования, связанные с созданием лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН), являются перспективным направлением в области прямого преобразования ядерной энергии. Основным их достоинством является возможность достижения в перспективе значительных мощностей лазерного излучения за счет высокой энергоемкости ядерного реактора и накачки больших объемов активной среды. Достаточно мощные и дешевые источники лазерного излучения необходимы для освоения таких новых технологий, как инерциальный термоядерный синтез, разделение изотопов, глубокая резка и сварка различных материалов, широкоаппертурное упрочнение поверхности металлов, энергоемкий химический синтез, пучковая энергетика.

В настоящее время развитие ЛЯН идет по двум взаимосвязанным направлениям:

- экспериментальные исследования, заключающиеся в оптимизации условий, при которых происходит наиболее эффективная лазерная генерация;

- создание расчетно-теоретических кинетических моделей, необходимых для правильного понимания процессов, происходящих в таких лазерах и дальнейшего улучшения их характеристик.

Исследования на импульсных ядерных реакторах сопровождаются большим количеством экспериментальных трудностей. Кроме того, подобные эксперименты чрезвычайно дороги. Создание адекватных кинетических моделей зачастую тормозится отсутствием экспериментальных данных по фундаментальным атомным константам. Недостающие параметры, обычно, подбираются в ходе моделирования по наилучшему согласию с результатами конкретных экспериментов. Однако созданные таким образом модели не всегда одинаково хорошо описывают данные, 4 полученные в различных экспериментальных условиях. Это, в основном, объясняется сложностью структуры уровней атомов и молекул лазерно-активных сред и недостаточной изученностью протекающих релаксационных процессов.

Вследствие этого большую актуальность приобретают экспериментальные методы, позволяющие исследовать характеристики излучения и кинетические процессы в активных средах для ЛЯН до постановки генерационных экспериментов с использованием импульсных реакторов [1]. К таким методам, в первую очередь, относится возбуждение среды с помощью пучков тяжелых многозарядных ионов [2], пучков протонов [3] и электронов [4], других источников ионизирующих излучений и изучение её релаксации в основное состояние. При этом, из-за простоты их получения, наиболее доступными являются электронные пучки.

Для накачки лазерно-активных сред в ЛЯН используется ряд о^г 1 г» 7 4 нейтронозахватных реакций, например U(n,f), B(n,a) Li, Не(п,р)Т. Среди запущенных к настоящему времени ЛЯН наибольший интерес представляют лазеры с накачкой осколками деления U из-за возможности организации цепной реакции и создания в дальнейшем единого автономного реакторно-лазерного модуля. Известно [5], что, в общем случае, параметры плазмы, возбуждаемой электронным пучком, отличаются от случая накачки осколками деления. В частности, отличаются распределения вторичных электронов по скоростям, энергии образования возбужденных состояний и др. Однако ряд теоретических и экспериментальных исследований [6-11] показал, что характеристики лазерного излучения при накачке жестким ионизатором (каким являются и осколки деления, и пучки ускоренных заряженных частиц) не имеют сильной зависимости от способа накачки и определяются, в основном, энерговкладом в активную среду и его скоростью. Отсюда можно сделать важный вывод о возможности моделирования ЛЯН в экспериментах с использованием слаботочных электронных пучков большой длительности или сильноточных электронных пучков наносекундной 5 длительности. Основными преимуществами такого моделирования по сравнению с экспериментами на импульсных реакторах являются:

- большая доступность;

- более широкий диапазон мощностных и временных характеристик;

- их дешевизна.

Таким образом, исследования лазерно-активных сред для ЛЯН при возбуждении их электронным пучком могут дать значительный вклад в понимание процессов, происходящих в ЛЯН, создания адекватных кинетических моделей и дальнейшего развития ЛЯН.

Лазер на переходах 5d-+6p атомарного ксенона при различных способах накачки Не-Аг-Хе смеси (электрический разряд, электронный пучок, осколки деления ядер) является эффективным и широко используемым устройством для получения лазерного излучения в ближней ИК области спектра (1,73-3,65 мкм). Известно [12], что Не-Аг-Хе. смесь рассматривается в качестве перспективной лазерно-активной среды для создания мощных реакторно-лазерных систем как непрерывного [13], так и импульсного действия (оптического квантового усилителя с ядерной накачкой - ОКУЯН) [14]. Наибольший интерес здесь представляют лазерные переходы атомарного ксенона 5d[3/2]i—»6р[5/2]2, 5t/[3/2]i-^6p[3/2]j и 5с/[3/2]!-^6р[1/2]о с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм соответственно, на которых были получены максимальные энергетические параметры генерации. Основными достоинствами лазера с такой средой являются высокая эффективность (более 2%), широкий диапазон мощностных и энергетических характеристик, низкий порог генерации, химическая инертность активной среды, большой ресурс работы и возможность получения генерации на нескольких длинах волн. Однако наряду с достоинствами Не-Аг-Хе смесь обладает и недостатками, а именно: при высоких удельных энерговкладах и мощностях накачки энергетические параметры ЛЯН с такой средой ухудшаются [15-19]. 6

Экспериментальному и теоретическому исследованию характеристик ксенонового лазера (чистый ксенон, Ar-Хе, Не-Аг-Хе) посвящено большое количество работ. Однако физика его работы до конца не ясна, данных фундаментального характера о кинетике и спектроскопических характеристиках соответствующих переходов пока недостаточно. Так информация о вероятностях лазерных переходов с верхнего лазерного уровня 5<i[3/2]i представлена, в основном, результатами расчетно-теоретических исследований. Вместе с тем, данные о вероятности лазерного перехода, процессах заселения и времени жизни верхнего рабочего уровня активной среды представляются весьма важными, т.к. они определяют сечение вынужденного излучения, эффективность и накопительную способность лазера, т.е. возможность его работы в режиме задающий генератор-усилитель.

Большинство опубликованных в литературе работ посвящено исследованию именно генерационных характеристик ксенонового лазера. Лазерное излучение характеризуется значительно более высокой мощностью по сравнению с излучением люминесценции. Длительность импульса генерации в большинстве случаев определяется длительностью возбуждающего импульса и в случае реакторно-лазерных экспериментов составляет микро- и даже миллисекунды, что позволяет использовать сравнительно медленные детекторы, например, фоторезисторы. Вследствие всего этого лазерное излучение, в отличие от излучения люминесценции, достаточно легко регистрируется.

Целью большинства экспериментов, связанных с ЛЯН, является получение максимально возможных энергетических параметров генерации (энергия, мощность, КПД) и исследование их зависимости от параметров эксперимента. Зависимости полной энергии генерации и эффективности лазера от параметров активной среды и источника накачки часто используются в качестве опорных при апробации кинетических моделей. Однако энергия генерации и эффективность являются интегральными 7 параметрами, и причины их изменения в ходе эксперимента можно трактовать неоднозначно. Это является одной из причин разнообразия, а иногда и противоречивости, предлагаемых механизмов генерации ксенонового лазера.

Временной ход импульса генерации также не позволяет делать однозначные выводы о процессах заселения и релаксации верхнего лазерного уровня, поскольку сильно зависит и от населенности нижних лазерных уровней. Импульсы генерации на переходах с одного верхнего уровня отличаются.

Информация о спектроскопических характеристиках, а также о кинетике заселения и релаксации верхнего лазерного уровня 5с/[3/2][ Хе I в более явном виде может быть получена при исследовании временных зависимостей выхода спонтанного излучения с данного уровня. Основным препятствием, сдерживавшим экспериментальные исследования в данном направлении, по-видимому, служило отсутствие достаточно чувствительных и быстродействующих ИК-фотодетекторов. Имеющиеся фотоэлектронные умножители в данной области спектра не чувствительны.

В последние годы в области разработки ИК детекторов имеется определенный прогресс. В частности, появились фотодиоды (ФД 24-03, ФД 36-03), позволяющие проводить такие исследования.

Все сказанное выше подтверждает актуальность темы диссертации и ее научное и практическое значение.

Цель работы заключается в разработке экспериментального метода измерения зависимостей выхода спонтанного излучения в ближней ИК области спектра от времени в наносекундном временном диапазоне при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава электронным пучком малой длительности и получении на основе этих зависимостей экспериментальных данных о спектроскопических характеристиках уровня 5й?[3/2]] атомарного ксенона и кинетике его заселения и релаксации в этих условиях.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработан метод измерения зависимости выхода спонтанного излучения (люминесценции) с длинами волн 1,73-2,65 мкм от времени в нано- (микро-) секундном временном диапазоне при возбуждении газовой среды электронным пучком наносекундной длительности.

2. Разработан метод измерения относительных интегральных выходов спонтанного излучения с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм.

3. Спроектирована и создана экспериментальная установка, позволяющая регистрировать излучение люминесценции газовой среды в диапазоне длин волн 1-2,4 мкм, возникающее при возбуждении ее электронным пучком.

4. Измерены временные зависимости выхода излучения люминесценции на длинах волн 2,03 и 1,73 мкм, возникающего при возбуждении чистого ксенона с давлением 0,15-300 Торр.

5. Спроектирована и создана экспериментальная установка, позволяющая регистрировать излучение люминесценции газовой среды в диапазоне длин волн 2 - 2,65 мкм, возникающее при возбуждении ее электронным пучком.

6. Измерены относительные интегральные выходы спонтанного излучения с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм, возникающего при возбуждении чистого ксенона.

7. Измерены- временные зависимости выхода спонтанного излучения на длине волны 2,03 мкм, возникающего при возбуждении Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава.

8. Проведена обработка результатов измерений. Получены экспериментальные данные о полном времени жизни уровня 5c/[3/2]i 9

Хе I в чистом ксеноне и Не-Аг-Хе смеси, кинетике заселения и релаксации этого уровня, постоянных времени лазерных переходов с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм при возбуждении электронным пучком наносекундной длительности.

Во всех случаях возбуждение исследуемой среды производилось пучком малогабаритного электронного ускорителя Радан-220.

Все эти* задачи были решены автором либо лично, либо в составе группы при определяющем личном участии.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Впервые измерены временные зависимости выхода спонтанного излучения с уровня 5c/[3/2]i Хе I в ИК диапазоне с разрешением менее 10 не при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава.

2. Впервые получены экспериментальные данные о» полном времени жизни верхнего лазерного уровня 5d\bl2\\ Хе I в чистом ксеноне и Не-Аг-Хе смеси в условиях возбуждения электронным пучком.

3. Впервые показано, что в чистом ксеноне при возбуждении электронным пучком основными механизмами заселения и релаксации уровня 5t/[3/2]i являются его возбуждение и тушение электронами рекомбинирующей плазмы.

4. Впервые показано, что при возбуждении Не-Аг-Хе среды, начиная с некоторого момента времени после инжекции пучка среду, в заселении уровня 5t/[3/2]i ксенона доминируют плазмохимические процессы, которые группируются в случае Не-Аг-Хе смеси в два отдельных канала с характерными постоянными времени ~0,1 и ~1 мке и один канал для Аг-Хе среды с постоянной времени мкс.

5. Впервые получены экспериментальные данные по постоянным времени радиационных переходов 5c/[3/2]i ~^6^[5/2]2,

5d[3/2]i->6p[3/2]i и 5d[3/2]i">6p[l/2]o с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм соответственно.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод измерения зависимости выхода спонтанного излучения с длинами волн 2,03 и 1,73 мкм от времени в наносекундном временном диапазоне при возбуждении газовой среды на основе ксенона электронным пучком малой длительности.

2. Метод измерения относительных интегральных выходов спонтанного излучения с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм, возникающего при возбуждении газовой среды электронным пучком.

3. Метод получения информации о времени жизни уровня 5d[3l2\\ Хе I из зависимости выхода спонтанного излучения от времени при возбуждении среды импульсным электронным пучком.

4. Метод получения информации о постоянных времени радиационных переходов с уровня 5d[3/2]i Хе I по измеренным относительным интегральным выходам спонтанного излучения для соответствующих переходов.

5. Количественные значения экспериментально полученных данных (полного времени жизни уровня 5d[3/2]i Хе I в чистом ксеноне и Не-Ar-Хе смеси, постоянных времени радиационных переходов с данного уровня при возбуждении электронным пучком).

6. Результаты исследования кинетики заселения и релаксации уровня 5c/[3/2]i атомарного ксенона в чистом ксеноне и Не-Аг-Хе смеси различного парциального состава при возбуждении электронным пучком наносекундной длительности.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- использованием современных средств регистрации и методов обработки результатов;

- воспроизводимостью результатов в повторных экспериментах;

- контрольными и дополнительными экспериментами;

- согласием полученных данных с данными других авторов, когда они имеются;

- публикацией основных результатов работы в реферируемых журналах.

Апробация работы

Полученные результаты и основные положения диссертационной работы были представлены на научных семинарах в ГНЦ РФ-ФЭИ, а также докладывались на IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы».

Публикации

Полученные в диссертации результаты изложены в 7 печатных работах [72, 73, 77, 78-81], из них 2 статьи в реферируемых журналах и 5 препринтов ФЭИ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников. Содержание работы изложено на 124 страницах, включая 36 рисунков и 7 таблиц. Список использованных источников состоит из 94 наименований.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан метод измерения временных зависимостей выхода спонтанного излучения с уровня 5^3/2]! атомарного ксенона в ИК области спектра при возбуждении чистого ксенона и Не-Аг-Хе смеси различного парциального- состава импульсным электронным пучком малой длительности.

2. Созданы экспериментальные установки, позволяющие регистрировать излучение люминесценции газовой среды в диапазоне длин волн 1,5-3 мкм, возникающее при возбуждении импульсным электронным пучком.

3. Измерены зависимости выхода спонтанного излучения от времени на переходах 5c/[3/2]i—>вр\Ъ/2]\ и 5сЦЪ/2]\—>6/?[5/2]г с длинами волн 2,03 и 1,73 мкм соответственно при возбуждении чистого ксенона электронным пучком наносекундной длительности ускорителя Радан-220.

4. Предложен и реализован метод обработки полученных экспериментальных зависимостей выхода спонтанного излучения с целью извлечения данных о кинетике заселения и релаксации уровня 5d[3/2~\\ Xel.

5. Впервые показано, что основными механизмами заселения и релаксации уровня 5d[b/2~\\ в чистом ксеноне являются возбуждение и тушение электронами рекомбинирующей плазмы. Значения характерных постоянных времени этих процессов в исследованном диапазоне давлений ксенона не превышают 2 не.

Впервые получена экспериментальная оценка значения полного времени жизни уровня 5d[3/2]i Xel в чистом ксеноне в условиях возбуждения электронным пучком. В области давлений 1-5 Торр время жизни уровня 5d[3/2]i не превышает 1,5 не и зависит от давления как Р0'5.

При возбуждении чистого ксенона электронным пучком вплоть до давления 100 Торр не обнаружено проявления плазмохимических процессов заселения уровня 5с/[3/2]ь

6. Разработан метод измерения относительных интегральных выходов спонтанного излучения с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм с уровня 5c/[3/2]i атомарного ксенона при возбуждении чистого ксенона импульсным электронным пучком.

7. Разработан метод получения экспериментальных данных о постоянных времени радиационных переходов с уровня 5<i[3/2]i Xel по измеренным относительным интегральным выходам спонтанного излучения с данного уровня.

8. Впервые получены экспериментальные данные о постоянных времени радиационных переходов с уровня 5t/[3/2]i Xel. Они оказались равными 2300±400 не, 300±40 не и 1300±200 не для переходов с длинами волн 1,73, 2,03 и 2,65 мкм соответственно.

Экспериментальные данные качественно согласуются с результатами расчетно-теоретических исследований. Предлагается в качестве рекомендованных значений постоянных времени принять результаты усреднения экспериментальных и расчетных данных, равные 2560 не, 370±,о не и 900±280 не для радиационных переходов 5<^[3/2]j —»6/7[5/2]2, 5d[3/2] 1 -»6/?[3/2] 1 и 543/2]i->6p[l/2]0 соответственно.

9. Измерены зависимости выхода спонтанного излучения от времени на переходе 5^ЪЩ\-^6р{ЪЩ\ атомарного ксенона с длиной волны 2,03 мкм при возбуждении Не-Аг-Хе среды электронным пучком ускорителя Радан-220 для широкого набора парциальных составов и общего давления смеси.

Показано, что в начальный промежуток времени после инжекции пучка в среду доминируют быстрые процессы возбуждения и тушения уровня 5d[3/2]j Xel электронами рекомбинирующей плазмы. Затем в заселении верхнего лазерного уровня начинают преобладать плазмохимические процессы с участием тяжелых частиц. Характерные постоянные времени последних составляют ~0,1 и~1 мкс.

Подтверждены существующие данные о полном радиационном времени жизни уровня 5^3/2]! (220 не [31]) и константах скоростей его тушения аргоном (10~12 см3-с"1 [31]) и ксеноном (5,5-Ю"11 см3-с"' [31]), а^также получены отсутствующие данные о полном времени жизни уровня 5J[3/2]i для широкого набора парциальных составов Не-Аг-Хе смеси (20-100 не) и

П О ] константе скорости его тушения гелием (10" см -с").

Основные практические выводы диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

Полученные экспериментальные данные по полному времени жизни уровня 5 <i[3/2] j Xel в Не-Аг-Хе среде подтверждают результаты теоретических исследований и говорят об относительно слабой накопительной способности этой лазерной среды. Поэтому использование Не-Аг-Хе среды в ОКУЯН с обращением волнового фронта едва ли можно считать достаточно эффективным. Для реализации такой лазерной системы необходим поиск новых лазерно-активных сред.

Вместе с тем, Не-Аг-Хе смесь, благодаря таким достоинствам, как низкий порог генерации, высокий КПД, химическая инертность, в настоящее

112 время остается наиболее перспективной средой для непрерывных реакторов-лазеров.

Наблюдаемое в данной работе интенсивное электронное тушение верхнего лазерного уровня подтверждает выводы теоретических исследований о том, что причиной ухудшения энергетических параметров ксенонового лазера при высоких удельных энерговкладах и мощностях накачки может служить перемешивание рабочих состояний электронными столкновениями.

Заключение

1. Дьяченко П.П., Дорофеев Ю:Б., Полетаев Е.Д., Серегина Е.А. Подпороговая диагностика активных сред для лазеров с прямой ядерной накачкой-: Препринт №2070. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 1990:

2. Weiser J., Ulrich A. et al. Heavy ion beam pumped lasers // Труды II Междунар. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой» (ЛЯН-94). Арзмас-16, 1995.- Т.1.-С.176.

3. Moratz T.J., Kushner M.J. Fission fragment pumping of a neon plasma // J.Appl. Phys. 1988. -V. 63. - P. 1796-1798.

4. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат, 1978.

5. Бугаев С.П., Горюнов Ф.Г., Нагорный Д.Ю. и др. УФ генерация при накачке смеси He-Cd электронным пучком // Оптика и спектроскопия-1988.-Т. 65.-С. 744-746.

6. Горюнов В.Ф., Держиев В.И., Жидков А.Г., и др. He-Cd лазер высокого давления с накачкой наносекундным электронным пучком // Квантовая электроника. 1989. - Т. 16. - С. 2039.

7. Середа О.В., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В., Яковленко С.И. Мощные ИК лазеры на переходах Хе I // Квантовая электроника. 1993. - Т. 20. -С. 535-558.

8. Бойченко A.M., Карелин А.В., Яковленко С.И. Расчет пороговых характеристик Ne-Xe-NF3^a3cpa с ядерной накачкой // Квантовая электроника. 1995. - Т. 22. - С. 547-550.

9. П.Карелин А.В., Яковленко С.И. Кинетическая модель He-Ne-Ar-H2 лазера с ядерной накачкой // Труды II Междунар. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой» (ЛЯН-94). Арзмас-16, 1995. - Т.1. - С. 203-218.

10. Карелин А.В., Синянский А.А., Яковленко С.И. Лазеры с ядерной накачкой и физические проблемы создания реактора-лазера // Квантовая электроника. 1997. - Т. 24. - С. 387-414.

11. Синянский А.А. Многоканальные ядерно-лазерные установки квазинепрерывного действия на реакторе БИГР // Труды III междунар. конф. «Проблемы лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы». Снежинск, 2002. - Т .1. - С. 377-387.

12. Гулевич А.В., Дьяченко П.П., Зродников А.В., Кононов В.Н. // Атомная энергия. 1996. - Т. 80. - С. 361.

13. Alford W.J., Hays G.N. Measured laser parameters for reactor-pumped He/Ar/Xe and Ar/Xe lasers // J. Appl. Phys. 1989. -V. 65. - P. 3760-3766.

14. Ohwa M., Moratz T.J., Kushner M.J. Excitation mechanisms of the electron-beam-pumped atomic xenon (5d—»6p) laser in Ar/Xe mixtures // J. Appl. Phys. 1989. -V. 66. - P. 5131-5145.

15. Боховко В.М., Будник А.П., Добровольская И.В. Исследование срыва лазерной генерации в Аг-Хе лазере с ядерной накачкой при больших удельных энергиях : Препринт №2571 Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 1996.

16. Litzenberger L.M., Trainor D.W., McGoech А 650 J e-beam-pumped atomic xenon laser // IEEE J. Quantum. Electron. 1990. - V. 26. - P. 1668-1675.

17. Horrigan F. unpublished report // Raython Company Research Laboratories, Waltham. Massachusetts, 1966.

18. Davis C.C., King T.A. Upper level lifetimes of high-gain laser transitions in neutral xenon // Physics Letters A. 1972. - V. 39. - P. 186-188.

19. Davis C.C., King T.A. Decay rates of infra-red emitting laser levels in neutral xenon // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1973. - V. 13. - P. 825-835.

20. Allen L., Jones D.G., Schofield D.G. Radiative lifetimes and collision cross sections for Хе I and II // Journal of the Optical Society of America. 1969. -V. 59.-P. 842-847.

21. Aymar M., Coulombe V. Theoretical transition probabilities and lifetimes in Кг I and Хе I spectra // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1978. -V. 21.-P. 537.

22. Horiguchi H., Chang R. S. F., Setser D. W. Radiative lifetimes and two-body collisional deactivation rate constants in Ar for Xe(5p56p)! and Xe(5p57p) states // J. Chem. Phys. 1981. - V. 75. - P. 1207.

23. Ku J. K., Setser D. W. Collisional deactivation of Xe ( 5p56p) states in Xe and Ar // J . Chem. Phys. 1986. - V. 84. - P. 4304.

24. Bruce M. R., Layne W. В., Whitehead C. A., Keto J. W. Radiative lifetimes and collisional deactivation of two-photon excited xenon in argon and xenon// J. Chem. Phys. -1990. V. 92. - P. 2917.

25. Alekseev V.A., Setser D.W. Generation and kinetic studies of Xe (5<i3/2.i) resonance state atoms // J. Phys. Chem. A. 1999. - V. 103. - P. 8396-8403.

26. Matthias E., Rosenberg R.A., Poliakoff E.D., White M.G. Time resolved VUV spectroscopy using synchrotron radiation: fluorescent lifetimes of atomic Kr and Xe // Chem. Phys. Lett. 1977. - V. 52. - P. 239-244.

27. Holstein T. Imprisonment of resonance radiation in gases // Phys; Rev. -1947.-V. 72.-P. 1212-1233.

28. Holstein T. Imprisonment of resonance radiation in gases II // Phys. Rev. -1951.-V. 83,- P. 1-159-1168.

29. Alekseev V.A., Setser D.W. A pulsed source for Xe(65,3/2.i) and Xe(65,'[l/2]i) resonance state atoms using two-photon driven amplified spontaneous emission from the Xe(6p) and Xe(6p') states // J. Chem. Phys. 1996. - V. 105. - P. 4613-4625.

30. Alekseev V.A., Setser D.W. A pulsed source for Kr(5s3/2.i) resonance state atoms using two-photon-driven amplified spontaneous emission: measurement of quenching rate constants // J. Phys. Chem. A. 1999. - V. 103.-P. 4016-4025.

31. Карелин A.B. Физические основы реактора-лазера. M.: ВНИИЭМ, 2007.

32. Карелин А.В. О механизме возбуждения ИК переходов атома ксенона в лазере с ядерной накачкой // Квантовая электроника. 1998. - Т. 25. -С. 619-621.

33. Карелин А.В., Симакова О.В. Кинетика активных сред многоволнового ИК лазера на ксеноне в смесях с Не и Аг, накачиваемых жестким ионизатором. 1. Электронно-пучковая накачка // Квантовая электроника. 1999. - Т. 28. - С. 121-128.

34. Карелин А.В., Симакова О.В. Полная оптимизация Хе-лазера с электронно-пучковой накачкой на переходах с X = 1.73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37 и 3.51 мкм // Квантовая электроника. 2004. - Т. 29. - С. 34-36.

35. Держиев В.И., Жидков А.Г., Середа О.В., Яковленко С.И. // Кр. сообщ. физ.- 1989. -№4.-С.34.

36. Shon J.W., Kushner M.J., Hebner G.A., Hays G.N. Predictions for gain in the fission-fragment-excited atomic xenon laser // J. Appl. Phys. 1993. -V. 73.-P. 2686-2694.

37. Peters P.J., Yun Fu Lan, Ohwa M., Kushner M.J. Impact of electron collision mixing on the delay times of an electron beam excited atomic xenon laser// IEEE J. Quantum. Electron. 1990. - V. 26. - P. 1964-1970.

38. Dudin A.Yu., Semenova L.V., Ustinovskii N.N., Kholin I.V., Chugunov A. Yu. Energy and spectral characteristics of electron beam pumped lasers on Хе I transitions using Ne, Ar and Kr as buffer gases // J. Sov. Las. Res. -1992.-V. 13.-P. 374-389.

39. Конак А.И., Мельников С.П., Порхаев B.B., Синянский А.А. Генерация на переходах атома Хе при возбуждении смеси Kr-Хе и чистого ксенона осколками деления урана// Квантовая электроника. -1995.-Т. 22.-С. 1184-1186.

40. Shiu Y. J., Biondi М. A., Sipler D. P. Dissociative recombination in xenon: Variation of the total rate coefficient and excited-state production with electron temperature // Phys. Rev. A. 1977 - V. 15. - P. 494-498.

41. Basov N.G., Chugunov A.Yu., Danilychev V.A., Kholin I.V., Ustinovsky N.N. Powerful electroionization laser on Xe infrared atomic transitions // IEEE J. Quantum. Electron. 1983. - V. 19. - P. 126-128.

42. Lawton S.A., Richards J.B., Newman L.A., Specht L., DeTemple T.A. The high-pressure neutral infrared xenon laser // J. Appl. Phys. 1979. - V. 50. -P. 3888-3898.

43. Peters P .J.M., Qi-Chu M., Witteman W.J. Pressure-dependent optical delay time measurements in coaxial electron beam pumped Ar.Xe laser // Appl. Phys. Lett. 1989. - V. 54. - P. 193-195.

44. Иванов B.A. Диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов в плазме инертных газов // УФН. 1992. - Т. 162. - № 1. - С. 35-70.

45. Apruzese J.P., Giuliani J.L., Wolford M.F., Sethian J.D. et al Experimental evidence for the role of Xe2+ in pumping the Ar-Xe infrared' laser // Appl. Phys. Lett. -2006. V. 88.-P. 121120.

46. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский A.A. О механизме генерации рекомбинационных лазеров на переходах атомов инертных газов //Письмав ЖТФ. 1989. -Т. 15. -№ 19.-С. 56.

47. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский А.А. Кинетическая модель рекомбинационных лазеров на переходах атома* ксенона. I. Механизм генерации и параметры плазмы // ЖТФ. -1990. — Т. 60. — № 10. — С. 100.

48. Новобранцев И.В., Соловьев В.Р. Кинетические процессы в активной среде Аг-Хе лазера с ядерной накачкой // Труды I междунар. конф. «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой». Обнинск, 1992. - Т .1. - С. 327-336.

49. Клоповский К.С., Лукьянова А.В., Рахимов А.Т. Суетин' Н.В. Численное моделирование лазера на атомарном ксеноне // Квантовая электроника. 1989. - Т. 16. - С. 205-211.

50. Werner С. W., Zamir Е., George Е. V. Pressure dependence of the electron density in electron-beam-excited rare-gas plasmas //Appl. Phys. Lett. -1976.-V. 29.-P. 236-239.

51. Басов Н.Г., Данилычев B.A., Дудин А.Ю., Заярный Д.А., Устиновский Н.Н., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Электроионизационный ИК лазер на атомах Хе // Квантовая электроника. 1984. - Т. 11. - С. 1722.119

52. Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Липатов Е.И., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Электроны с повышенной энергией в наносекундном электронном пучке вакуумного диода // ЖТФ. 2007. - Т. 77. - С. 98103.

53. Бете Г. Квантовая механика. / Пер с англ. Под ред. В.Л: Бонч-Бруевича. Москва: Мир, 1965.

54. Wilson J.W., DeYoung R.J. Power deposition in volumetric 235UF6-He fission-pumped nuclear lasers // J. Appl. Phys. -1978. V. 49. - P. 989-993.

55. Wilson J.W., DeYoung R.J., Harries W.L. Nuclear-pumped 3He-Ar laser modeling // J. Appl. Phys. 1979. - V. 50. - P. 1226-1235.

56. Tabata Т., Andreo P., Shinoda K. An algorithm for depth-dose curves of electrons fitted to Monte Carlo data // Radiation Physics and Chemistry. -1998.-V. 53.-P. 205-215.

57. Tabata Т., Andreo P., Shinoda K. An analytic formula for the extrapolated range of electrons in condensed materials // Nuclear Instruments and Methods B.- 1996.-V. 119.-P. 463-470.

58. Tabata Т., Moskvin V., Andreo P., Lazurik V. Extrapolated ranges of electrons determined from transmission and projected-range straggling curves // Radiation Physics and Chemistry. 2002. - V. 64. - P. 161.

59. Seltzer S. M., Berger M. J. Energy deposition by electron, bremsstrahlung, and 60Co gamma-ray beams in multi-layer media //Int. J. Radiat. Appl. Instrumn. Part A. 1987. - V. 38. - P. 349-364.120

60. Tabata Т., Andreo P., Ito R. Energy-Deposition Distributions in Materials Irradiated by Plane-Parallel Electron Beams with Energies Between 0.1 and 100 MeV // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1994. - V. 56. - P. 105.

61. База данных EMID Электронный ресурс. URL: http:// www3.ocn.ne.jp/~tttabata/emid/Welcome.htm (дата обращения: 19.10.2008).

62. Kushner M J. Response times and energy partitioning in electron-beam-excited plasmas // J. Appl. Phys. 1989. - V. 66. - P. 2297-2306.

63. Alford W.J., Hays G.N., Ohwa M., Kushner M.J. The effect of He addition on the performance of the fission-fragment excited Аг/Хе atomic xenon laser//J. Appl. Phys. 1991.-V. 69.-P. 1843-1848.

64. Денежкин И.А., Дьяченко П.П., Семенов В.П. и др. Исследование чувствительности ФЭУ-62 в ИК спектральном диапазоне: Препринт №3030 Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004.

65. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Экспериментальная оценка времени жизни уровня 5c?3/2.i атома ксенона в Не-Аг-Хе смеси при возбуждении электронным пучком: Препринт №3057 Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2005.

66. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Исследование люминесценции ксенона в ИК спектральном диапазоне1 при возбуждении пучком электронов: Препринт №3124 Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2008.

67. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Кинетика заселения и релаксации уровня 5б/3/2.х при возбуждении чистого ксенона импульсным электронным пучком // Квантовая электроника. 2009. - Т. 39. -С. 135.1

68. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Измерение постоянных времени радиационных переходов с уровня 5d3/2\\ атома ксенона: Препринт №3156 Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2009.

69. Денежкин И.А., Дьяченко П.П., Семенов В.П. Постоянные времени радиационных переходов с уровня 5б?3/2.] атома ксенона // Оптика и спектроскопия 2009. - Т. 106. - С. 557-562.

70. Денежкин И.А., Дьяченко П.П. Исследование кинетики заселения и релаксации уровня 5d3/2.i атомарного ксенона при возбуждении Не-Аг-Хе смеси импульсным электронным пучком: Препринт- №3155 -Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2009.

71. Павловская Н.Г., Кудрявцева Т.В., Дронь Н.А., Слоева Г.Н., Цветков JI.B. Малогабаритная трубка с холодным катодом для получения наносекундных импульсов быстрых электронов// ПТЭ. 1973. - №1. -С. 22-24.

72. Бункин Ф.В., Держиев Г.А., Месяц B.C. и др. Повышение эффективности пучкового Хе-лазера с помощью молекулярных добавок// Квантовая электроника. 1985. - Т. 12. - С. 874-876.

73. Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В. Влияние добавок N2, С02 и Не на мощность излучения ксенонового лазера при накачке электронным пучком // Оптика и спектроскопия. 1991. - Т.71. - С. 669-674.

74. Е. L. Patterson, G. Е. Samlin Long-pulse, electron beam pumped, atomic xenon laser// J. Appl. Phys. 1994. -V. 76. - P. 2582-2587.

75. Порхаев В.В. Влияние примесей N2, 02, Н2 и Н20 на генерацию лазеров с ядерной накачкой на переходах атомов ксенона и хлора // Квантовая электроника. 1998. - Т. 25. - С. 1095-1099.

76. Tomizawa Н., Salvermoser М., Wieser J., Ulrich A. Infuence of water vapor impurities on the atomic Xe laser // J. Phys. B: Mol. Opt. Phys. -2000.-V. 33.-P. 181-190.

77. Физические величины: Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, -Москва: Энергоатомиздат, 1991.

78. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. -М.: Атомиздат, 1977.

79. Лапидус В.И., Дьяченко П.П., Серегина Е.А., Семенова Н.Н. Позиционно чувствительный фотодетектор для изучения пространственно-временного распределения интенсивности излучения в лазерном пучке // ПТЭ. 2001. - № 3. - С. 108.

80. Излучательные свойства твердых материалов: справочник / под. общ. ред. А.Е. Шейндлина. М.: Энергия, 1974. - 472 С.

81. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Справочные приложения базы и банки данных. Том XI-4. Газовые и плазменные лазеры / под. общ. ред. С.И. Яковленко. М.: Физматлит, 2005.123

82. Дорофеев Ю.Б., Полетаев Е.Д., Дьяченко П.П., Тараско М.З. Временные распределения люминесценции на переходах иона кадмия при возбуждении He-Cd среды осколками деления: Препринт №2311 -Обнинск: ГНЦРФ-ФЭИ, 1993.