Химические лазеры

Скачать в pdf «Химические лазеры»




CHEMICAL LASERS ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ


© Ораевский А.Н., 1999



A. N. ORAEVSKY


The principles of chemical lasers are discussed. Design peculiarities and the main ways of applications of the most advanced systems are described.


Обсуждаются принципы работы химических лазеров. Описываются конструктивные особенности наиболее разработанных систем и основные пути их применений.



А. Н. ОРАЕВСКИЙ


Московский инженерно-физический институт



ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ


Химическая энергия занимает особое место в жизни общества. Основной источник энергии сегодня — это химическая реакция. Тепловые электростанции используют химическую энергию, которая испытывает при этом многоступенчатые превращения: химическая-тепловая—механическая—эле-ктрическая. Практически все существующие типы лазеров основаны на прямом или косвенном использовании электрической энергии. Химический лазер — это устройство, прямо преобразующее химическую энергию в энергию когерентного излучения, минуя другие виды энергии.


В любом типе лазера1 необходимо сначала ввести энергию накачки в рабочую среду, а затем извлечь ее оттуда в виде когерентного излучения. Ввод достаточно большого количества энергии в рабочую среду лазера — самостоятельная и часто сложно решаемая задача. Так как в химической смеси уже содержится энергия, нужно лишь найти эффективный способ ее выделения в виде когерентного излучения.


Для создания химического лазера нужна такая реакция, которая идет с выделением достаточно большой энергии, причем в процессе реакции должны возникать элементарные продукты (молекулы, радикалы, атомы) в возбужденных энергетических состояниях, связанных с внутренними степенями свободы. Более того, распределение по этим состояниям должно быть инверсным. Это значит, что хотя бы в одном из состояний, обладающих большей энергией, молекул должно быть больше, чем в одном из состояний с меньшей энергией.


Рассмотрим, как образуются инверсное распределение в процессе химической реакции на примере двухатомной молекулы. Двухатомная молекула обладает одной колебательной, двумя вращательными и тремя поступательными степенями свободы. Как известно из квантовой механики, внутренняя энергия атома или молекулы имеет дискретные значения. Это общее положение относится и к энергии колебательного и вращательного движений. Колебательно-вращательные энергетические состояния двухатомной молекулы и тепловое распределение молекул по энергетическим состояниям показаны на рис. 1, а. Длина горизонтальных линий на рисунке характеризует относительное число молекул с определенным значением энергии. Химическая реакция

Скачать в pdf «Химические лазеры»