напрям|направлення| розповсюдження|поширення| лазерного випромінювання (вісь z), напрям|направлення| розрядного струму|тік|, збудливого|збуджуючий| активне середовище|середа| (вісь у|в,біля|), і напрям|направлення| подачі газовій суміші, що створює активне середовище|середа| (вісь х).
Повернемося до поперечного збудження. Для того, щоб поперечний розряд горів більш або менш однорідно по перетину і по довжині лазерної камери, необхідний насамперед швидкий енерговнесок|вклад|. Тому великий розвиток отримали|одержали| різні методи організації швидких розрядів, генератори місткостей|ємкість| імпульсної напруги|напруження| на основі схем Аркадьева — Маркса, імпульсні трансформатори і т.п. Крім того, важливо|поважно| підготувати газ до швидкого енерговнеску|вклад|. Кращим методом є|з'являтися,являтися| попередня, однорідна за всім обсягом іонізація газу. Для цього широко використовується УФ засвічення робочого об'єму|обсяг|. Джерелом УФ предионизацыи служать різного роду іскрові розрядники, листові плазмові розряди і т. п., що поміщаються безпосередньо в лазерну камеру і запалювані з|із| невеликим (близько декількох десятків наносекунд) випередженням по відношенню до основного розряду головного эперговклада. УФ випромінювання в діапазоні 200 нм проводить|виробляти,справляти| іонізацію завжди присутніх в лазерній суміші домішок|нечистота|. За наявності особливо чистих газів допомагає контрольоване додавання|добавка| в суміш присадок|добавка| типу трипропеламіну, що легко іонізуються.
Отже, допоміжні розряди створюють попередню іонізацію, принаймні, частини|частка| робочого об'єму|обсяг| біля основних електродів, що забезпечує отримання|здобуття| однорідного розряду зі всієї площі|майдан| електроду. Попередня іонізація скорочує час, необхідне для того, щоб електрони, що ініціюють розряд, опинилися в розрядному проміжку, коли напруга|напруження| живлення|харчування| основного розряду прикладена до основного розрядного проміжку. Це дозволяє вкласти в газ енергію до утворення дуги. У свою чергу|своєю чергою|, па швидкість утворення дуги впливає ступінь|міра| обробки електродів, їх конфігурація і розташування.
Для того, щоб затримати утворення дуги якомога|як можна| довше, відстань між електродами повинна бути витримана з|із| великою точністю однаковим за всім обсягом, поверхні електродів повинні бути ретельно відполіровані і повинні мати конфігурацію, що забезпечує однакову напруженість електричного поля в зазорі по всій поверхні, наприклад так звані профілі Роговського або Брюса. При цьому необхідною умовою є|з'являтися,являтися| мала індуктивність електричних ланцюгів|цеп|, що підводять, і швидке включення|приєднання| напруги|напруження|.
Лазери такого типу (див. мал. 16.2), що працюють при атмосферному тиску|тиснення|, отримали|одержали| найменування TEA С02-лазерів, тобто С02-лазерів атмосферного тиску|тиснення| з|із| поперечним збудженням.Transversly Excited Atmospheric). При скромних розмірах і простій конструкції TEA С02-лазеры є хорониш лабораторний прилад. Енергія в імпульсі складає 1 — 10 Дж, тривалість імпульсу 100—1000 не в залежності т складу газової суміші. Велика кількість азоту не тільки|не лише| збільшує запас енергії в активному середовищі|середа|, але і подовжує і роцесс накачування випромінюючого|випромінюючий| стану 00°1 молекула С02.
При атмосферному тиску|тиснення| час передачі енергії від азоту до С02 складає величину близько 100 не, тому на часах, менших 100 не, наявність азоту не позначається на енергії випромінювання. У цьому масштабі часу випромінюється енергія, запасена в несиметричному валентном^ коливанні 00°n молекул С02. При швидкому розряді відбувається|походити| той, що обговорювався нами в лекції чотирнадцятої процес включення|приєднання| посилення, аналогічний включенню|приєднання| добротності. При малій кількості (повній|цілковитий| відсутності) азоту або на відрізку часі, меншому (або порядку|лад|) 100 нс, імпульс випромінювання має типову форму імпульсу включення|приєднання|. Присутність азоту, що працює як відносно інерційний резервуар енергії, приводить|призводити,наводити| до подовження|видовження| імпульсу випромінювання, порушення монотонності його хвостової частини|частка| і появи вторинного|повторний|, правда більш розпливчатого, максимуму. На мал. 16.З
Мал. 16.3. Типова форма імпульсу випромінювання TEA С02-лазера.
приведена типова форма імпульсу випромінювання TEA С02-лазе-ра. Загальна|спільний| тривалість імпульсу випромінювання зростає до 1 мке, відповідно збільшується і повна|цілковитий| енергія випромінювання. Зазвичай|звично| в першому пичке випромінювання міститься|утримуватися| від 1/3 до 1/2 повної|цілковитий| енергії імпульсу.
Легко зробити оцінку повної|цілковитий| енергії імпульсу випромінювання TEA СО2-лазера. Хай|нехай| умови самозбудження сильно перевиконані. Тоді повна|цілковитий| енергія в імпульсі випромінювання визначається енергією несиметричного валентного коливання молекул С02 і коливальною енергією молекул N2, що знаходяться|перебувати| в резонаторі лазера. За повний|цілковитий| час імпульсу коливальна енергія азоту передається С02 і випромінюється. Очевидно, що шукана енергія
(16.1)
де n1* і n2* — повне|цілковитий| число збуджених молекул С02 і азоту відповідно. Цьому виразу можна надати зручнішу форму, ввівши|запровадивши| коефіцієнти χ1 і χ2, збудження, що характеризують ступінь|міра|, тобто середнє число коливальних квантів моди ν3, що доводяться|припадати,приходитися| на одну молекулу С02 і N2 відповідно, перейшовши від числа частинок|частка,часточка| до парціальним тиском|тиснення| і пригадавши, що для ідеальних газів PV = NKT:
(16,2)
де P — повний|цілковитий| тиск|тиснення| газової суміші в лазерній кюветі, V — робочий об'єм|обсяг| лазера, с2 і с3 — концентрації азоту і гелію відповідно, віднесені до концентрації С02 у використовуваній суміші (С02: N2: Не = 1: с2: с3). Твір|добуток| тиску|тиснення| на об'єм|обсяг| має, як відомо, розмірність енергії. Якщо вимірювати|виміряти| V в літрах, P — в атмосферах, а Q — в джоулях, то для приведеної енергії виходить просте співвідношення
(16.3)
З|із| пониженням температури питоме енергознімання|наймання| зростає. При кімнатній температурі hv/kТ ≈ 4. У добре організованому розряді досягаються значення %i «х2 = 0,4—0,5. Тоді для суміші 1:2:3 значення питомого енергознімання складає
(16.4)
що добре відповідає експериментальним результатам. Відмітимо|помітити|, що перший і другий члени в чисельнику формул (16.2) і (16.3) дають відносні долі енергії, що випромінюється в першому пічку і в хвостовій частині|частка| імпульсу ТЕА С02-лазера (див. мал. 16.3).
Проведена вище оцінка правомочна, оскільки|тому що| при атмосферному тиску|тиснення| час обертальної релаксації складає 0,1 нс, час встановлення рівноваги в одній коливальній моді С02 — також 0,1 нс, а коливає-поступальна релаксація молекули С02 йде через коливання 0110 з часом|згодом| 500 нс.
На закінчення обговорення питання про TEA С02-лазерах відзначимо, що для них унаслідок|внаслідок| зіткнювального уширення порядку|лавки,низка| 3 Ггц (або 0,1 см-1) характерна|вдача| велика ширина лінії посилення, що дозволяє методами синхронізації мод отримувати|одержувати| імпульси тривалістю ≈1 нс. Відмітимо|помітити| також, що ці лазери схильні до пасивної синхронізації мод, унаслідок|внаслідок| якої імпульси їх випромінювання порізані нерегулярним чином з|із| характерним|вдача| тимчасовим масштабом приблизно в 1 нс. Мал. 16.3 представляє|уявляти| результати, отримані|одержані| з|із| малим тимчасовим дозволом.
Застосування|вживання| систем з|із| подвійним розрядом в С02-лазерах атмосферного тиску|тиснення| і великого об'єму|обсяг| дає добрі результати за рахунок попередньої іонізації, перш за все|передусім| прикатодний області. Це знижує роботу виходу електронів з поверхні катода і полегшує формування однорідного розряду. Але|та| в об'ємі|обсяг| газу заздалегідь створених електронів мало (≤109 см-3). Тому механізм розвитку основного розряду залишається по-преж-пему лавинним, схильним до дугообразованию. Це обмежує введення енергії в активний об'єм|обсяг| лазера. Самостійний характер|вдача| розряду, при якому і пробій газового проміжку (тобто іонізація газу в проміжку), і енерговнесок|вклад| в цей проміжок (тобто специфічне розігрівання каналу пробою зовнішнім електричним полем) проводяться|виробляються,справляються| одним і тим же джерелом високої напруги, перешкоджає створенню|створіння| достатньо|досить| ефективних TEA С02-лазеров великого об'єму|обсяг| і не дозволяє піднімати|підіймати| тиск|тиснення| помітно вище атмосферного.
Перехід до несамостійного розряду, коли іонізація газу здійснюється якимсь незалежним агентом, наприклад пучком швидких електронів, а енергія вкладається оптимальним чином у вже іонізоване середовище|середа|, забезпечує однорідне збудження робочої суміші газів за відсутності пробою в газі, тобто при значеннях Е/р < 10 кВ/(см • атм). Як ми пам'ятаємо, оптимальним з погляду збудження є|з'являтися,являтися| значення Е/р = 3 кВ/(см • атм). Тоді при щільності числа електронів 1013—1014 см-3 • атм-1 реалізується достатньо|досить| ефективний енерговнесок|вклад| в робочий газ і досягається високий ступінь|міра| збудження коливань азоту і рівнів 00°л молекул С02. Зовнішнє джерело іонізації повністю готує газову суміш до енерговнеску|вклад|, робить|чинити| «лінійною» її вольт-амперну характеристику, дозволяє регульованим чином порушувати|збуджувати| лазерний об'єм|обсяг|. Саме за допомогою несамостійних розрядів створюються С02-лазеры високого тиску|тиснення| з|із| плавною перебудовою частоти випромінювання, а при атмосферному тиску|тиснення| отримані|одержані| рекорд великі енергії випромінювання.
Перш ніж перейти до неелектричних методів створення|створіння| інверсії в С02-лазерах, зупинимося|зупинятися| на одній надзвичайно важливій|поважний| обставині, на яку вперше|уперше| в ході нашого викладу слід звернути увагу у зв'язку з С02-лазерами. Йдеться про променеву міцність оптичних матеріалів, вживаних при створенні|створіння| і експлуатації лазерів (вікна, дзеркала
лінзи, призми і т. п.). По суті це питання виходить|виходити| за рамки нашого курсу, будучи|з'являючись,являючись| об'єктом вивчення процесів взаємодії лазерного випромінювання з|із| речовиною. Але|та| С02-лазеры є|з'являтися,являтися| джерелом такого|настільки| інтенсивного випромінювання, що властивості матеріалів, хай|нехай| узяті як феноменологічні параметри, необхідно приймати до уваги з самого початку розробки цих лазерів.
Якнайкращими|щонайкращий,найкращий| прозорими матеріалами, які можуть бути використані як вікна газових кювет С02-лазерів, є|з'являтися,являтися| щелочно-галондиые кристали типа NaCl, KC1, широкозоппые напівпровідники типа ZnSe, кристали на основі з'єднань|сполучення,сполука| талія КРС-5 і КРС-6. У імпульсах тривалості від 0,1 до 1 мкс ці кристали без руйнування витримують променеве навантаження (щільність енергії випромінювання) 10—20 Дж/см2. Тоді, прирівнюючи для грубої оцінки те, що може дати активну речовину (формула (16.2)), до.тому, що може витримати матеріал вікна, ми отримаємо|одержимо| просту умову
(16.5)
що обмежує довжину активного середовища|середа| лазера l і тиск|тиснення| в нім р. Оптична стійкість металевих дзеркал, що відображають|відбивати|, і найактивнішого середовища|середа| лазера вища, тому обмежує є|з'являтися,являтися| неміцність прозорих матеріалів.
У безперервному або імпульсний-періодичному режимах задовго до появи необоротних|незворотний,безповоротний| змін виникає багато питань, пов'язаних з термооптичними спотвореннями. В цілому|загалом| можна вважати|лічити|, що сучасні матеріали дозволяють працювати в безперервному режимі з|із| інтенсивностями близько декількох кіловат на квадратний сантиметр.
Звернемося|обернемося| тепер до методу створення|створіння| активного середовища|середа| газових лазерів, принципово відмінному|інший| від тих, які обговорювалися в попередніх лекціях.
Розглянемо|розгледимо| газодинамічні лазери. У цих лазерах джерелом енергії випромінювання служить теплова енергія молекулярного газу, рівномірно нагрітого до високої температури. При тепловій рівновазі, як би висока не була температура, інверсії бути не може. Теплова енергія рівнорозподілена по всіх мірах свободи молекул, у тому числі і по коливальних мірах свободи. Але|та| різні коливальні моди багатоатомних молекул можуть релаксують з|із| різною швидкістю. Тому якщо різко змінити|зрадити| умови, то різні моди можуть підійти до нової рівноваги за різний час. Значить, при різкій зміні термодинамічних параметрів газу в процесі переходу від одного стану рівноваги до іншого може існувати відрізок часу, протягом якого термодинамічна нерівноважність газу має характер|вдача| інверсії, якщо тільки|лише| більш високо розташований|схильний| рівень енергії релаксують повільніший. Саме так йде справа|річ| у разі|в разі| молекул С02 застосовне
до коливань 00° 1 (верхній лазерний рівень) і 10°0—02°0—0110 ефективний нижній лазерний рівень). Тому інверсія за рахунок енергії нагрітого газу може утворюватися в процесі коливальної релаксації при швидкому охолоджуванні газу.
Простим способом швидкого охолоджування великих масових потоків газу є|з'являтися,являтися| газодинамічне охолоджування при надзвуковому закінченні|виділення,витікання| стислого і нагрітого газу практично і вакуум. Надзвукове розширення повинне знижувати температуру і тиск|тиснення| газової суміші за час, короткий по порівнянню ѕ. часом життя верхнього лазерного рівня і тривале в порівнянні з часом|згодом| життя нижнього лазерного рівня. Для цього розширення газу повинне бути організоване при закінченні|виділення,витікання| через надзвукове сопло з|із| малою висотою критичного перетину (0,3—1,0 мм). Тоді газова суміш міняє|змінювати,замінювати| свої параметри на
Мал. 16.4. До ідеї газодинамічного лазера. Вгорі|угорі| — профіль сопла, внизу|унизу| — графік залежності населеності від відстані (у произв. ед.); 1—нижній рівень, 2 — верхній рівень. Штрихова лінія — місцеположення критичного перетину сопла.
відрізку завдовжки 1 — 2 см по потоку, що при надзвуковій швидкості течії (М = 4) призводить до того, що населеність верхнього рівня зберігається такій же, як у|в,біля| гарячого газу, а нижнего відповідає низькій температурі газу після|потім| розширення. Істотну|суттєвий| роль в реалізації цього режиму грає додавання|добавка| азоту, що володіє великим часом життя і що накачує рівень 00° 1 молекул С02. Мал. 16.4 пояснює сказане.
Очевидно, що інверсія існує па якомусь кінцевому|скінченний| відрізку в області вниз по потоку від сопла, де і повинні бути встановлені|установлений| відповідні дзеркала. Відзначимо, що резонатор газодинамічного С02-лазера працює в своєрідних умовах — активна речовина вноситься до резонатора з|із| великою швидкістю перпендикулярно його оптичній осі.
У газодинамічних лазерах теплова енергія молекул газу безпосередньо перетвориться в енергію когерентного електромагнітного випромінювання. Цей лазер є|з'являтися,являтися| свого роду тепловою машиною, і його до. і. д. визначається температурами робочого толу.— високою і низькою. Проте|однак| піднімати|підіймати| дуже|занадто| високо високу температуру не можна із-за дисоціації С02, опускати низько дуже|занадто| низько не можна із-за небезпеки конденсації С02. Ці обставини накладають обмеження для п. д. газодинамічних лазерів, в реальних умовах що обчислюється одиницями відсотків|процент|.
Основною гідністю|чеснота,достоїнство| газодинамічних лазерів є|з'являтися,являтися| їх висока вихідна потужність в безперервному режимі роботи, що досягає мегаватного діапазону, що обумовлене тим, що надзвуковий потік газу може проносити через резонатор лазера велику кількість збуджених молекул в одиницю часу. Природно, що такі лазери є суцільна інженерна споруда|спорудження|.
Минулий через резонатор газ викидається зазвичай|звично| в атмосферу. У разі|в разі| звичайної|звичний| лазерної суміші С02: N2: Не на високому рівні потужності це приводило|призводити,наводити| б до великих невідновлювальних втрат гелію, що неприпустимо|недопустимо|. Тому гелій замінюється парами води, в невеликій концентрації (1—2%) сприяючими столкповительному спустошенню нижнього рівня 0110. Велика концентрація води прискорює релаксацію рівня 00°1 молекула С02 і тим самим дезактивує основний носій енергії збудження — молекулярний азот, знижуючи, таким чином, до. п. д. лазера.
Нагрів газу зовнішніми джерелами тепла нераціональний. У установках великого масштабу нагріта до 1300—1400 До газова суміш необхідного складу виходить спалюванням відповідним чином підібраних вуглеводневих палив|пальне| в повітряній атмосфері. Це обставина в ще більшому ступені|міра| підкреслює той факт, що в газодинамічних лазерах теплова енергія безпосередньо перетвориться в енергію когерентного електромагнітного випромінювання.
Газодинамічний метод створення|створіння| інверсії отримав|одержав| основний розвиток стосовно С02-лазерам. Запропоновано і розроблено багато варіантів розігрівання газу, виключення|виняток| небезпеки дисоціації С02 при високих температурах шляхом розігрівання одного тільки|лише| азоту і підмішування С02 до коливає збудженого азоту після|потім| проходження азотом критичного перетину сопла і «поступального охолоджування».
Очевидно, що газодинамічний метод може бути застосований і до молекул, для яких (або для сумішей яких з|із| якими-небудь іншими молекулами) можливе «заморожування» високої коливальної температури більш за високо розташований|схильний| коливальний рівень і швидка термалізація нижнього коливального рівня при різкому охолоджуванні газу (див. мал. 16.4).
Отже, в электророзрядних молекулярних лазерах використовується те, що розноситься каналів релаксації по різних коливальних модах і збудження довгоживучої моди або безпосередньо електронним ударом, або шляхом передачі енергії збудження від газу — носія енергії, збудженого електронним ударом. У газодинамічних лазерах для збудження використовується термодинамічно рівноважний нагрів, який приводить|призводити,наводити| до термодинамічно нерівноважного розподілу населеності при надзвуковому закінченні|виділення,витікання| газу за рахунок відмінності швидкостей релаксації по згаданих вище рознесених каналах.
Абсолютно|цілком| аналогічно для збудження газу можуть бути використані екзотермічні хімічні реакції, частина|частка| енергії при протіканні яких може вивільнятися у вигляді коливальної енергії молекул. Якщо ця коливальна енергія передається потім, скажімо, молекулам С02, то що виходить при.»том хімічний С02-лазер значною мірою подібний газодинамічному С02-лазеру з|із| великою кількістю азоту. Разом з тим енергія збудження хімічного походження моиїєт бути безпосередньо використана для створення|створіння| лазерних активних середовищ|середа|. Тому хімічні лазери, складаючи окремий клас лазерних систем, представляють|уявляти| великий самостійний інтерес. При їх розгляді не слід все ж таки|все же| забувати, що з достатньо|досить| загальних|спільний| позицій природа газодинамічних і хімічних лазерів виглядає однаковою: у активному середовищі|середа| цих лазерів перехід від одного рівноважного стану до іншого здійснюється таким чином, що протягом деякого кінцевого|скінченний| часу реалізується істотно|суттєво| нерівноважний стан з|із| інверсією населеності.
Підкреслимо також, що в хімічних лазерах відбувається|походити| пряме перетворення хімічної енергії в енергію когерентного електромагнітного випромінювання, а привабливість цих лазерів пояснюється тим, що існує велике число хімічних реакцій з|із| величезним енерговиділенням.
Лекція сімнадцята. ХІМІЧНІ ЛАЗЕРИ
Екзотермічні реакції і коливальна енергія. Коливає-поступальна, така, що коливає-коливає і обертово-поступальна релаксація. Повна|цілковитий| і часткова інверсії. Швидкість хімічного накачування. Ланцюгові|цепні| реакції. До. п. д. ініціації і хімічний до. п. д. Хімічні лазери імпульсної і безперервної дії. Параметри лазерів. Йодний фотодисоціаційний лазер.
Отже, лазери, інверсія населенностей в активному середовищі|середа| яких створюється за рахунок нерівноважного розподілу серед продуктів хімічної реакції енергії, що виділилася в процесі реакції, безпосередньо в реакційному об'ємі|обсяг|, називаються хімічними лазерами. Іншими словами, випромінювання хімічного лазера є прямий безпосередній результат хімічної реакції, а не результат якоїсь побічної дії хімічної реакції, наприклад нагріву або вибухоподібного зростання|зріст| тиску|тиснення|, як у разі|в разі| газодинамічних лазерів з|із| початковою|вихідний| хімічною енергетикою (стаціонарне або вибухове згорання|згоряння| палива|пальне|).
Випромінювання хімічного лазера є|з'являтися,являтися| ефектом, зворотним фотохімічному ефекту, в якому хімічна реакція виникає як прямій, безпосередній результат поглинання атомом або молекулою фотона, а не як результат якоїсь побічної дії світла, наприклад нагріву реагентів при поглинання світла. Фотохімічне стимулювання здійснюється; для проведення ендотермічних реакцій. Очевидно, що для створення|створіння| хімічних лазерів можуть притягуватися тільки|лише| екзотермічні хімічні реакції.
Інтерес до хімічних лазерів обумовлений тим, що в багатьох екзотермічних хімічних реакціях виділяється велика енергія на одиницю маси реагентів. Приклади|зразок| добре відомі — органічні палива|пальне|, пороху і т.п.
Аналізуючи реакції, що проводяться в газовій фазі, легко бачити, що коливальні міри свободи молекул є|з'являтися,являтися| хорошим|добрий| акумулятором енергії, що виділилася при хімічній реакції. По-перше, при молекулярних хімічних реакціях перебудовуються хімічні зв'язки молекул, рвуться одні зв'язки, створюються нові зв'язки, иа зв'язках, що зберігаються, відбуваються|походити| заміщення одних зв'язуваних ядер іншими і т.д. Коливальні моди молекул локалізуються, як ми знаємо, але|та| зв'язкам в структурі молекул. Отже, енергія вивільняється при екзотермічній реакції через перебудовуваний в ході реакції хімічний зв'язок і локалізується у вигляді коливальної енергії молекул. По-друге, в газовій фазі коливальна (або, кажучи точніше, коливає-поступальна) релаксація відбувається|походити| відносно поволі|повільно|.
Через викладеного хімічні лазери працюють, головним чином, па переходах між коливальними рівнями молекул. Важливо знати те, як хімічна енергія розподіляється між коливальними рівнями молекул в результаті|унаслідок,внаслідок| реакції і в яких реакціях і у|в,біля| яких молекул можливий інверсний розподіл цієї енергії.
Простий випадок можна представити|уявити| реакцією заміщення
A + BG → AB(V) + G = AB* + G(17.1)
Ряд|лава,низка| елементарних реакцій типу (17.1) детально вивчений. Так спектроскопічними методами знайдено, що в реакції
F + H2 →HF* +H(17.2)
відношення|ставлення| коливальної енергії до повної|цілковитий| енергії, що виділилася при реакції, складає Екільк/Еповн = 0,7. При цьому відносні населеності на рівнях V = 1, V = 2, V = 3 складають відповідно|відповідно до| 0,31, 1,0, 0,48. Приблизно така ж ситуація в реакціях F + D2, H 4- F2, H + Cl2, H + Br2 і т.д. Як правило, у всіх реакціях утворення галогеноводородів по схемі (17.1) в результаті|унаслідок,внаслідок| екзотермічного заміщення виникає інверсія населенностей.
Повна|цілковитий| коливальна інверсія
V’ > V (17.3)
що виникла в акті перебудови внутрішньомолекулярного зв'язку, може існувати тільки|лише| протягом деякого певного кінцевого часу. Процеси релаксацій спрямовують нерівноважну систему до рівноваги, якій відповідає больцманівський розподіл населеності з|із| температурою, відповідної енергії, що виділилася при реакції. Як ми знайемо, молекула володіє коливальними, обертальними і поступальними мірами свободи. Термалізація енерговиділення екзотермічної реакції припускає|передбачати| рівнорозподіл цієї енергії по всіх мірах свободи молекули. Іншими словами, в рівновазі всі види руху молекули характеризуються однією і тією ж температурою Т. Фізичним процесом, що приводить|призводити,наводити| до встановлення цієї рівноваги, є|з'являтися,являтися| міжмолекулярні газокінетичні зіткнення|сутичка|. Ми знаємо, що при зіткненнях|сутичка| ефективний квазірезонансний обмін енергією. При коливає-поступальній (V — Т) релаксації, коли
(17.4)
умови квазірезонансності сильно порушені. Тому для
V — Т-релаксації потрібний багато, іноді|інколи| багато сотень або тисяч, газокінетичних зіткнень|сутичка|. Саме тому час
V — Т-релаксації велике.
Разом з тим|в той же час| при зіткненнях|сутичка| молекул можливий обмін квантами коливальної енергії ħνкільк між коливальними рівнями з|із| різними значеннями коливального квантового числа V. Якщо энгармонизм молекули малий, то дефіцит енергії при такій передачі (див. (15.7)) також малий:
(17.5)
і коливає-коливальний обмін (коливає-коливальна (F— V) релаксація) відбувається|походити| практично із швидкістю газокінетичних зіткнень|сутичка|. При V — У-релаксациі зберігається загальне|спільний| число коливальних квантів, тобто енергія, отримана|одержана| системою молекул в результаті|унаслідок,внаслідок| (у нашому випадку) хімічної реакції у вигляді коливальної енергії, зберігається як коливальна енергія. Змінюється розподіл енергії по рівнях. Якщо ангармонизм молекул малий, що виходить в процесі V — V-релаксації розподіл близький к'больцмановскому з|із| деякою ефективною коливальною температурою Tv 
Т Т. Очевидно, що при цьому повна|цілковитий| коливальна інверсія (17.3) зникає.
За час V — F-релаксації відбувається|походити| і обертово-поступальна (R— Т) релаксація, що приводить|призводити,наводити| в рівновагу обертальні і поступальні ступені|міра| свободи, що характеризуються в результаті|унаслідок,внаслідок| деякою єдиною температурою Т. Быстрое встановлення рівноваги в обертальний-поступальному резервуарі обумовлене квазірезонансністю обміну енергією при відповідних зіткненнях|сутичка| через трохи|крихта,малість| обертальної енергії:
(17.6)
Сеченія-релаксаций 
близькі до газо кінетичного перетину. Як правило, R — T-релаксація йде декілька швидше V — Т-релаксації. Але|та| V — У-релаксация, як вже неодноразово підкреслювалося, йде багато повільніше, тому протягом тривалого часу, рівного багатьом (сотням або тисячам) інтервалам між газокінетичними зіткненнями|сутичка|, Тν Т. Якщо вибрані такі реакції типу (17.1), для яких экзотермічність реалізується в переважно коливальному энерговиділення, то тоді протягом відносного тривалого часу
T < Tv(17.7)
У цій ситуації можлива так звана часткова інверсія, умова якої для рівня V, J, розташованого|схильний| вище рівня V', J', записується|занотовується| у вигляді|вид|
(17.8)
Ця умова виконується, на відміну від умови повної|цілковитий| інверсії (17.3), тільки|лише| для деяких J і J'.
Розглянемо|розгледимо| це питання декілька докладніше. Больцманівський розподіл по коливає-обертальних рівнях при квазірівноважних коливальній і обертальній температурах TV і T приймає вигляд|вид|
(17.9)
де енергія Eν, J обертального підрівня J коливального рівня V прийнята рівною.
(17.10)
(що справедливо для двоатомних або лінійних молекул), а Σν і Στ позначають|значити| відповідно що коливає і обертальну статистичні суми. Умова часткової інверсії виконується у випадку, якщо|у разі, якщо,в случае |
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 20 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |