Моделирование импульсных химических галогеноводородных лазеров, инициируемых ИК излучением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава I. ХИМИЧЕСКИЙ ФТОРВОДОРОДНЫЙ ЛАЗЕР НА ТЕРМОЦЕПНОМ ВЗРЫВЕ, ИНИЦИИРУЕМОМ РЕЗОНАНСНЫМ ИК ИЗЛУЧЕНИЕМ

1.1. Механизм реакции водорода со фтором

1.2. Выбор системы. Теоретическое исследование характеристик генерации

1.3. О возможности получения высоких энергетических характеристик Н2 - F2 - лазера на термоцепном взрыве, инициируемом

ИК излучением

Глава II. Н2 - F2 - УСИЛИТЕЛЬ, ИНИЦИИРУЕМЫЙ Ж ИЗЛУЧЕНИЕМ

II. 1. Н2 - F2 - усилитель на термоцепном взрыве

II.2. Влияние неоднородностей активной среды на развитие усиления и генерации

Глава III. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА НА ФОТОННО - РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ В ГАЗОДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ

III. 1. Лазерный нагрев и испарение частиц, диспергированных в газе

111.2. Результаты экспериментов. Схема генератор - усилитель

В начале 50-х г.г. Н.Г.Басов, А.М.Прохоров и Ч.Таунс разработали основные принципы усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами [1-6]. Это стимулировало широкий прогрессирующий интерес к поиску и исследованию различных способов создания инверсно возбужденных (лазерных) сред. На этом пути в течении последних десятилетий были созданы мощные газовые лазеры с тепловым, электрическим, оптическим и химическим возбуждением. Интерес к химическим методам создания неравновесности появился еще до появления первого лазера [7,8]. В настоящее время исследования и разработки по химическим лазерам составляют крупное научно-техническое направление.

Химические реагенты являются емкими накопителями энергии. Так, удельный энергетический запас в стехиометрической смеси фтора с водородом составляет 13,5 кДж/г или 11,1 кДж/(л атм). При перестройке химических связей в широком классе реакций запасенная химическая энергия освобождается в форме неравновесного возбуждения образующих веществ. Идея химического лазера (химической накачки) состоит в том, чтобы осуществить прямое преобразование энергии, выделяющейся в процессе химической реакции, в энергию лазерного излучения без рассеяния в тепло.

По режиму работы химические лазеры могут быть как импульсного (импульсно-периодического) так и непрерывного действия. В импульсных химических лазерах используется метастабильная смесь реагентов, находящихся в реакторе, которая выводится из состояния равновесия внешним инициирующим воздействием. В химических лазерах непрерывного действия генерация происходит при смешивании потоков реагентов, вступающих в химическую реакцию.

В идеале химический лазер - это автономный источник когерентного излучения, для которого не требуется подвода дополнительной энергии, либо ее величина ничтожно мала. Потенциально высокая удельная энергетика, относительная простота введения энергии в большие объемы в сочетании с автономностью определяют интерес к лазерам с химическим возбуждением. Химические лазеры могут найти широкие применения в лазерной технологической обработке материалов, промышленной химии, лазерном термоядерном синтезе и других областях. В будущем мыслится применение химических лазеров в космической технологии. По всей вероятности существенное расширение применений химических лазеров в технологии тесно связано с путями развития энергетики. В настоящее время серьезно рассматриваются преимущества прямого преобразования атомной и термоядерной энергии в химическую и затем в другие виды энергии. В этом случае химический лазер был бы наиболее подходящим типом лазера для получения когерентного излучения, поскольку при химической накачке требуется минимальное число ступеней энергетических превращений: термоядерная (атомная) энергия - химическая энергия - когерентное излучение.

Преимущества химических лазеров могут проявиться, если преобразование химической энергии в когерентное излучение осуществляется достаточно эффективно. Однако в первых экспериментах, в которых удалось наблюдать индуцированное излучение при химических превращениях [9], полезный энергетический выход составлял лишь 10"6 Дж/см3. В течении нескольких последующих лет не было достигнуто существенного прогресса и перспективность идеи химического лазера оставалась проблематичной.

По инициативе Н.Г.Басова в лаборатории Квантовой радиофизики ФИАНа в конце 60-х годов были начаты широкие исследования по химическим лазерам, включающие поиск перспективных химических реакций, оптимальных способов их инициирования и направленные в целом на создание мощных источников когерентного излучения. Эти исследования, были продолжены в СФ ФИАН и СамГУ и стимулировали постановку данной работы.

В процесс преобразования химической энергии в когерентное излучение вовлечены сложные конкурирующие взаимодействия разной природы: большая совокупность элементарных химических реакций, столкновительная релаксация возбужденных квантовых состояний, индуцированное излучение в многоуровневой лазерной среде. Поэтому ответ на вопрос о возможности и условиях эффективного превращения химической энергии в когерентное излучение не очевиден.

Химические лазеры в своем развитии прошли несколько этапов. Первые попытки найти пути создания «чисто химического» (автономного) лазера относятся к началу 60-х годов. В [7] было указано на возможность использования колебательного возбуждения молекул, образующихся, в частности, в элементарных химических реакциях, для создания лазеров инфракрасного диапазона, введено представление о полной и частичной инверсии населенностей колебательно - вращательных состояний и на этой основе предсказана возможность индуцированного излучения НС1 при колебательном возбуждении в химической реакции Н 4- С12 -> НС1 + С1. На этой реакции впоследствии и был создан первый химический лазер [9]. В это время идея химического лазера стала разрабатываться в нашей стране. В [10] было отмечено, что быстропротекающие процессы могут привести к инверсии за счет различных скоростей релаксации подсистем энергетических уровней в молекулах, т.е. фактически выдвинуты соображения, родственные идеи о частичной инверсии. Важное значение имели работы [11,12], в которых впервые предпринят анализ кинетики химических лазерных систем и обращено внимание на перспективность использования в химических лазерах простых цепных [11] и разветвленных цепных [12] реакций. Впоследствии была показана возможность использования теплового взрыва для создания химического лазера [13]. Кинетические преимущества цепных и разветвленных цепных реакций виделись в возможности достижения высоких скоростей реакций и реализации пороговых условий генерации. Однако еще не обсуждался вопрос о соотношении между затратами энергии на инициирование реакции и излученной энергией. Неявно предполагалось, что энергетические затраты на инициирование в самоподдерживающихся процессах будут малы. Кроме того, дискуссия о химических лазерах в [11,12] велась вокруг электронно - возбужденных состояний, т.е. еще не было достигнуто объединения идеи колебательного химического возбуждения с идеей использования цепных реакций для создания химического лазера. Реально же создание первых химических лазеров, их последующее развитие и наиболее важные достижения связаны с колебательным возбуждением молекул. Значительно позже был создан первый химический лазер на электронном переходе атомарного йода [14], причем его действие основано на других кинетических принципах. Кинетическое моделирование показало, что этот лазер обладает потенциально высокой энергетикой [15] и этот прогноз вполне оправдался. Начальный, поисковый этап по химическим лазерам (1960 - 1965 г.г.) отражен в сборниках [16,17]. Говоря об итогах, можно констатировать, что в этот период (период первых идей [8]) предложена идея химических лазеров, проведено обсуждение ряда важных аспектов этой проблемы, привлечено внимание широкой научной общественности к задаче создания лазеров с химической накачкой.

Новый этап в развитии химических лазеров - период создания первых приборов (1965 - 1969 г.г.) - начался с успешного запуска импульсного химического лазера на хлористом водороде HCI образующемся в процессе реакции Н + С12 [9]. Вскоре были созданы импульсные лазеры на реакциях атомов С1 с HJ [18], атомов F с Н2, СН4 и другими молекулами [19-21]. Эти исследования доказали практическую осуществимость идеи химической накачки. Однако они не привели к решающему успеху, поскольку во всех первых экспериментах преобразование химической энергии в когерентное излучение осуществлялось с очень малой эффективностью.

После запуска лазера на реакции Н2 + С12 интересы исследователей в наибольшей степени сосредотачиваются на химических лазерах с колебательным возбуждением молекул в процессе цепных реакций. Колебательные степени свободы являются наиболее естественным аккумулятором энергии, выделяющейся в процессе химической реакции. Объединение идеи колебательного химического возбуждения с идеей использования цепных реакций, несмотря на ограниченный успех первых опытов, привело в итоге к созданию весьма эффективных химических лазеров.

В работе [22] проведено качественное исследование химического лазера, возбуждаемого как за счет простой, так и разветвленной цепной реакции и, по - видимому, впервые четко поставлен вопрос об энергетических преимуществах реакций этого типа. При выполнении определенных условий, накладываемых на кинетические параметры, лазеры на цепных процессах могли бы излучать больше энергии, чем требовалось на их возбуждение.

Для того, чтобы внести ясность в вопрос об энергетике конкретных систем потребовалась разработка детальных кинетических моделей химических лазеров, последовательный анализ которых возможен лишь численными методами. Начало численному моделированию кинетики химических лазеров было положено в [23, 24], где предпринят анализ цепной системы Н2 + С12 и начиная с этих работ численные расчеты стали играть важную роль в исследованиях по химическим лазерам. Совместное численное решение нелинейных дифференциальных уравнений химической кинетики, колебательной релаксации, генерации лазерного излучения и теплового баланса с учетом температурной зависимости констант скорости элементарных процессов показало, что генерация прекращается при небольшой глубине превращения реагентов, причем срыв генерации обусловлен процессами колебательной релаксации, ускоряющимися по мере накопления продукта реакции НС1. Фактически цепной характер реакции Н2 + С12 не проявлялся при генерации. В [23] был сделан вывод о том, что потенциально перспективными цепными химическими реакциями для создания химических лазеров на колебательных переходах могут быть лишь реакции с участием исключительно реакционноспособных атомов и радикалов. Для того, чтобы процесс химического возбуждения мог конкурировать с колебательной релаксацией, энергия активации элементарных актов звена цепи А + В2 АВ + В, В + А2 -> АВ + А не должна превышать 2-3 ккал/моль, тогда как для системы Н2 + С12 энергия активации реакции С1 + Н2 НС1 +- Н составляет примерно 5 ккал/моль и время одного цикла поэтому слишком велико. Химическая накачка в этой системе не конкурирует с процессом распада инверсии на колебательных переходах НС1. Преодолеть эту трудность можно было за счет перехода к более быстрой цепной реакции. Решающий шаг в этом направлении был сделан в 1969 г., когда была получена импульсная генерация на молекулах HF в реагирующей смеси фтора с водородом [25 - 27] (первое сообщение об этом достижении сделано в [25]). Прямые измерения выявили существование длинной лазерной цепи в цепной реакции Н2 + F2 [27]. 1969 год ознаменовался и другими принципиальными достижениями: получением эффективной импульсной генерации на молекулах С02 в смеси D2 + F2 + С02 [28] за счет передачи энергии от молекул DF, возбуждаемых в процессе реакции D2 + F2; созданием первых химических лазеров непрерывного действия [29 - 35]. Появление химических лазеров на смесях Н2 + F2 и D2 + F2 + С02, обладающих лучшими энергетическими характеристиками за счет большей лазерной длины цепи по сравнению с системой Н2 + С12, сконцентрировало внимание исследователей на этих системах.

Период с 1969 г. по 1972 г. (период создания эффективных систем) характеризовался интенсивным развитием исследований по химическим лазерам, созданием и освоением в лабораторных условиях химических лазеров с высоким энергетическим выходом генерации. К числу наиболее важных результатов относятся:

- осуществление инициирования импульсных химических лазеров излучением открытого разряда в больших объемах активной среды с высоким рабочим давлением - 1 атм [36],

- запуск химических лазеров с инициированием электронным пучком [37],

- создание чисто химических лазеров непрерывного действия, в которых генерация осуществляется лишь за счет смешения балонных газов [30, 32, 38, 39]. Чисто химический поджиг хлорводородных смесей вспомогательным реагентом был предложен в [40]. Экспериментально этот способ был реализован в [30, 32, 39], где смесь D2 + F2 + С02 инициировалась радикалом NO в дозвуковой струе реагентов. В [38] впервые сообщалось о создании чисто химического лазера с тепловым инициированием реакции Н2 + F2. Для получения атомарного фтора, инициирующего цепь, использовалось горение смеси Н2 + F2 в избытке F2.

Получение импульсной генерации с использованием фторводородных смесей высокого давления, доказательство высокой эффективности возбуждения фтороводородных лазеров излучением открытого разряда и электронного пучка, успехи в создании чисто химических лазеров непрерывного действия поставили химические лазеры в ряд наиболее мощных лазерных систем.

Начиная с 1972 г. работы по химическим лазерам переходят из стадии чисто лабораторных поисков в стадию технических разработок мощных лазерных систем прикладного значения. Вместе с тем продолжается вплоть до настоящего времени научный поиск в области химических лазеров, выдвигаются и разрабатываются новые фундаментальные идеи (например, идея фотонного разветвления), реализация которых обещает дальнейший прогресс в этой области.

В начале 70-х годов появились первые численные кинетические расчеты импульсных лазеров на смесях D2 + F2 + С02 и Н2 + F2 [41 - 49]. Расчеты по DF - С02 лазеру, изложенные в [41 - 49] проводились параллельно с экспериментом и содействовали успешному запуску первого в мире химического лазера с высоким давлением активной среды («1 атм и выше), высоким удельным энергосъемом (»40 Дж/л) при инициировании реакции излучением открытого разряда [36].

Принципиальная трудность теоретического анализа на начальном этапе моделирования была связана с недостаточной изученностью констант скорости большого числа конкурирующих процессов. Поэтому многие выводы носили оценочный и даже качественный характер. К середине 70-х годов появилась значительно более широкая информация по константам скорости элементарных процессов, что открыло возможность более точного прогнозирования лазерных характеристик, стимулировало развитие вычислительно - эффективных методик и обусловило постановку расчетно - теоретических исследований в широком диапазоне условий работы лазеров [50 - 64].

Следует отметить, что исследования по химическим лазерам естественным образом разделились на два крупных направления: лазеры импульсного и непрерывного действия. Понятно, что кинетика элементарных процессов едина для импульсных и непрерывно действующих лазеров, однако круг возникающих здесь проблем существенно различен. В настоящей работе внимание сосредоточено на импульсных химических лазерах. Моделирование химических лазеров непрерывного действия, основные теоретические и экспериментальные работы в этой области обсуждаются в монографиях [65 - 69].

В первых расчетно - кинетических моделях химических лазеров использовалось допущение о вращательно - поступательном равновесии. Расчеты в этом приближении дают верхний предел лазерных характеристик. Развитые кинетические модели импульсных химических лазеров, как показывают сопоставление расчетов с экспериментом [66], позволили прогнозировать характеристики химических лазеров с точностью до коэффициента 2 - 3 в широком диапазоне условий работы.

В дальнейшем моделирование кинетики химических лазеров развивалось по следующим направлениям.

Введение в кинетические модели более точных значений констант скорости элементарных процессов и более адекватный учет механизма реакций, что улучшает согласие вычислительных и измеренных лазерных характеристик [70-75].

Учет отклонения от вращательного и поступательного равновесия, что позволяет дать более правильные предсказания спектрально - временных и энергетических характеристик [75 - 94].

Создание вычислительно - эффективных моделей на основе выделения главных факторов, управляющих поведением лазера, с целью экономичного анализа энергетических характеристик в широком интервале исходных параметров [57, 60, 61, 68, 90, 95 - 98].

Прогнозирование новых режимов работы химических лазеров, представляющих интерес для приложений [66, 68, 99, 100] и моделирование новых систем на основе развитых подходов [101-114].

В последние годы широкий интерес проявляется к поиску путей осуществления так называемых фотонно - разветвленных (ФР) цепных реакций [66]. Выход фотонов в процессе ФР реакции превышает затраты фотонов на инициирование и поддержание реакции, так что на основе процессов этого типа могут быть созданы принципиально новые чисто химические многокаскадные импульсные лазерные усилители не потребляющие энергию УФ излучения, разряда или электронного пучка. Главное в проблеме осуществления ФР цепных реакций - найти эффективный метод образования свободных атомов (активных центров) под действием лазерного излучения.

Идея о принципиальной осуществимости ФР цепной реакции в газовых молекулярных средах впервые высказана в работе [115] посвященной исследованию фотохимического действия ИК излучения. В [115, 129] была обнаружена возможность инициирования химических реакций ИК излучением в смесях, содержащих молекулы резонансно поглощающие излучение С02 - лазера с длиной волны 10,6 мкм, при диссоциации которых возникают свободные атомы: N2F4, ВС13, SF6. В [103] была предложена и теоретически обоснована химически активная молекулярная система, инициируемая ИК излучением, в которой энергетический выход превышает затраты фотонов на инициирование. Это система CH3F + D2 + F2 + С02 + Не, излучающая на длине волны 9,6 мкм (переход 00° 1 -» 02°0 молекул С02). В этой же работе впервые введен термин «фотонно - разветвленная (ФР) цепная реакция», характеризующий кинетику физико - химических процессов в активной среде. В [116] проведен эксперимент по созданию химического HF - лазера на смеси SF6 + Н2, инициируемого ИК излучением. Генерация излучения на колебательно — вращательных переходах молекул HF (DF) при инициировании реакции в смеси SF6 + H2(D2) излучением С02 - лазера была также получена в [117]. Аналогичные эксперименты были проведены для систем SFe + С3Н8 [118] и N2F4 + H2(D2) [119]. Во всех этих случаях энергия генерируемого излучения была крайне мала и составляла « 10"3 - 10"4 от энергии инициирующего импульса С02 - лазера. Это говорит о малой эффективности образования активных центров при диссоциации молекул SF6 и N2F4, резонансно поглощающих ИК излучение, что может быть объяснено быстрой релаксацией колебательной энергии этих молекул в лазерной среде. В связи с этим заслуживает внимание предложенный в [103] другой путь инициирования химических лазеров ИК излучением, связанный с резонансным колебательным возбуждением молекул с последующим их вступлением в химические реакции, сопровождающиеся образованием свободных атомов. При этом затраты энергии на инициирование будут меньше, вследствие более малого уровня колебательного возбуждения молекул, необходимого для их активации по сравнению с энергией диссоциации.

Возможны и другие механизмы образования свободных атомов под действием ИК излучения, обусловленные нерезонансным взаимодействием этого излучения с веществом. В [120], например, описывается эксперимент по созданию импульсного HF - лазера, инициируемого излучением С02 - лазера при фокусировке на алюминиевую пластинку, помещенную в газовую смесь CF4 + Н2. Под действием ИК излучения в области, прилегающей к пластинке, возникает плазма. В плазменном слое происходит диссоциация CF4 с образованием атомов F. Энергетический выход созданного лазера очень мал и значительно меньше энергии инициирующего импульса. Работа [121] посвящена экспериментальному исследованию термического разложения твердых частиц NaN3 при их нагреве под действием излучения С02 - лазера. Отмечается, что возникающие при разложении NaN3 атомы Na могут взаимодействовать с F2 с образованием активных центров F.

Принципиально новое направление развития идея ФР реакции получила в Самарском филиале Физического института им. П.Н.Лебедева РАН. Там была выдвинута идея ФР реакции в двухфазной среде, т.е. среде, содержащей рабочий газ и металлическую пудру - ультрадисперсные пассивированные частицы металла, однородно распределенные по объему [105]. Эти частицы испаряются под действием лазерного излучения, что приводит к появлению свободных атомов, их диффузии в газ и развитию ФР процесса. Инициирование можно условно описать схемой:

А1(твердое тело) + mh соА1(газ) А1(газ) + F2(ra3) A1F + F. Далее идет обычный химический процесс. Изложенная идея обоснована численными расчетами, базирующимися на решении системы дифференциальных уравнений химической кинетики, колебательной релаксации, переноса лазерного излучения и лазерного испарения частиц [106, 107, 122]. Показано, что если использовать схему генератор - усилитель, в которой задающий генератор создает некоторую критическую интенсивность 10 на входе усилителя и засвечивает объем усилителя с длиной усиления 1, го на выходе можно получить в 10 раз большую выходную энергию. Расчетные параметры системы таковы: концентрация частиц

Q (л алюминия 10 см", их диаметр d « 0,1 мкм, I0«3 х 10 Вт/см , 1«4 м, давление газа р« 1 атм, состав H2:F2:02:He = 100:400:40:220 мм рт. ст. Удельный энергосъем (энергия, излучаемая единицей объема среды) усилителя составляет £• л«100 - 200 Дж/л, длительность импульса »10"7 с, что вполне приемлемо для создания мощных лазерных установок.

На основе численного эксперимента выявлены и обоснованы новые возможности очень интересной с практической точки зрения пространственной организации ФР реакции, позволяющие в системах относительно небольших размеров получать очень высокие коэффициенты усиления по энергии [123 - 125]. Эти возможности связаны с направлением выделением излучаемых фотонов и, как следствие способностью к направленному самораспространению ФР реакции. Так в схеме однопроходного усилителя можно инициировать ФР реакцию в слое, тонком по сравнению с полной длиной усилителя 1 за счет подбора концентрации частиц. Далее ФР реакция будет сама распространяться по всему усилителю. По существу, возникает новый тип автоволны с направленным высвобождением запасенной в среде энергии. Расчет показывает, что при одинаковых линейных размерах усилителя в этом автоволновом режиме ФР реакции достигается в несколько раз более высокий коэффициент усиления по энергии по сравнению с случаем, когда засвечивается весь объем. Ещё более высокий коэффициент усиления по энергии может быть получен в многопроходных усилителях с телескопическим резонатором. Импульс от генератора инициирует ФР реакцию в центральной цилиндрической зоне и усиливается в ней в К раз. Усиленное излучение инициирует излучение в следующей цилиндрической зоне в М раз большего диаметра, где М - увеличение резонатора и т.д. При общем числе проходов п имеется (п + 1)/2 последовательно включающихся зон, усиливающих излучение. Уже в пятипроходной схеме достигается коэффициент усиления

3 3

G = К « 10 . При столь высоком значении G усилитель устойчив к самовозбуждению, т.к. в нем нет заранее созданной инверсной населенности. Она возникает в процессе развития ФР реакции по объему. А реакцию в объеме резонатора «зажигают» зеркала, изменяя направление движения фотонов. Такой процесс также можно рассматривать как автоволновой.

На основе теоретически открытых новых автоволновых режимов ФР реакции авторами предложена оптическая схема химического трехкаскадного усилителя с общим коэффициентом усиления по энергии G = Зх 106 [124].

Волновой анализ энергетики и пространственно - временного поведения электромагнитного поля в импульсном химическом лазере на ФР реакции, протекающей в неустойчивом телескопическом резонаторе выявил новые возможности этого процесса [125]. В этой работе показано, что в области малых диаметров входного отверстия связи d = ЗЛ - 300 X происходит дифракционная многофокальная фокусировка плоской входной волны в усиливающей активной среде, обеспечивающая минимизацию первоначально возбуждаемого объема и соответствующее резкое понижение (до микроджоульной) необходимой энергии входного импульса. Согласно расчетам за счет этого оптического эффекта, а также благодаря автоволновому распространению ФР реакции во всем объеме лазера можно достичь гигантского коэффициента усиления по энергии порядка 109 — 1011. Это гигантское усиление по энергии позволяет создать автономный лазер с килоджоульной выходной энергией, который может быть инициирован микроджоульным входным импульсом. Применение подобного лазера - усилителя в промежуточном каскаде лазерной системы делает ее практически автономной.

Как бы ни была логически безупречна и полна теоретическая модель объекта, теория без экспериментального подтверждения выглядит утопией. Научными группами из Самарского филиала Физического института им. П.Н.Лебедева и Российского научного центра «Прикладная химия» из Санкт - Петербурга были проведены первые эксперименты по реализации ФР реакции в двухфазной среде [126].

Вопрос, на который никто не мог дать утвердительного ответа заранее, -можно ли вообще смешать фторсодержащий газ с ультрадисперсными частицами алюминия, не произойдет ли их сгорание при напуске? Надежду в этом плане давало то, что такие частицы покрыты тонкой защитной пленкой корунда AI2O3. Но насколько надежна эта защита? Эксперимент показал, что при инжекции через специальный фильтр тонкодисперсного порошка алюминия с диаметром частиц 0,3 мкм в рабочую смесь F2 + Н2 + 02 + Не она остается стабильной. Темновая (т.е. без внешнего воздействия) скорость реакции, регистрируемая спектроскопически по образованию HF, остается такой же как и в отсутствии частиц А1. Второй вопрос - изучение воздействия лазерного излучения на двухфазную химическую активную смесь. С этой целью создана установка, состоящая из HF - генератора и усилительного модуля с длиной активной среды 1 м. Плотность энергии на входе в усилитель составляла 4-8 Дж/см , его полная энергия достигала 400 Дж. При длительности импульса «1 мкс интенсивность

7 2 излучения достигала 10 Вт/см , что вполне достаточно для испарения частиц. Измерялась энергия лазерного излучения до и после прохождения двухфазной среды. Обнаружено, что при облучении фторводородной смеси с дисперсной фазой излучением химического лазера происходило образование свободных атомов фтора и наблюдалось развитие цепи - смесь сгорала. Важно, что тепловое излучение частицы нарастало спустя промежуток времени порядка 1 мкс после прекращения входного импульса. Это означает, что скорость цепной реакции, вызывающей нагрев частиц, достаточно велика для развития усиления. Отношение энергии излучения на входе и выходе составило 0,8 и на первый взгляд кажется, что эффекта фотонного разветвления не достигнуто. Однако, в сравнительном опыте со смесью, не способной к цепной реакции, содержащей только F2, Не и частицы А1, это отношение еще меньше и равно 0,66. Полученный результат позволил осторожно заключить, что в некоторых первых экспериментах с двухфазными химически активными средами около 17% выходной энергии усилителя поставлялось фотонно - разветвленной реакцией, что более чем на два порядка превышает выход излучения во всех известных экспериментах, проведенных с чисто молекулярными смесями.

Почему же в двухфазных смесях не произошло существенного усиления сигнала, предсказанного теорией? Дело в том, что пока не удалось реализовать требуемых параметров дисперсной фазы. Из ослабления сигнала в химически неактивной смеси можно заключить, что средний диаметр частиц составляет «1 мкм, а их концентрация была 105 см"3. Частицы коагулируют за время пребывания от напуска компонент до прихода инициирующего импульса, которое составляло в этих экспериментах »15 мин, а это довольно много. И все же полученные результаты весьма обнадеживают, они переводят будущий эксперимент из области абсолютно неясного в область совершенствования технологии приготовления газодисперсной среды.

С этой целью в Самарском филиале ФИАН уже разработан генератор дисперсной фазы, основанный на испарении алюминиевой фольги при пропускании через нее импульса тока [127]. При испарении в атмосфере инертного газа, формируются частицы нужного размера «0,1 мкм и о о концентрации «10 см" . Для контролируемого формирования газодисперсной среды в больших объемах за короткие времена представляет интерес распылитель тонкодисперсных порошков «Кварц» разработанный в [128]. С этой целью и на базе полученных теоретических и экспериментальных результатов есть серьезные основания добиться решающего успеха в новых экспериментах.

В работе [132] предложен новый подход к инициированию Н2 - F2 - лазера внешним ИК излучением и получению на выходе энергии, превышающей вложенную энергию. Идея состоит в резонансном возбуждении молекул HF и последующем энергетическом разветвлении цепи. Существенное увеличение удельного энергосъема фторводородного лазера при малых уровнях инициирования ИК излучением возможно в условиях осуществления в лазерной среде термоцепного взрыва, обусловленного диссоциацией специально подобранных фторсодержащих молекул RF [133]. В работе [133] был подробно исследован вопрос о том, при каких константах скорости термической диссоциации молекул RF реализуется тепловой механизм разветвления цепной реакции Н2 + F2 инициируемой УФ излучением. При этом основная часть энергии лазерного излучения генерируется за очень короткое время (-100 не) после длительного (десятков микросекунд) разогрева смеси. Расчеты [133] проводились для модели фторводородного лазера, в которой вращательная неравновесность молекул HF не учитывалась. Её учет может существенно снизить расчетный лазерный энергосъем в случае короткого импульса генерации.

Отметим, что в последнее время возникла новая волна интереса к созданию импульсных химических лазеров, инициируемых собственным излучением, на основе новых активных лазерных сред с уклоном в различные научно - технические приложения [139, 140, 141], причем в [140] достигнут существенный прогресс в отношении выхода когерентного излучения по сравнению с более ранними цитированными работами.

Кроме того в [133] расчет сделан для фотолизного инициирования реакции, то есть не было предложено объединения идей терморазветвленной цепной реакции с идеей инициирования реакции собственным лазерным излучением. А именно этот последний подход позволяет избавиться от внешних источников энергии в форме энергий электронного пучка, УФ - излучения или разряда и подойти к созданию высокоэнергетичных автономных импульсных химических лазеров. Потребность же в таких лазерах велика. В сочетании с современной техникой сжатия и контроля импульса в настоящее время открывается возможность использования активных сред импульсных химических лазеров для получения супермощных (эксаватных) и ультракоротких (пико и фемтосекундных) импульсов. При такой мощности взаимодействие лазерного излучения с веществом становится ультрарелятивистским. В этом режиме взаимодействия света с заряженными частицами приобретает также когерентный характер. Все это представляет большой интерес для физики высоких энергий (ТэВ и выше), высоких температур (выше ГэВ), высоких давлений (выше Гбар) и ускорения частиц (или реализации эквивалентной гравитации, такой как вблизи черных дыр). Открываются новые возможности в исследовании фундаментальных научных проблем.

Вошло в русло практических приложений конструирование экономичных лазерных систем на цепной реакции Н2 + F2 для целей экологического зондирования околоземной атмосферы. Короткоимпульсный фтороводородный лазер перспективен для целей лазерно - ударного упрочнения сплавов в машиностроении. В этом состоит актуальность развиваемой в настоящей работе тематики.

Ответ на вопрос о возможности и условиях эффективного превращения химической энергии при предлагаемом в работе способе инициирования хемолазерного процесса не очевиден. Актуальность темы определяется и тем, что необходимо раскрыть резервы химической накачки, обосновать новые кинетические подходы, ведущие к созданию мощных автономных источников лазерного излучения. Целенаправленно подойти к постановке эксперимента возможно лишь на основе всестороннего моделирования кинетики процессов, протекающих в химических лазерах.

Целью работы является выдвижение и теоретическое обоснование новых подходов по созданию мощных автономных импульсных химических лазеров на фтористом водороде, инициируемых ИК лазерным излучением. Основная проблема решаемая в диссертации заключается в количественном прогнозировании характеристик импульсного химического лазера на термоцепном взрыве, инициируемом ИК лазерным излучением и интерпретации экспериментов, проведенных по получению лазерного эффекта при инициировании цепной реакции фтора с водородом собственным лазерным излучением.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:

- развить адекватную кинетическую модель и создать алгоритм расчета характеристик HF - лазера (генератора и усилителя) на термоцепном взрыве, инициируемом лазерным ИК излучением,

- проанализировать характеристики генерации и усиления излучения в лазере рассматриваемого типа и дать рекомендации по выбору оптимальных условий при проведении экспериментов,

- дать количественную интерпретацию экспериментов по инициированию цепной реакции фтора с водородом ИК лазерным излучением и получению лазерного действия в чисто молекулярной и газодисперсной средах.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней впервые:

- предложена и теоретически обоснована идея автономного импульсного химического лазера на термоцепном взрыве, инициируемом ИК излучением,

- рассчитаны энергетические характеристики лазера рассматриваемого типа в режимах генерации и усиления и определены оптимальные условия работы по составу компонент рабочей смеси и спектральному режиму излучения, обеспечивающие максимальный удельный энергосъем, показана возможность получения мощного короткоимпульсного излучения (~20 не),

- проведен численный анализ экспериментов по инициированию цепной реакции в смеси HF + Н2 + F2 + 02 + Не через резонансное возбуждение молекул HF лазерным излучением и дан количественный критерий допустимой степени неоднородности активной среды для достижения лазерного эффекта,

- дана численная интерпретация эксперимента по осуществлению фотонно -разветвленной цепной реакции в газодисперсной среде и показано, что в проведенных в последнее время экспериментах энергетический выход когерентного излучения за счет фотонно - разветвленной цепной реакции составляет значительную долю (-15%) от полной выходной энергии, что на несколько порядков величины превышает ранее полученные результаты в чисто молекулярных смесях.

Основные результаты диссертации носят приоритетный характер.

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и приложения.

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:

1. На основе кинетической модели HF - лазера с цепной реакцией накачки, учитывающей колебательно - вращательную неравновесность и оптические излучательные процессы, проведено численное параметрическое моделирование лазеров, инициируемых собственным излучением. Модель развивает предыдущие подходы, в которых уже была достигнута достаточно высокая точность прогнозирования характеристик лазера (~10%), в том отношении, что она учитывает большее число колебательно - вращательных состояний, участвующих в генерации и усилении излучения. Расчеты проведены для всех основных механизмов развития взрывных хемолазерных процессов - теплового механизма и материального разветвления цепей, объединенных в единый термоцепной взрыв, энергетического и фотонного механизмов разветвления и для всех этих кинетических механизмов теоретически обнаружена возможность реализации лазерного действия в определенных условиях.

2. Предложена и теоретически обоснована идея импульсного HF - лазера на термоцепном взрыве, инициируемом многолинейчатым излучением фторводородного лазера при резонансном колебательном возбуждении молекул HF. Показана принципиальная возможность получения мощного короткоимпульсного излучения. Проведена численная оптимизация условий работы лазера по составу компонентов смеси и спектральному режиму излучения. Показано, что при наличии легко диссоциирующей присадки - транс N2F2 либо F2S03 в смеси HF:H2:F2:02:He удельный энергосъем Н2 - F2 - генератора, инициируемого импульсом излучения фторводородного лазера может достигать 200 Дж/л, превосходя удельную энергию инициирования в 102 - 104 раз. Существенно, что энергия излучения генератора слабо зависит от плотности энергии входного импульса в широком интервале 0,01 - 10 Дж/см2. Основная энергия излучается в коротком импульсе длительностью ~ 20 не и при этом не требуется применения дорогостоящей ускорительной техники.

3. Теоретически исследован импульсный Н2 - Г2-усилитель на термоцепном взрыве, инициируемом излучением фторводородного лазера при резонансном колебательном возбуждении молекул HF. Показано, что при наличии легко диссоциирующей добавки F2S03 с парциальным давлением 40 мм рт.ст. в смеси HF:H2:F2:02:He = 0.5-1:200:400:40:100 мм рт.ст. плотность выходной энергии излучения на выходе Н2 - Р2-усилителя с длиной активной среды 4 м может составлять 40 - 50 Дж/см2, превосходя плотность энергии инициирующего импульса приблизительно в 10 раз. Такой усилитель представляет интерес как оконечный каскад в лазерной системе инициирующий генератор - генератор на термоцепном взрыве - оконечный усилитель.

4. Проведено численное исследование влияния неоднородностей активной среды на развитие усиления и генерации за счет энергетического разветвления цепи в смеси HF - Н2 - F2 - 02 - Не, инициируемой ИК лазерным излучением. Дана интерпретация эксперимента, проведенного с этой смесью. Сделан вывод о том, что для получения лазерного эффекта неоднородность по концентрации HF вдоль оси реактора не должна превышать 10%.

5. Проведен численный анализ химического лазера на фотонно - разветвленной цепной реакции в газодисперсной среде А1(частицы) - H2-F2-02-He. Анализ выполнен применительно к условиям экспериментов, проведенных в работе [126]. Сделанные расчеты позволяют заключить, что в отдельных проведенных экспериментах впервые наблюдалась фотонно - разветвленная цепная реакция, причем энергетический выход когерентного излучения составлял существенную долю (10 - 15%) от энергии входного импульса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Басов Н.Г., Прохоров A.M. Примененение молекулярных пучков для радиоспектроскопического .изучения.вращательных спектров молекул// ЖЭТФ.-1954.-т.27.-в.4.-с.-431-438.

2. Басов Н.Г., Прохоров A.M. Теория молекулярного генератора и молекулярного усилителя мощности//Докл.АН СССР.-195 5.-т. 101.-№1.-с.47-49.

3. Басов Н.Г. О квантовой электронике.- М.: Наука, 1987. 396с.

4. Gordon J.P., Zeiger H.J., Townes С.Н. Molecular microwave oscillator and new hyperfme structure in the microwave spectrum ofNH3 //Phys.Rev.-1954.-v.95.-№l.-p.282-284

5. Gordon J.P., Zeiger H.J., Townes C.H. The maser new type of microwave amplifier, frequency standart and spectrometer//Phys.Rev.-1955.-v.99.-№4.-p.l264-1274

6. Shimoda K., Wang T.C., Townes C.W. Further aspects of theory of the maser//Phys.Rev.-1956.-v. 102.-№5 .-p. 13 0 8-1321.

7. Polanyi J.C. Proposal for an infrared maser dependent on vibrational exitation//J.Chem.Phys.-1961.-v.34.-№l.-p.347-348.

8. Дунская И.М. Лазеры и химия.-М.: Наука, 1979. 164с.

9. Kasper J.V.V., Pimentel G.C. НС1 chemical laser//Phys.Rev.Lett.-1965.-v.l4.-№10.-p.352-354.

10. Басов Н.Г., Ораевский A.H. Получение отрицательных температур методом нагрева и охлаждения системы//ЖЭТФ.-1963.-т.44.-в.5.-с.1742-1744.

11. Ораевский А.Н. Возни кновение отрицательных температур при химических реакциях//ЖЭТФ.-1963.-т.45.-в.2(8).-с. 177-178.

12. Тальрозе B.JI. К вопросу о генерировании когерентного индуцированного излучения в химических реакциях//Кинетика и катализ.-1964.-т.5.-в.1.-с. 11-27.

13. Игошин В.И., Ораевский А.Н. Критические явления при тепловом воспламенении с инверсным возбуждением продуктов//ЖЭТФ.-1970.-т.59.-в.З.с.1240-1244.

14. Мс Dermott W.E., Pchelkin N.R., Benard D.J., Bonsek R.R. An electronic transition chemical laser//Appl.Phys.Lett.-1978.-v.32.-№8.-p.469-470.

15. Виноградова Л.Г., Загидуллин M.B., Игошин В.И., Катулин В.А., Куприянов Н.Л. Анализ энергетики химического кислородно-йодного лазера/ЛСвантовая электрон.-1982.-т.9.-№6.-с. 1193-1196.

16. Appl.Opt.-Suppl.2: Chemical Lasers.-1965.

17. Элементарные процессы химии высоких энергий.Труды симпозиума по элементарным процессам химии высоких энергий (М.,1963).-М.:Наука,1965.

18. Airey J.R. A new pulsed IR chemical laser/ЛЕЕЕ J.Quant.Electron.-1967.-QE-3.-p.208.

19. Kompa K.J., Pimentel G. Hydrofluoric acid chemical laser//J.Chem.Phys.-1967.-v.47.-№2.-p.857-858.

20. Parker J.H., Pimentel G. Hydrogen fluoride chemical laser emission through hydrogen atom abstraction from hydrocarbons//J.Chem.Phys.-1968.-v.48.-p.5273-5274.

21. Deutsch T.F. Molecular laser action on hydrogen and deuterium halides//Appl.Phys.Lett.-1967.-v. 10.-№8.-p.234-23 6.

22. Ораевский A.H. Химический квантовый генератор на основе разветвленных реакций//ЖЭТФ.-1968.-т.55.-в.4(10).-с. 1423-1429.

23. Игошин В.И., Ораевский А.Н. Кинетика химического лазера на хлористом водороде/Тез. докл. на Международн. симп. по химическим квантовым генераторам.-М., 1969.-с.4;Препринт ФИАН.-1969.-№ 171; ХВЭ.-1971 .-т.5.-№5.-с.397-403.

24. Cohen N., Jacobs Т.A., Emanuel G., Wilkins R.L. Kinetics of hydrogen halide lasers. 1 .H2-CI2 system^ntem.J.Chem.Kinet.-1969.-v. 1 .-p.551 -557.

25. Батовский O.M., Васильев Г.К., Макаров Е.Ф., Тальрозе В.JI. Химический лазер на разветвленной цепной реакции фтора с вод ородом//Письма в ЖЭТФ.-1969.-т.9.-в.6.-с.341-343.

26. Басов Н.Г., Кулаков JI.B., Маркин Е.П., Никитин А.И., Ораевский А.Н. Спектр излучения химического квантового генератора на смеси ^-Н^/Письма в ЖЭТФ.-1969.-т.9.-с.613-617.

27. Бурмасов B.C., Долгов-Савельев Г.Г., Поляков В.А., Чумак Г.М. О квантовом выходе генерации на смеси Н2+Р2//Письма в ЖЭТФ,-1969.-т. 10.-с.42-44.

28. Басов Н.Г., Галочкин В.Т., Кулаков JI.B., Маркин Е.Р., Никитин А.И., Ораевский А.Н. Химический лазер на смеси D2+F2+CO2// Краткие сообщения по физике ФИАН.-1970.-№8.-с. 10-14.

29. Cool Т.А., Falk F.J., Stephens R.R. DF-CO2 and HF-CO2 continuous -wave chemical lasers//Appl.Phys.Lett.-1969,-v. 15.-№10.-p.318-320.

30. Cool T.A., Stephens R.R. Efficient purely chemical c.w. laser operation//Appl.Phys.Lett.-1970.-v.l6.-№2.-p.55-58.

31. Cool T.A., Stephens R.R., Falk T.J. A continuous-wave chemically excited CO2-laser//Intern. J.Chem.Kinet.-1969,-v. 1 .-p.495-497.

32. Cool T.A., Stephens R.R. Chemical laser by fluid mixing//J.Chem.Phys.-1969.-v.51.-p.5175-5176.

33. Spenser D.J., Jacobs T.A., Mirels H., Gross R.W.F. Continuous-wave chemical laser/Antern. J.Chem.Kinet.-1969.-v. 1 .-p.493-494.

34. Spenser D.J., Mirels H., Jacobs T.A., Gross R.W.F. Preliminary performance of cw chemical laser//Appl.Phys.Lett.-1970.-v.l6.-№6.-p.235-237.

35. Airey J.R., Mc Kay S.F. A supersonic mixing chemical laser//Appl. Phys.Lett.-1969.-v.l5.-№12.-p.402-403.

36. Басов Н.Г., Заворотный.С.И., Маркин Е.П., Никитин А.И., Ораевский А.Н. Импульсный химический лазер высокого давления на смеси D2+F2+C02//nncbMa в ЖЭТФ.-1972,-т. 15 .-№3.-с. 135-139.

37. Жаров В.Ф., Малиновский В.К., Неганов Ю.С., Чумак Г.М. Об эффективности возбуждения генерации в смеси H2+F2 пучком релятивистских электронов/Шисьма в ЖЭТФ.-1972,-т. 16.-С.219-223.

38. Meinzer R.A. A continuous-wave combustion laser/Antern.J.Chem. Kinet.-1970.-v.2.-p.335-341.

39. Басов Н.Г., Громов B.B., Кошелев E.A., Маркин Е.П., Ораевский А.Н., Шаповалов Д.С., Щеглов В.А. Химический лазер непрерывного действия на DF-CC>2//mcbMa в ЖЭТФ.-1971.-Т.13.- C.-496-498.

40. Басов Н.Г., Ораевский А.Н. Лазер//Авт. св. от 24.04.67.

41. Игошин В.И. Теоретическое исследование кинетики химических лазеров//Канд. дис.-М.:ФИАН,1972.

42. Игошин В.И. Кинетика химических лазеров на галогеноводородных соединениях/Программа 25 юбилейной научной конференции МФТИ.-1971.

43. Игошин В.И. Теоретическое исследование кинетики химических лазеров//Труды ФИАН.-М.:Наука, 1974.-т.76.-с. 117-146.

44. Kerber R.L., Emanuel G., Whittier I.S. Computer modeling and parametric study for a pulsed H2+F2 laser//Appl. Optics.-1972,-v.l 1.- p.l 112-1123.

45. Kerber R.L., Cohen N., Emanuel G. A kinetic model and computer simulation for a pulsed DF-CO2 chemical transfer laser//IEEE J. Quantum electron.-1973.-v.QE-9.l.-p.94-l 13.

46. Poehler Т.О., Pircle J.C.Jr., Walker R.E. A high pressure pulsed CO2 chemicaltransfer laser/ЛЕЕЕ J.Quantum Electron.-1973.-v.QE-9.- №l.-part 2.-p.83-93.

47. Suchard S.N., Kerber R.L., Emanuel G., Whitier J.S. Effect of H2 pressure onpulsed H2+F2 laser. Experiment and theoiy//J.Chem.Phys.- 1972.-v.57.-p.5065-5075.

48. Chen H.-L., Taylor R.L., Wilson., Lewis P., Fyfe W. Atmosferic pressure pulsed HF chemical laser//J Chem.Phys.-1974.-v.61.-p.306-318.

49. Skifstad J.G. Theory of HF chemical laser//Combustion Sci.Technol.- 1972.-v.6--p.287-306.

50. Игошин В.И., Мастеров B.C. Аналитическое и численное решение уравнений баланса для многоуровневых химических и молекулярных лазеров в квазистационарном приближении. 1 .Аналитическое рассмотрение//Квантовая электрон.-1975 .-т.2.-№8.-с. 1638-1647.

51. Басов Н.Г., Башкин А.С., Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. О возможности применения химического фторводородного лазера в лазерном управляемом термоядерном систезе/Шрепринт ФИАН.-1975.-№171.

52. Басов Н.Г., Башкин А.С., Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. О возможности применения химического фторводородного лазера в лазерном управляемом термоядерном синтезе. Система генератор усилитель//Препринт ФИАН.-1976.-№44.

53. Басов Н.Г., Башкин А.С., Игошин В.И., Ораевский А.Н. Химические лазеры и возможность их применения для термоядерного синтеза/ Тез. докл. И-го Всесоюзн. симп. по физике газовых лазеров.-Новосибирск,1975.

54. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. Об инициировании химического лазера на фтористом водороде электронным пучком// Квантовая электрон.-1976.-T.3 .-№9.-с.2072-2074.

55. Басов Н.Г., Башкин А.С., Игошин В.И., Ораевский А.Н. Усиление излучения на основной гармонике и обертонах молекулярных колебаний в процессе химической реакции//Квантовая электрон. -1976.-т.-3.-№9.-с. 1967-1979.

56. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. Влияние основных факторов на эффективность когерентного излучения в процессе реакции водорода со фтором//Квантовая электрон.-1977.-т.-4.-№6.- с.1282-1285.

57. Башкин А.С., Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. О возможности получения коротких импульсов света при фотолизе охлажденной смеси Н2-р2//Квантовая электрон.-1978.-т.5.-№4- с.907-909.

58. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. О возможности увеличения квантового выхода генерации и удельного энергосъема в химическом DF-CO2 лазере//Краткие сообщения по физике ФИАН.-1978.-№6.-с.20-25.

59. Агроскин В.Я., Бравый Б.Г., Васильев Т.К., Кирьянов В.И. Анализ расчетной модели импульсного химического БР-СС^-лазера// Квантоваяэлектрон.-1979.-т.6.-№2.-с.281-287.

60. Lienfeld H.V., Jeffers W.Q. СО chain-reaction chemical laser.II. Computer modeling//J.Appl.Phys.-1976.-v.74.-№6.-p.2520-2527.

61. Hogh J.J.T., Kerber R.L. Effect of cavity transients and rotational relaxation on the perfomance of pulsed HF chemical laser: a theoretical investigatiorV/Appl.Optics.-1975 -v. 14.-№l 2.-p.2960-2970.

62. Moreno J.B., Fisk G.A., Hoffman J.M. Amplified spontaneous emission and gain-saturation nonlinearity in high-gain optical amplifiers: The based amplifier//J. Appl.Phys.-1977.-v.48.-№ 1 .-p.23 8-242.

63. Hough J.J.T. Lorentz broadening in the modeling of the HF chemical laser//Appl.Opt.-1977.-v.l6.-p.2297-2307.

64. Башкин A.C., Игошин В.И., Никитин А.И., Ораевский А.Н. Химические лазеры.-Итоги науки итехники: Сер.Радиотехника.- М.: ВИНИТИ, 1975.-т.8-382с.

65. Башкин А.С., Игошин В.И., Ораевский А.Н., Щеглов В.А. Химические лазеры/Под ред. Н.Г.Басова.-М.: Наука, 1982.-400с.

66. Handbook of Chemical Lasers/Ed. R.W.F. Gross, J.F.Bott.-N.Y.- A Wiley-Interscience Publication, 1976.1. Русский перевод:

67. Химические лазеры: Пер. с англ./Под ред. Р. Гросса и Дж. Ботта.-М.:Мир,1980.-832с.

68. Basov N.G., Bashkin., Igoshin V.I., Oraevsky A.N., Shcheglov V.A. Chemical Lasers.-Berlin: Springer-Verlag,l990.-370p.

69. Аблеков B.K., Денисов Ю.Н., Прошкин B.B. Химические лазеры/ Под ред. акад. B.C. Авдуевского.-М.: Атомиздат,1980.-224с.

70. Кулаков Л.В., Никитин А.И., Ораевский А.Н. Исследование характеристик химического лазера с передачей колебательной энергии от молекул DFмолекулам С02-//Квантовая электрон.- 1976.-т.З.-№8.-с. 1677-1689.

71. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. Численный анализ режимов генерации химического БР-С02-лазера//Квантовая электрон.-1980.-т.7.-№7.-с.1438-1446.

72. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н. Численное моделирование импульсных химических лазеров на цепных реакциях/Тез. докл. II Всесоюзн.симп. по лазерной химии.-Звенигород,!980.

73. Игошин В.И., Никитин В.Ю., Ораевский А.Н., Томашов В.Н. Численный анализ химического DF-CO2 лазера: кинетика процессов сравнение расчета сэкспериментом//Квантовая электрон.-1981 .-т.8.-№3 .-с.277-286.

74. Бравый Б.Г. Экспериментальное исследование характеристик усиления, разработка вопросов управления параметрами излучения ичисленное моделирование химического БР-С02-лазера//Канд. дис.-М.:ИХФАН,1983.

75. Hough J.J.T., Kerber R.L. Effect of cavity transients and rotational relaxation on the performance of pulsed HF chemical laser: a theoretical investigation // Appl.0ptics.-1975.-v.l4.-№12.-p.2960-2970.

76. Sentman L.H. Rotational nonequilibrium in cw chemical lasers // J. Chem. Phys.-1975.-v.62.-№9.-p.3523-3527.

77. Игошин В.И., Ораевский А.Н. Эффективность химического лазера в условиях вращательного равновесия и при отклонении от него// Краткие сообщения по физике ФИАН.-1976.-№7.-с.27-31.

78. Васильев Г.К., Макаров Е.Ф., Рябенко А.Г., ТальрозеВ.Л. О влиянии скорости вращательной релаксации на работу импульсного H2+F2 химического лазера//ЖЭТФ.-1976.-т.71.-в.4(10).-с. 1320-1326.

79. Ben-Shaul A., Kompa K.L., Schmailzl. Vib-rotational energy distributions andrelacsation processes in pulsed HF chemical lasers// J. Chem. Phys.-1976.-v.65.-№5.-p.1711-1728.

80. Ben-Shaul. Estimates of chemical laser efficiency in limits of fast and slow rotational relaxation//Chem. Phys.-1976.-v.l8.-p.l3-21.

81. Hall R.J. Rotational nonequilibrium and line-selected operation in cw DF chemical laser/ЯЕЕЕ J.QuantumElectron.-1976.-v.QE-12.-№8.- p.453-462.

82. Keren E., Gerber R.B., Ben-Shaul A. Computer simulation of the pulsed Cl+HBr chemical laser: Effect of rotational nonequilibrium//Chem. Phys.-1976.-v.21.-p.l-19.

83. Васильев Г .К., Гурьев В.И., Тальрозе B.JI. Вращательная неравновесность и энергетика химического лазера на цепной реакции Н2+Р2//ЖЭТФ.-1977.-т.72.-B.3.-C.943-948.

84. Baer М., Top Z.H., Alfassi Z.B. A theoretical study of pulsed CI2+HJ chemical laser including nonequilibrium effects//Chem. Phys.-1977.-v.22.-p.485-504.

85. Sentman L.H. Chemical laser power spectral perfomance: a coupled fluid dynamic, kinetic and physical optics model//Appl.Optics.-1978.- v.l7.-№14.-p.2244-2249.

86. Kerber R.L., Hough JJ.T. Rotational nonequilibrium mechanisms in pulsed H2+F2 chain reaction laser!: Effect on gross laser perfomance parameters//Appl.Optics. -1978.-v. 17 .-№ 15 .-p.23 69-2380.

87. Ben-Shaul A., Felics S., Kafri O. Time evolution of the pulsed HF chemical laser system. I. Kinetic modeling rotational nonequilibrium// Chem. Phys.-1979.-v.36.-p.291-305.

88. Ben-Shaul A., Kafri O. Time evolution of the pulsed HF chemical laser system. II. Irrevesible thermodinamic analysis//Chem.Phys.-1979.-v.36.- p.307-322.

89. Alfassi Z.B., Baer M. A theoretical study of the atmospheric pulsed H2+F2chemical laser including rotational nonequlibrium effects//I EEE J.Quantum Electron.-1979v.QE-l 5.-№4.-p.240-249.

90. Буланин M.O., Малых В.Б., Машенджинов В.И., Филипович B.C. Численный анализ влияния вращательной релаксации на характеристикиактивной среды с химической накачкой/Юптика и спектроскопия -1980 т.48.-в.1.-с.94-99.

91. Игошин В.И., Курдоглян М.С., Ораевский А.Н. Влияние вращательной неравновесности на энергетику импульсных химических лазеров с цепными реакциями накачки/Тез. докл. II Всесоюзн. симп. по лазерной химии.-Звенигород, 1980.

92. Игошин В.И., Курдоглян М.С., Ораевский А.Н. Анализ энергетики химических лазеров на цепных реакциях с учетом вращательной неравновесности//Квантовая электрон.-1981.-т.8.-№5.-с.941-951.

93. Riley М.Е., Matzen М.К. Non-Maxwellian Н and F veloscity distributions in H2-F2 reaction//J.Chem.Phys.-1975.-v.63.-№11 .-p. 4787-4799.

94. Emanuel G., Whittier J.S. Closed-form solution to rate equations for F+H2 laser oscillator//Appl.Optics.-1972.-v.ll.-№9.-p.2047-2056.

95. Kerber R.L. Simple model of a line selected, long-chain, pulsed DF-CO2 chemical transfer laser//Appl.Optics.-1973.-v.l2.-№6.-p.l 157-1164.

96. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Об условиях применимости эквивалентной двухуровневой модели H2-F2 лазера//Краткие сообщения по физике ФИАН.-1991.-№1 l-12.-c.9-13.

97. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Теоретическое моделирование лазеров на колебательно-вращательных переходах двухатомных молекул с учетом ангармонизма и вращательной неравновесности// Квантовая электрон.-1992.~ т.19.-№4.-с.372-376.

98. Степанов А.А., Щеглов В.А. Расчет энергетических характеристик импульсного химического HF-лазера со сферическим телескопическим резонатором/ЛСвантовая электрон.-1979.-т.6.-№5.- с.926-932.

99. Igoshin V.I., Pichugin S.Yu. Short pulsed H2-F2 laser for hybrid laser systems//! de Physique IV.-1991.-v.l.-p.C7-625.

100. Игошин В.И. Численный анализ химического HF-HCl-лазера на цепной реакции C1F с Н2//Квантовая электрон.-1979.-т.6.-№3 .-с. 528- 538.

101. Игошин В.И., Ораевский А.Н. Галогеноводородные лазеры с передачей колебательной энергии от метастабильных двухатомных молекул/УКвантовая электрон.-1978.-т. 5 .-№5 .-с. 1048-1056.

102. Игошин В.И., Ораевский А.Н. О фотонном разветвлении в цепных реакциях и химических лазерах, инициируемых ИК-излучением.// Квантовая электрон,-1976.-т.6.-№ 12.-C.2517-2524.

103. Igoshin V.I., Molevich N.E., Oraevskii A.N. High power pure rotational laser due to vibrational exitation//Int.J. of Infrared and Millimeter Waves.-1984.-v.5.-№3.-p.403-413.

104. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Химический лазерный усилитель на фотонно-разветвленной реакции в аэрозольной среде//Квантовая электрон.-1983.-т.10.-№2.-с.458-461.

105. Басов Н.Г., Игошин В.И., Ораевский А.Н., Пичугин С.Ю. О химических лазерах на фотонно-разветвленных цепных реакциях// Препринт ФИАН.-1984.-№121.

106. Igoshin V.I., Pichugin S.Yu. Chemical lasers on photonic branched chain reaction//Proceedings of SPIE.-l984.-v.473.-p.223-224.

107. Igoshin V.I., Pichugin S.Yu. Chemical-eximer laser/IV European conference on atomic and molecular physics.-Riga,1992.-Book of Abstracts.-Part II.-p.410.

108. Басов Н.Г., Загидуллин M.B., Игошин В.И., Катулин В.А., Куприянов H.JI. Теоретический анализ химических кислородно-йодных лазеров/ЛГруды ФИАН.-М.: Наука,1986.-т.171.-с.30-53.

109. Гамзатов Н.М., Ораевский А.Н. Теоретическое исследование химического лазера с нетоксичными конечными продуктами//Труды ФИАН.-М.: Наука, 1989.-т. 194.-c.87-113.

110. Bar I., Heflinger D., Kaufman Y., Sapir M., Temkin A.Ya., Tzuk Y., Rosenvaks S. Overview of pulsed premixed short wavelength chemical laser concepts//SPIE.-1988.-v.875.-p. 136-141.

111. Bauer A.H., Copeland D.A. Pulsed amlfier model for optical extraction from asupersonic oxygen-iodine medium//SPIE .-1990,- v.l225.-p.486-504.

112. Bohn W.L., Truesdell K.A., Latham W.P., Avizonics P.Y. Oxygen iodine laser kinetics and small signal gain//SPIE.-1990.-v.l225.-p.477.

113. Winker B.K., Benard D.J., Seder T.A. Chemical pumping of potential visible laser transitions in bismuth monofluoride azide//SPIE .-1990.- v.l225.-p.543-559.

114. Басов Н.Г., Маркин Е.П., Ораевский A.H., Панкратов А.В. Фотохимическое действие инфракрасного излучения//ДАН.-1971.- т. 198.-№5.-с.1043-1045.

115. Акинфиев Н.Н., Басов Н.Г., Галочкин В.Т., Заворотный С.И., Маркин Е.П., Ораевский А.Н., Панкратов А.В. Химический лазер, инициируемый ИК излучением/Шисьма в ЖЭТФ.-1974.-т.19.-в.12.- с.745-747.

116. Галочкин В.Т., Заворотный С.И., Косинов В.Н., Овчинников А.А., Ораевский А.Н., Стародубцев Н.Ф. Исследование характеристик химического HF-лазера,возбуждаемого излучением импульсного С02-лазера// Квантовая электрон.-1976.-т.З .-№ 1 .-с. 125-129.

117. Балыкин В.И., Коломийский Ю.Р., Туманов О.А. Перестраиваемый HF(DF)-na3ep, инициируемый излучением СО2- лазера// Квантовая электрон.-1975.-т.2.-№4.-с.819-822.

118. Wood O.R.II, Silfast W.T. Initiation of a pulsed HF laser with a CO2- laserproduced plasma//IEEE J. Quantum Electron.-1979.-v.QE-15.-p. 1323-1325.

119. Chiu H.Y., Somers R.M., Benson R.C. Premixed cw chemical laser// Chem.Phys.Lett.-1979.-v.61 .-№ 1 .-p.203-204.

120. Igoshin Y.I., Pichugin S.Yu. Simulation of photon-branched chain reaction in H2-F2 amplifier with the aid of radiation-transfer equatin// Journal of Soviet Laser Research. -1991. -№3 .-p .233-23 6.

121. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Новые динамические режимы фотонногоразветвления в химических HF-лазерах на двухфазной активной среде// Квантовая электрон.-1996.-т.23.-№4.-с.326-330.

122. Игошин В.И., Летфуллин P.P. Мощный лазер-усилитель на автоволновой фотонно-разветвленной цепной реакции в неустойчивом телескопическом резонаторе//Квантовая электрон.-1997.-т.24.-№6.-с.501-505.

123. Игошин В.И., Летфуллин P.P. Дифракционная фокусировка входного импульса и гигантское усиление по энергии в лазере на автоволновой фотонно разветвленной цепной реакции//Квантовая электрон.-1999.-т.26.-№1.-с.37-42.

124. Зверева Н.С. Генератор пыли//Техника машиностроения-1996.-№4.-с.38-39.

125. Басов Н.Г., Маркин Е.П., Ораевский А.Н., Панкратов А.В., Скачков А.Н. Инициирование химических реакций ИК излучением// Письма в ЖЭТФ.-1971.-т.14.-с.251-253.

126. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Обоснование возможности создания чисто химического Н2 Р2-лазера с испарением мелкодисперсных частиц под действием ИК излучения// Квантовая электрон.-1989.-т.16.-№3.-с.437-441.

127. Игошин В.И., Пичугин С.Ю., Стукалина И.Л. Химический фторводородный лазер на термоцепном взрыве, инициируемом резонансным ИК излучением// Квантовая электрон.-2000.-т.30.-№7.-с.580-582.

128. Байков Э.У., Башкин А.С., Ораевский А.Н. О возможности создания химических лазеров на основе цепной реакции фторирования водорода с тепловым механизмом разветвления// Квантовая электрон.-1987.-т. 14.-№1.-с.151-157.

129. Игошин В.И., Пичугин С.Ю., Стукалина И.Л. О возможности получения высоких энергетических характеристик Н2 — F2-na3epa на термоцепном взрыве,, инициируемом ИК излучением//Квантовая электрон.-2001.-т.31.-№2.-с.135-138.

130. Игошин В.И., Пичугин С.Ю. Многоуровневая модель импульсного химического Н2-Р2-лазера и перспективные режимы его работы//Квантовая электрон.-1994.-Т.21 .-№5.-с.417-421.

131. Башкин А.С., Курдоглян М.С., Ораевский А.Н. Возбуждение молекул HF резонансным излучением и преобразователи излучения химических HF -лазеров//Труды ФИАН.-М.: Наука, 1989.-т.194.-с.45-70.

132. Азаров М.А., Игошин В.И., Пичугин С.Ю., Трощиненко Г.А. Спектрально энергетические характеристики импульсного фторводородного лазера и вращательная релаксация молекул НР//Квантовая электрон.-1999.-т.29.-№1.-с.21-23.

133. Байков Э.У., Башкин А.С., Ораевский А.Н. Непрерывный химический HF -лазер на основе цепной реакции с тепловым механизмом разветвления// Квантовая электрон.-1987.-T. 14.-№5.-с.943-952.

134. Игошин В.И. Диссертация на соискание ученой степени доктора ф. м. наук., ФИАН, Москва, 1999 г.

135. Александров А.О., Зарецкий Н.П., Лужнов В.Г., Майоров А.С., Сатов Ю.А., Смаковский Ю.Б., Смольский В.Н., Стародуб А.Н., Феоктистов Л.П.,

136. Щепетов Н.Г. Экспериментальное обоснование физических основ химических лазеров с самоинициированием/Шрепринт ФИАН.-2000.-№56.

137. Хюлст Г.ван де Рассеяние света малыми частицами/М.:Изд-во иностр. лит., 1961.-536с.

138. Игошин В.И., Курочкин В.И., Пичугин С.Ю. Лазерный нагрев и испарение частиц, диспергированных в газе//Труды ФИАН.-М.: Наука, 1989.-Т.198.-с.24-40.

139. Игошин В.И., Пичугин С.Ю., Стукалина И.Л. HF лазер на термо - и фотонно - разветвленных цепных реакциях, инициируемых ИК лазерным излучением/Шрепринт ФИАН.-2001 .-№15.

140. Игошин В.И., Пичугин С.Ю., Стукалина И.Л. Н2 Р2-усилитель, инициируемый ИК лазерным излучением в условиях неоднородности рабочей смеси//Квантовая электрон .-2002.-т. 3 2 .-№ 10 .-с. 933-935.

141. Igoshin V.I., Pichugin S.Yu., Stukalina I.L. HF-laser based on a thermal and photon branched chain reactions initiated by IR laser radiation//Journal of Russian Laser Research.-2002.-v.23.-№5.-p.395-408.