Физико-химические и спектрально-люминесцентные свойства систем SOCl2-GaCl3, ZnCl2-GaCl3, CCl4-GaCl3, активированных соединениями уранила и РЗЭ Соклакова, Надежда Анатольевна

Введение к работе

Актуальность работы. Проблема повышения КПД и энергетических характеристик жидкостных люминофоров и оптических квантовых генераторов на их основе стимулирует поиск и создание как принципиально новых лазерных материалов, обладающих оптимальными физико-химическими и люминесцентно-спект-ральными свойствами, так и использование уже имеющихся активных сред с возможностью улучшения их оптических и энергетических характеристик за счет безизлучательного переноса энергии возбуждения.

За последние десятилетия найдено достаточно большое количество оптических материалов на основе твердотельных композиций, жидкостей и газов для создания ОКГ. Внимание к жидкостным апротонным средам обусловлено рядом присущих им особых свойств, таких как: возможность получения больших энергий и мощностей излучения с единицы объема рабочего вещества за счет достижения концентраций активатора того же порядка, что и в лазерных стеклах; отсутствие постоянных напряжений, структурных неоднородностей и включений с отличающейся оптической плотностью; высокая лучевая прочность жидких лазерных материалов, позволяющая реализовать идею ядерной накачки; отсутствие в них необратимых разрушений при больших плотностях энергии; возможность работы в режиме циркуляции активной среды.

Одним из самых широко используемых активаторов в жидкостных лазерных средах является неодим (III). Его ионы обладают интенсивной люминесценцией с высоким квантовым выходом. Однако, учитывая узость и невысокую интегральную интенсивность полос поглощения неодима, лишь незначительная доля оптического возбуждения конвертируется в энергию лазерного излучения. Для ионов уранила (U0₂²⁺) силы осцилляторов абсорбционных полос несколько выше и сами,полосы значительно шире, чем у неодимовых полос. Таким образом, ионы уранила могут стать эффективными сенсибилизаторами люминесценции неодима и других РЗЭ.

До настоящего времени данных об исследовании апротонных сред на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированных ионами уранила и соакгивированных ионами РЗЭ, практически не имеется. В связи с этим синтез и исследование физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств апротонных галогенидных сред на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированных ионами уранила и РЗЭ, является актуальной задачей, имеющей практическое значение в области лазерной техники и квантовой электроники.

Работа выполнена в рамках постановления СМ СССР N 138-48 от 27.01.86, тема 0Л-201.

Цель работы заключается в разработке и создании новых жидких и стеклообразных систем на основе S0Cl₂-Gacl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированных ионами уранила (U0_Z⁺) и неодима (Ш³⁺), исследовании их Физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств, а также изучении влияния ионов уранила на спектрально-люминесцентные свойства ионов неодима с целью определения перспективности подобных систем для нужд лазерной техники; исследование низкотемпературного галогенидного стекла на основе ZnCl₂-GaCl₃, соакти-вированного ионами U0₂²⁺ и РЗИ (Ш³⁺, Eu^{3 +} , Sm³⁺), обладающих безизлучательным переносом энергии электронного возбуждения в системе ион уранила - РЗИ.

Задачи работы:

1. Синтез апротонных многокомпонентных люминесцирующих систем на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированных ионами уранила и РЗЭ.

2. Изучение физико-химических свойств полученных систем.

3. Изучение спектрально-люминесцентных свойств 3-х компонентных систем SOCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; CCl₄-GaCl₃-U0₂Cl₂ и ZnCl₂-GaCl₃-UQ₂Cl₂, активированных ионами U0₂²⁺, а также 4-х компонентных систем S0Cl₂-GaCl3-U0₂Cl₂-Naci₃^bH ZnCl₂-GaCl₃--U0₂Cl₂-MdCl₃, активированных ионами Ш³⁺ и соактивированных ионами U0₂^а""; изучение влияния ионов уранила (U0₂²⁺) на лазерные сзойства активатора в данных системах;

4. Изучение явления переноса энергии электронного возбуждения между ионами РЗЭ и уранила (1Ю₂²⁺) в системе на основе ZnCl₂-GaCl₃.

Научная новизна. Впервые осуществлен синтез и проведено исследование ряда физико-химических, спектрально-люминесцентных и люминесцентно-кинетических свойств неорганических люминесцентных систем на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированных ионами уранила (U0₂^e+) (при различных температурах), а также систем на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃, соактивированных ионами уранила и неодима. Определено ближайшее окружение иона Ш₂^{2 +} в системах S0Cl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; CCl₄-GaCl₃-UQ₂Cl₂ в зависимости от компонентного состава матрицы.

В низкотемпературном галогенидном стекле на основе ZnCl₂-GaCl₃, соактивированном ионами уранила (U0₂²⁺) и РЗЭ (Nd³⁺, Eu³⁺, Sm³⁺), обнаружена сенсибилизация люминесценции ионов РЗЭ ионами U0₂²*.

Определены некоторые важные спектрально-люминесцентные характеристики иона Ш³* в системах SOCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂-NdCl₃ и ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂-MCl₃, которые не отличаются от подобных систем, не содержащих иона U0₂²*, что позволяет предпо-

- 5 -дожить возможность эффекта генерации стимулированного излучения иона Kd³* в присутствии иона U0₂²*.

Практическое значение работы. Совокупность полученных в работе результатов позволила предложить новые неорганические лазерные материалы на основе S0Cl₂-GaCl₃: ZnCl₂-GaCl₃, со-активированные ионами уранила (Ш_г^г+) и неодима (Nd³*). Присутствие в данных системах иона уранила не ухудшает люминесцентные параметры иона неодима, что позволяет рассматривать данные системы как потенциально пригодные при разработке активных элементов для лазеров с прямой ядерной накачкой.

Результаты работы могут быть использованы организациями, работающими в области лазерной технологии, а также специалистами, занимающимися химией апротонных систем.

Положения, выносимые на зашиту:

5. Впервые синтезированы новые хлоридные люминофоры на основе S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃; CCl₄-GaCl₃, активированные ионами уранила, а также системы на основе ' S0Cl₂-GaCl₃; ZnCl₂-GaCl₃, соактивированные ионами уранила (Ш₂²⁺) и РЗЭ.

6. Результаты исследования физико-химических свойств полученных систем и закономерности их изменения в зависимости от компонентного состава растворителя.

7. Результаты изучения спектрально-люминесцентных и лю-минесцентно-кинетических свойств иона уранила в системах-SOCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; CCl₄-GaCl₃-U0₂Cl₂ при температурах 295К и 77К.

8. Результаты исследования устойчивости систем S0C1₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; CCl₄-GaCl₃-U0₂Cl₂ к процессам фотохимического окисления-восстановления.

9. Определено локальное окружение иона U0₂^{2 +} в системах SOCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂; ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl_z; CCl₄-GaCl₃-U0₂Cl₂.

10. В системах SOCl₂-GaCl₃-UOgCl₂-NdCl₃; ZnCl₂-GaCl₃--U0₂Cl₂-NdCl₃ присутствие иона Ш₂^{2 +} не оказывает влияния на важные люминесцентные параметры иона Ш³*. что указывает на возможность получения эффекта генерации стимулированного из-, лучения иона Ш^{3 +} и использования данных систем в качестве активного элемента для лазеров с прямой ядерной накачкой при соактивации соединениями урана-235.

11. В системах .,ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂-NdCl₃; ZnCl₂-GaCl₃--U0₂Cl₂-SmCl₃; ZnCl₂-GaCl₃-U0₂Cl₂-EuCl₃ наблюдается сенсибилизированная люминесценция ионов Nd^{3 +} , Sm³⁺, Eu³⁺ в присутствии ионов Ш₂^г+ соответственно.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты работы докладывались на XVII Всесоюзном Чугаевском совещании по химии комплексных соединений (Минск, 1990 г.). VIII Всесоюзном совещании семинаре "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1991 г.), отрасле-

- 6 -вой конференции "Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной,накачкой" (Обнинск. 19Э2 г.).

Основное содержание работы изложено в 7 публикациях в виде статей и тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста, состоит из введения, 7 глав. выводов, списка цитированной литературы. Работа содержит 24 таблицы и 45 рисунков. Список литературы включает 228 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.