Словарь научных терминов
Лазеры химические
ЛАЗЕРЫ ХИМИЧЕСКИЕ, устройства для прямого преобразования энергии хим. р-ции в энергию когерентного элект-ромагн. излучения. Инверсия населенности уровней обусловлена неравновесным распределением энергии хим. р-ции по степеням свободы молекул продукта. Для создания Л. х. используют р-ции, скорость к-рых превышает скорость установления равновесного распределения выделяющейся энергии. Как правило, это р-ции с участием химически активных атомов или радикалов. Среди них особое место занимают цепные и разветвленные цепные р-ции, в к-рых химически активные центры (атомы и своб. радикалы) воспроизводятся (в разветвленных р-циях - размножаются) в ходе р-ции. Для создания нек-рого начального числа активных центров (инициирования цепной р-ции) необходимо затратить энергию. Поэтому чем больше длина цепи р-ции, тем большее кол-во хим. энергии переработается в лазерное излучение и тем меньшую роль будут играть затраты энергии на создание активных центров. При этом решающее значение имеет т. наз. хемолазерная длина цепи, определяемая как отношение скорости продолжения цепи к скорости релаксации возбужденных молекул, используемых для генерации когерентного излучения (но не к скорости гибели активных центров). Чем больше хемолазерная длина цепи, тем выше эффективность лазера по отношению к затратам энергии на инициирование р-ции. Начальная концентрация активных центров м. б. создана с помощью нехим. видов энергии либо чисто хим. способом, напр. в результате термодиссоциации молекул газовой смеси, нагреваемой до высокой т-ры за счет энергии протекающей в ней хим. р-ции, или путем использования разветвленной цепной р-ции. На нехим. инициировании основана работа мощных Л. х. импульсного действия, в к-рых используют заранее приготовленную смесь газов при достаточно высоком давлении (напр., атмосферном). Такая смесь содержит значит. запас энергии, но химически стабильна.
http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/0/3/0/8030.jpeg
Рис. 1. Схема фтор-водородпого лазера с нехим. инициированием: 1 - смеситель; 2 - активная зона (реактор); 3 - окна для выхода излучения; 4 и 5 - зеркала (непрозрачное и частично отражающее); 6 - инициирующий агент Q (УФ излучение или пучок электронов). Указаны основные процессы в реакторе; полный их набор включает десятки процессов, в т. ч. релаксацию и гибель активных центров.

Из смесителя 1 (рис. 1) рабочая смесь поступает в реактор 2, где под действием УФ облучения или пучка электронов (инициирующий агент) инициируется быстрая молекулярно-радикальная р-ция, высвобождающая запасенную в смеси энергию в виде короткого импульса когерентного излучения. При одной и той же степени инициирования чем больше хемолазерная длина цепи р-ции, тем выше энергия лазерного импульса. наиб. употребительны смеси, содержащие молекулярные фтор и водород (дейтерий), стабилизированные кислородом. Эти смеси обладают наиб. хемолазерной цепью. Генерирующими молекулами в них являются колебательно возбужденные HF* (DF*). На рис. 2 представлена схема Л. х. с чисто химическим способом инициирования, работающего на основе нецепной р-ции атомарного фтора с молекулярным водородом (или дейтерием).
http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/0/3/1/8031.jpeg
Рис. 2. Схема фтор-водородного лазера с хим. инициированием (термодиссоииацией); 1 - камера сгорания; 2 сопловый блок; 3 активная зона (реактор); 4 - окна для выхода излучения; 5 и 6 - зеркала.

Активные центры - атомы фтора - нарабатываются в камере сгорания в результате тепловой диссоциации избыточного F2, к-рый одновременно служит окислителем горючего. В качестве горючего используют в-ва, осн. требование к к-рым состоит в том, чтобы продукты сгорания не тушили возбужденные молекулы, образующиеся в активной зоне и генерирующие лазерное излучение. Из камеры сгорания 1 атомарный фтор выпускается через сопловую решетку 2, в к-рой он разгоняется до сверхзвуковых скоростей и разбивается на мелкие струи для эффективного смешения с Н2, к-рый подается в активную зону лазера. Р-ция между атомарными фтором и водородом приводит к образованию колебательно возбужденных молекул HF*, к-рые генерируют излучение с длиной волны в диапазоне 2,7-3,2 мкм. Замена водорода дейтерием дает возможность получить когерентное излучение в диапазоне длин волн 3,8 4,2 мкм. Высокая т-ра в камере сгорания (~1800 К) позволяет создать высокоскоростной сверхзвуковой поток реагентов, что увеличивает мощность лазера. Гелий выполняет роль газа-разбавителя, препятствующего катастрофич. повышению т-ры в лазерной зоне, к-рое могло бы привести к срыву генерации и тепловому запиранию сверхзвукового потока. При непрерывной подаче и откачке компонентов такие Л. х. работают в непрерывном режиме. Решающим обстоятельством при их создании является разделение в пространстве процессов наработки химически активных центров и получения возбужденных частиц, генерирующих излучение. Высокотемпературную камеру сгорания можно заменить низкотемпературной, если использовать цепную р-цию фтора с дейтерием. Атомарный фтор для инициирования цепного процесса нарабатывается при низкотемпературной р-ции NO.+F.:F.+NOF, начинающейся сразу при смешении их потоков. Истечение газов из камеры инициирования в лазерную зону происходит с дозвуковой скоростью, хотя возможны и сверхзвуковые варианты этого Л. х. Генерирующая молекула - СО2, к-рая возбуждается путем передачи колебат. энергии от DF*. Возбужденная молекула СО2 релаксирует медленнее, чем DF*, что обеспечивает большую хемолазерную длину цепи. Замена дейтерия на водород приводит к снижению генерируемой мощности, т. к. HF* передает энергию СО2 менее эффективно, чем DF*. По своим мощностным и энергетич. показателям фторводородные Л. х. импульсного и непрерывного действия пока не имеют равных. Среди др. типов Л.х. следует отметить кислород-йодный лазер, в к-ром генерирующая частица - атомарный иод в состоянии 3P1/2. Возбуждается он в это состояние путем передачи энергии от молекул О2 в возбужденном синглетном состоянии 1D, к-рые образуются при р-ции Сl2 с водным р-ром Н2О2 и NaOH. Образование атомарного иода из молекулярного происходит при р-ции:

2O2(1D)+I2:2O2(1S)+2I(3P1/2)

Основные р-ции, приводящие к формированию активной среды и генерации когерентного излучения, следующие:

O2(1D)+I(3P3/2):O2(3S)+I(3P1/2);

I(3P1/2)+nhv:I(3P3/2)+(n +1)hv

Длина волны генерируемого когерентного излучения 1,315 мкм. Среди др. типов Л. х. перспективны лазеры на основе разветвленной цепной р-ции горения CS2; генерирующая молекула-колебательно-возбужденный СО* (длина волны лазерного излучения ~5 мкм); ОН-СО2 - Л.х. на основе р-ции Н+О3:ОН*+О2. Колебательно-возбужденный радикал ОН* передает энергию молекуле СО2, к-рая генерирует лазерное излучение с длиной волны ~10 мкм. Можно ожидать создания Л. х., излучающего в видимом диапазоне длин волн. Л. х. широко применяют в научных экспериментах в хим. кинетике, лазерной химии и спектроскопии. Это обусловлено прежде всего тем, что в диапазоне длин волн, равных 3-4 мкм, нет других достаточно интенсивных источников когерентного излучения. Техн. применения Л.х. находятся в процессе разработки. Рассматриваются проекты использования мощных фтор-водородных и кислород-йодных Л.х. для управляемого термоядерного синтеза. Кислород-йодный Л.х., генерирующий излучение в ближнем ИК диапазоне, представляет интерес для обработки материалов. Спектр излучения фтор-водородных и кислород-йодных Л. х. перекрывает диапазон поглощения огромного числа разл. молекул. Возможность генерации большого набора частот в одном лазерном импульсе делает эти Л. х. перспективными для создания систем диагностики и контроля состава газовых смесей, в т. ч. дистанционных локаторов состава и состояния атмосферы - лидаров . Не исключено, что Л. х., обладая большой энергией излучения на единицу массы расходуемых реагентов, окажутся полезными при развитии технологии в космосе (напр., лазерной сварки). В иностранной литературе обсуждаются военные применения Л. х. Лит.: Химические лазеры, под ред. Р. Гросса и Дж. Ботта, пер. с англ.. М., 1980; Химические лазеры, под ред. Н. Г. Басова, М., 1982; Басов Н. Г., Ораевский А.Н., Химические лазеры, в кн.: Наука и человечество, М., 1983, с. 259 73. А.Н. Ораевский.


3,4-toлуолдитиол L-лактатдегидрогеназа Лавандулол Лавеса фазы Лавсан Ладан Ладенбурга реакция Лазер Лазерная спектроскопия Лазерная химия Лазерные материалы Лазеры химические Лаки Лаки основные Лакокрасочные материалы Лакокрасочные покрытия Лактамы Лактиды Лакто3а Лактоны Ламинараны Ланолин Лантан Лантана xpomat Лантаниды Лантаноидорганические соединения Лантаноиды Ларвициды Лариксол Лассeня прoба Латекс натуральный Латексные краски Латексы синтетические Латуни Лауриновая кислота Левамизол Леводопа Левомицетин Леворин Левулиновая кислота Легирование Ледяные красители Лейко.. Лейкопоэза стимуляторы Лейкосоединения Лейкотриены Лейкоциты Лейцин Лекарственные средства Лекланше элемент Лектины Леннард-джонса потенциал Лесохимия Лестничные полимеры Летучесть Лецитины Лиазы Либермана реакция Лигазы Лигандов взаимное влияние Лигандообменная хроматография Лиганды Лигнин Лигносульфонаты Лигроин Лидокаин Лизергиновой кислоты диэтиламид Лизин Лизофосфолипиды Лизоцим Ликорин Лимациды Лимонен Лимонная кислота Линалоол Линейная передача энергии Линкомицин Линолевая кислота Линоленовая кислота Лиотропные ряды Лиофильность и лиофобность Липазы Липидные зонды Липидный бислой Липидпереносящие белки Липиды Липкие ленты Липоевая кислота Липоксигеназы Липопептиды Липополисахариды Липопротеины Липосомы Липотропин Литий Лития алюмогидрид Лития гидрид Лития гидроксид Лития карбонат Лития ниобат Лития нитрат Лития оксид Лития перхлорат Лития сульфат Лития танталат Лития фторид Лития хлорид Литол Литопон Литье под давлением Лкао-приближение Локальный анализ Лоссена реакция Лоуренсий Лошмидта постоянная Лутидины Льняное масло Люизит Люминесцентные индикаторы Люминесцентный анализ Люминесценция Люминол Люминометрическое число Люминофоры Лютеинизирующий гормон Лютеций Люцигенин Лёйкарта-валлаха реакция