Введение к работе
Актуальность 'теш. Химические лазеры в настоящее время едставляют один из наиболее интересных в практической и учном отношениях классов газовых лазеров. Активную среду их лазеров формируют химические реакции, приводящие к не-вновссному возбуждеї та колебательных уровней молекул, и оцессн передачи энергии и дезактивации. Эффективность ла-ра зависит от доли химической энергии, выделенной на ко-бательных степенях свободы молекул продукта к "крутизны" лебательного распределения, которое определяет эффектив--сть преобразования колебательной энергии з энергию кого-нтного излучения. Поиск общих закономерностей, связываю-х энергетические распределения продуктов с динамическими рактеристиками реакций и структурой реагирующих частиц, еет первостепенное значение для развития химических лазе-в.
Значительное влияние на мощность и другие характврясти-химических лазеров оказывают процессы релаксации. Колеба-льну» релаксацию до недавнего времени исследоваля, как авило, без детализации её связи о вращательный движением, нако анализ сильно неравновесных лазерных сред должен учи-вать и иногонанальность колебательной релаксация и эависи-оть её от вращательного распределения.
Химические лаз-ры стимулировали интерео к детальному учению кинетики и динамики многих быстрых химических реаК-;! и процессов передачи энергии. Ч последние года наиболь-о внимание уделялось HP ($Р) - лазерам в связи о их вые»- ' il мощностью и эффективностью. Автор был среди; создателей рвого импульсного ИР - лазера на смеси молекулярных фтора водорода /I/. К цоненту его создания ни по одному из эле» «тарных процессов, определяющих функционирование и энергз-» ity этого устройства, но было количественных данных» и по улу их исследование представлялось актуальным.
I. Еатовски" O.U., Васильев Г.К., Макаров Б.Ф., Тальрове м. Химический лазер на разветвлённой цепной реакции фтора родородом // Письма в ЯЗТФ. 1969. Т.9, Й б. G.3«-.Vt5',
- I -
Колебательное возбуждение иолекул специфично влияет н протекание реакций с их учаотиеы, иногда усноряя процесс на многие порядки. Изучение реакций колео'ателяю возбуждё них молекул является основой для развития целого ряда областей неравновесной химической физики, в частности таких как цепные реакции с энергетический разветвлением, ПК лазерная химия. Создание мощных лазеров ИХ диапазона выдвин ло в число актуальных проблему использования возникающей при поглощении интоноивного излучения колебательно-поступ тельной неравнозесности для целенаправленного воздействия на химические процессы. Одним из прикладных аспектов зтоі: проблеми является поиск способов инициирования активных сред ПК излучением самих химических лазеров с целью peaflt зации идеи усилении лазерной энергии в каскадных системам В научном отношении проблема лазерного инициирования сводится к исследованию различных аспектов неравновесной ко/ багельной кинетики, таких как возбуждение молекулярных ті зов под действием лазерного излучения в столкновительных условиях, распад колебательных состоя' ни в сильно возбуждённых молекулах, и исследованию микро- и иакрокинетики J зерохииических процессов.
Цель работы; изучить начальные колебатсльно-врацателі ныо роспроделения молекул HP, образующихся в реакциях атс мов Р-с предельными и непредельными соединениями; изучит] передачу колебательной анергии в столкновениях HP (DP) о молекулами газов, используемых в рабочих смесях химичсокі лазеров на основе реакций фтора о ъодородом (дейтерием) і получить данные о механизме колебательной релаксации мол< кул HP СЬР), в том число в условиях, далеких от равновеоі определить вклад процессов о участием неравновесно нолео'< тельно возбуждённых молекул НрСїр) в кинетику-реакции фті с водородом при импульсном фотоинициировании; исолсдоват; лазерное возбуждение малоатомных молекул в отолкновитслы условиях, разработать модели, адекватно описывающие мехаї мы радиацяонно-столкновителыюй накачки и пороговых явлої в лааерохимичеоких реакциях:
Научная новизна, I) Изучены колебательно-вращательные определения молекул HF, образующихся в реакциях атомов Р рядок водородсодержащих соединений. Установлено, что ко-бателыюе зозбуядсние HF систематически уменьшается и ановится менее "крутым'* при переходе от соединений о од-кратными к соединениям о двойными и тройными связями, от факт объяснен существованием дальнодействующих сил при-жения меяду полярные ИР и радикальным, фрагментом с нена-ценной связью, которые "затягивают" взаимодействие, спо-бствуя передаче части энергии от IIF к остатку.
2) Проведено детальное исследование колебательной релак-ции молекул IIP, DP в столкновениях с различными партиёра-при различной степени колебательно- и вращательно-посту-тельной неразновесности. Экспериментально подтверждена нцепция VRT- передачи энергии в колебательной релаксации
лекул HF, DP. Количественно исследованы обмен колебатель-ми квантами меяду молекулами ИР, ]>Р, Н2, 3>2 и С02 (Т = О К) и колебательная релаксация молекул СО, в смесях, со-ржаашс F2 5) Выявлена роль процессов энергетического разветвления кинетике импульсно фотоинициируемой реакции F2 + Н2 (5?), ютокающой в различных режимах, и оценены эффективные ко'нс-іїітн скорости разветвления с участием молекул H2(D2)» B03~ ядёняых в колебательные состояния V? 2. Проведен теоретический анализ устойчивости фторводо-ідішх смесей при переходе 2-го предела самовоспламенения о істогг ингибируваего действия образующихоя в реакции молекул ! на энергетическое разветвление. Выявлено, что накапливаются продукт вследствие высокой эффективности в уводе из ютемы колебательной энергии существенным образом влияет на іртпну предельных явлений. Теоретически исследован процесс радиаиионно-столкно-ггельной ианегда: малоатомнгос молекул с учётом бесстолкнов'и-!льных к'анплов метаодового обмена энергией. 6) Предложен и экспериментально обоснован механизм кри 7) Обнаружено квазипороговое поведение поглощения излу ' 8) Обнаружено сильное ускорение релаксации асимметричной мода молекулы Л'^О с ростом запаса энергии е ней, обусловлен ное "квазирезонансными" каналами'мекмоленулярного мелею до во г обиана энергией при высокой уровне ьозбукдения молекул /V^O. Практическая ценность работа состоит в : I) нахождении закономерностей, связывающих колебательное распределение продуктов широкого класса реакцші атомарного фтора с ъодородсодерлэдми молекулами со структурой молекулярного реагента и на их опиоь„ целенаправленного поиска процессов, перспективних при создании химических лазеров на молекулах fb' ; 2} формировании представлений о механизме колебательноі релаксации сильне колебательно и вращателыю возбуждённых молекул, стимулирувщих развитие теории колебательной релаксации; . 3) получении количественных данных о примерно 40 конс-та'нтах скорости химических и релаксационных процессов, являющихся важными при анализе и оптимизации режима работы химических лазеров на основе реакций ({тора о водород- и дейтеро-содержащими молекулами, а такжо для ИК лаэерохимии; :..: Ь) анализе проблемы устойчивости фторводородних смесей, важной в овязи о решением задач приготовления,„храпения и рерёпусиа рабочих смесей химических лазеров на основе реакций Ре+Н2(3>2>| «. ч - развитии представлений о пороговых явлениях в лазе-охииических реакциях; формировании представлений о закономерностях радиа-ионно-столкновителыюй накачки малоатомных молекул. Объем и структура диссертации. Диссертация содеркнт 19 страниц текста, 7. рисунок, 15 таблиц, библиографию -49 названий и состоит из введения, четырёх глав и выводов.
тических явлений & цепных лазерохимических реакциях.
чения импульсного HP - лазера молекулами IIP из малонаселен
ных начально высоких вращательных подуровней основного коле
бательного состояния и установлено, что такой характер по
глощения обусловлен тепловой обратной связью цеяду поглощен
ной энергией и населённостью поглоадщего состояния.
Похожие диссертации на Кинетика неравновесных процессов в активных средах химических фторводородных лазеров и лазерохимических системах
