Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного ксенона

Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного ксенона? Ответ:
линейчатый
полосатый
сплошной
световой

v1ckyy

Луч белого света падает на треугольную стеклянную призму, находящуюся перед белым экраном. Что происходит со светом? 1.А.Свет меняет направление, когд … а попадает в призму. 2.B Свет рассеивается при попадании в призму. 3.C Рассеянный свет формирует спектр цветов на экране. 4.D Все вышеперечисленное происходит.

7. Дія фізичних тіл одне на одне. СРОЧНО СЛОВО ИЗ 9 БУКВ.

Помогите прошу, умоляю очень очень срочно. Сколько электронов пройдет в медном проводнике длиной 5 м с площадью поперечного сечения 3 мм2 при напр … яжении на концах проводника 12 В за 2 минуты.

Релаксационные процессы в сложных молекулярных системах Баранов Павел Николаевич

2.1. Параметры экспериментальных исследований в плазме положительного столба тлеющего разряда, плазме послесвечения импульса и плазме СВЧ разряда в инертных газах и их смесях с электроотрицательными 61

2.2. Спектральные измерения 62

2.2.1. Спектральная часть экспериментальной установки. 64

2.2.2. Вакуумная схема экспериментальной установки. 70

2.3. Измерение электрических характеристик положительного столба тлеющего разряда 72

2.3.1. Снятие второй производной В АХ в плазме 72

2.3.2. Блок-схема экспериментальной установки по измерению второй производной вольтамперной характеристики 74

2.4. Исследуемые газы 78

2.5. Решение прямой задачи кинетики в неравновесных системах 78

2.5.1. Решение кинетического уравнения Больцмана методом итераций 79

2.5.2. Выбор сечений элементарных процессов для расчета ФРЭЭ 81

2.5.3. Элементарные процессы в плазме импульса послесвечения в тяжелых благородных газах и их смесях с фтором 89

2.6. Схема экспериментальной установки по исследованию параметров разрядников в СВЧ разряде 93

2.7. Регистрация частиц высоких энергий 93

2.7.1. Схема экспериментальной установки 93

2.8.1. Спектральные измерения 95

2.8.2. Анализ достоверности резз’льтатов 96

2.8.3. Достоверность расчетных методов 98

III Физические параметры и элементарные процессы в сложных релаксирующих молекулярных системах 101

3.1. Изменение физических параметров и физическая кинетика в смесях благородных газов с фтором 101

3.2. Кинетика пробоя 109

3.3. Кинетика импульса послесвечения 111

3.4. Изменение концентрации частиц в плазме послесвечения импульса 123

3.5. Релаксационные процессы в СВЧ разряде 128

3.5.1. Зависимость времени восстановления от давления газа 128

3.5.2. Зависимость мощности зажигания от давления газа. 130

3.6. Заключение 132

IV Кинетика процессов генерации и распространения фотонов в сцинтилляционном слое 134

4.1. Модельное описание кинетики процессов 134

4.2. Соответствие экспериментальных и модельных результатов 139

Исследование спектральных характеристик инертных газов в смеси с галогенами
Блок-схема экспериментальной установки по измерению второй производной вольтамперной характеристики
Изменение концентрации частиц в плазме послесвечения импульса
Соответствие экспериментальных и модельных результатов

Введение к работе

Актуальность проблемы. В последние годы низкотемпературная плазма нашла широкое применение в химической технологии, в технологии обработки материалов, в создании газовых лазеров, высокоинтенсивных источников света и в других областях науки и техники. В плазме газового разряда энергия электрического поля передается электронам слабоионизованной плазмы, которые в свою очередь обеспечивают надтепловое заселение возбужденных состояний атомов и молекул [1].

Исследованию процессов в послесвечении положительного столба тлеющего разряда посвящено значительное число работ [2 — 7]. Это прежде всего связано с тем, что в условиях послесвечения существует возможность изучать реакции с участием тяжелых частиц (ионов, ме-тастабильных атомов), исследовать релаксационные процессы, исследовать коммулятивные процессы и определять сечения ряда элементарных процессов. Кроме того, исследование процессов происходящих в послесвечении положительного столба тлеющего разряда представляет интерес для разработки плазменных лазеров [8]. При этом варьирование параметров плазмы дает возможность управлять химическими процессами [9] и оптимизировать их энергетическую эффективность [10].

Разработка высокоэкономичных лазеров на эксимерах типа ЭГ* (Э -атом инертного газа, Г — атом галогена), а также получение соединений в условиях сильно неравновестной плазмы положительного столба тлеющего разряда в смесях фтора с благородными газами обусловливают определенный интерес к спектральным характеристикам и электрическим параметрам такой плазмы [11, 12].

Для уточнения связи активационных и рекомбинационных процессов актуальным является исследование химически активной плазмы импульса послесвечения в смесях тяжелых инертных газов с электроотрицательными газами.

Выше изложенное позволяет заключить, что изучение кинетики и механизмов образования и гибели активных частиц в плазме стационарного и импульсного разряда смесей тяжелых инертных газов с

молекулярными добавками электроотрицательных газов представляет практический и научный интерес, поэтом>^ тема диссертационной работы, посвященной исследованию релаксационных процессов в сложных молекулярных системах и физической кинетики в сложной химически активной плазме, несомненно актуальна.

Не меньший интерес представляет исследование релаксационных процессов, вызванных частицами высоких энергий (~ 1 МэВ) в сложных молекулярных системах находящихся в твердом состоянии, в частности, в органических сцинтилляторах (пластмассовых или кристаллических) .

Исследованию процесса сцинтилляции, вызванного прохождением заряженной частицы через сцинтиллирующий слой, посвящено значительное число работ, в которых описывается механизм передачи энергии частицы, излучение фотонов центром свечения [13-15]. При этом используется упрощающее предположение о мгновенном излучении общего количества фотонов отдельного акта сцинтилляции, что удовлетворяет практике использования сцинтплляторов малой толщины. Для названного случая время движения частицы через сцинтиллятор существенно меньше характерного времени высвечивания фотонов, что и позволяет использовать указанную идеализацию.

Диагностика потоков ускоренных тяжелых частиц (протонов, ионов) на циклотронах, исследование их взаимодействия с объектами требуют создания многомерных регистрирующих устройств.

В связи с отмеченным, представляет научный и практический интерес рассмотрение кинетики процессов генерации и распространения фотонов в сцинтилляционном слое конечной толщины [16].

Цель работы. Исследование релаксационных процессов в условиях послесвечения импульса положительного столба тлеющего разряда в тяжелых инертных газах и установление связи кинетических характеристик с физическими параметрами в плазме смесей тяжелых инертных газов с электроотрицательными газами, а так же релаксационных процессов вызванных частицами высоких энергий в пластмассовых сцинтилляторах конечной толщины на основе n-терфенила в полистироле.

Научная новизна состоит в том, что: для конкретных условий стационарного разряда: ток разряда (1-35 мА), давление в реакторе (0,1-5 торр), состав плазмообразующего газа (0-100% Ar, 0-100% Хе, F2 в смесях с благородными газами (Не, Ne, Аг, Кг, Хе) от 0 до 92%); плазмы послесвечения: ток разряда (1-55 мА), давление в реакторе (0,5-5 торр), состав плазмообразующего газа (0-100% Аг, 0-100% Хе, 0-100% F2); СВЧ разряда: давление в реакторе (0,1-10 торр), состав плазмообразующего газа (C1F5 , C1F5 + 1%Кг, CIF5 + 20%СЬ), а так же сцинтилляци-онного слоя (гг-терфенил в полистироле) конечной толщины (1=0,05-0,5 м):

Впервые выполнены исследования зондовыми методами физических параметров,а так же спектров излучения плазмы стационарного и импульсного разряда в ксеноне, аргоне и их смесях с фтором.
Впервые выполнены модельные расчеты на базе численных решений кинетического уравнения Больцмана и системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) кинетики плазмы стационарного и импульсного разряда в ксеноне, аргоне, фторе и смесях ксенона и аргона с фтором, в том числе и для параметров поддержания плазмы, в которых использование зондовых методов некорректно.
Впервые установлено, что основной причиной прохождения энергии электронов средних энергий и высокоэнергетичных электронов через минимум связано в основном с упругими столкновениями электронов с атомами благородного газа в случае Аг, Кг, Хе.
Впервые установлено, что установление стационарного состояния при развитии импульса при временах порядка Ю -2 с обусловлено в основном временем диффузии активных частиц к стенке разрядника.
Впервые установлено влияние процессов диссоциативного прилипания и процессов Хорнбека-Молнара на концентрацию активных частиц в послесвечении импульсного разряда.
Впервые установлены характерные времена релаксации плазмы СВЧ разряда антенных переключателей при различных молекулярных составах.
Впервые проведены исследования кинетики процессов генерации

и распространения фотонов в сцинтилляционном слое (n-терфенил в полистироле) для случая прохождения релятивистского /і-мезона через слой. Измерялась длительность излучения Дет фотонов в зависимости от толщины сцинтилляционного слоя (/=0,05-0,5 м).

Впервые приведены результаты измерения общей длительности процессов излучения и выхода фотонов Atcom из сцинтилляционного слоя для случая использования покрытия, части боковой поверхности, с коэффициентом диффузного отражения света /?=0,9; 0,95.
Впервые описана новая модель кинетики процесса генерации и распространения фотонов в сцинтилляционном слое конечной толщины.

На защиту выносится:

Установлен эффект влияния упругих столкновений электронов с атомами Аг, Кг, Хе в плазме смеси при условиях: ток разряда (1-35 мА), давление в реакторе (0,1-35 торр), состав плазмообразующего газа (F2 в смесях с благородными газами (Не, Ne, Аг, Кг, Хе) от 0 до 92%) на электрофизические свойства плазмы, среднюю энергию, функцию распределения и концентрацию электронов.
Установлена определяющая роль в низкотемпературной плазме (ток разряда (1-55 мА), давление в реакторе (0,5-5 торр), состав плазмообразующего газа (0-100% Аг, 0-100% Хе, 0-100% F2 )) диффузии активных частиц на время развития импульса.
Установлен механизм влияния диссоциативного прилипания и процессов Хорнбека-Молнара в смесях Хе + F2, Аг + F2 на послесвечение импульсного разряда.
Кинетическая модель процесса генерации и распространения фотонов в сцинтиллирующем слое толщины /=0,05-0,5 м и для случая использования покрытия, части боковой поверхности, с коэффициентом диффузного отражения света />=0,9; 0,95.

Достоверность результатов обеспечивалась анализом величин ошибок экспериментальных методик, согласием экспериментальных результатов независимых методик, совместным применением теоретических, численных и экспериментальных исследований, высокоточной аппаратурой, тщательно отработанной методикой и широкой апробацией

работы на многочисленных конференциях.

Практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы в качестве исходных для дальнейших исследований в области изучения процессов в стационарной им распадающейся плазме в смесях тяжелых инертных газов с молекулярными электроотрицательными добавками, а также при оптимизации процессов и построении математических моделей плазмы различного состава. Результаты работы могут быть полезны при разработке газовых и плазменных лазеров, а также для создания детекторов заряженных частиц с большой толщиной и повышенной эффективной площадью сцинтил-ляционного слоя.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на на итоговой научной конференции Ивановского государственного университета «Молекулярная физика неравновесных систем» (Иваново, 1997), 1-ой Международной научно-технической конференции «Экология человека и природы» (Иваново, 1997), на итоговой научной конференции Ивановского государственного университета «Молекулярная физика неравновесных систем» (Иваново, 1998), на IX Международном симпозиуме «Тонкие пленки в электронике» (Иваново,1998), на юбилейной научной конференции Ивановского государственного университета «25 лет ИвГУ» (Иваново, 1998), на I Всероссийской научной конференции «Молекулярная физика неравновесных систем» (Иваново, 1999), а также на ежегодных научно-технических конференциях ИвГУ в 1997-1998 годах. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работы, в том числе 2 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации 156 страниц, рисунков — 62, таблиц — 8. Библиография включает 138 наименований.

Исследование спектральных характеристик инертных газов в смеси с галогенами

Плазма, нагретая до достаточно высокой температуры, оказывается очень интенсивным источником излучения. Основной причиной испускания плазмой лучистой энергии являются различные виды столкновения между ее частицами. При всяком изменении скорости движения заряженные частицы излучают электромагнитные волны.

Газовые разряды излучают электромагнитные волны в диапазоне от инфракрасного излучения до жесткого ультрафиолетового излучения. Все типы излучений плазмы имеют одинаковую природу и отличаются друг от друга только по частоте и длине волны. По характеру механизма испускания лучистой энергии плазмой различают три типа излучения: дискретное (линейчатое), рекомбинацион-ное и тормозное.

Спектр излучения возбужденных атомов и ионов является линейча-тым. Он состоит из ряда линий, которые соответствуют различным состоянием возбужденных атомов и ионов плазмы. Каждая из спектральных линий возникает в результате перехода в атоме с одного энергетического уровня на другой [17]. С возрастанием температуры электронов спектр линейчатого излучения плазмы претерпевает изменения. При низкой электронной температуре плазмы нейтральные атомы, имеющиеся в плазме, теряют внешний, слабо связанный с ядром электрон. С повышением электронной температуры Те начинается отрыв от электронной оболочки атомов более прочно связанных с ядром электронов. Это приводит к увеличению среднего значения заряда положительных ионов. Вместе с тем растет и энергия возбуждения ионов. В результате наблюдается сдвиг линейчатого спектра в сторону ультрафиолетового диапазона. Испускание электромагнитного излучения возбужденными атомами и ионами плазмы при не очень высокой электронной температуре Те [18], порядка нескольких электрон-вольт, является одной из главных причин утечки энергии из плазмы [19].

Рекомбинационное излучение наблюдается при захвате электрона ионом. В процессе захвата освобождается энергия, равная сумме кинетической энергии свободного электрона и той энергии, которая была затрачена на отрыв электрона при ионизации. Так как свободные электроны имеют непрерывно меняющиеся значения энергии, то излучаемые в процессе рекомбинации фотоны образуют сплошной спектр. На этот спектр накладывается линейчатый спектр возбужденных атомов.

Тормозное излучение возникает при движении свободного электрона в электрическом поле положительного нона происходит изменение модуля и направления его скорости. Резкое изменение скорости заряженной частицы приводит к возникновению электромагнитного излучения. Энергия этого излучения заимствуется из кинетической энергии заряженной частицы. Это означает, что в результате столкновения электрона с тяжелым ионом или атомом может потерять часть своей энергии, которая переходит в энергию излучения. При этом электрон остается свободным [20].

Протекание химической реакции во много раз усложняет анализ процессов, происходящих в плазме. Это связано с необходимостью учета большого количества промежуточных и конечных продуктов, которые существенно влияют на свойства плазмы. Известно [22], что химическая реакция является источником возмущения исходного Максвелл-Больцмановского распределения системы. В связи с указанной трудностью в литературе отсутствует какой-либо полный перечень работ, посвященный данной теме, сведения носят противоречивый характер.

В работе [23] исследовалось возбуждение ионов иода в смеси гелий-иод. На рис. 1.1 приведены зависимости относительных интенсивностей линий Не 504,7 нм; Л 511,9 нм; JII 567,8 нм от параметров разряда. Оптимальные условия возбуждения линии 567,8 нм совпадают с условиями генерации с уровней 6Р (3Di, 31). Спад интенсивности линии гелия с увеличением концентрации иода связан с уменьшением электронной температуры при примесях паров с низким потенциалом ионизации. При уменьшении давления Не от 11 до 1 торр интенсивность линии 504,7 нм в чистом гелии монотонно возрастает, тогда как присутствие иода дает максимум совпадении с максимумом линии JII. Рост интенсивности линии атомарного иода с уменьшением давления Не связан в первую очередь с увеличением диффузии иода из охлажденного отростка установки.

В работе [24] исследовались спектральные характеристики и электрические параметры низкотемпературной плазмы в смесях Ne + F2 и Не + F2- Установлена связь интенсивности линий и полос в видимой области спектра положительного столба разряда, в Не, Ne, F2 и в смесях Не + F2 и Ne + F2 с условиями возбуждения и горения разряда. На рис. 1.2 представлена зависимость линии и полос от тока и давления газа. С ростом разрядного тока значение интенсивностей переходов (35 1/2] — Зр[1/2] А = 5852,49 Адля Ne; 2sS — ЗрР0 А = 5015,68 Адля Не; С1Т,+ — Х211; А2П2 — Х211 для F2) увеличиваются почти линейно. Такое изменение согласуется с представлением о возбуждении уровней атомов и молекул электронным ударом в слабой зависимости ФРЭЭ от тока разряда [25]. Следовательно, скорости процессов

Блок-схема экспериментальной установки по измерению второй производной вольтамперной характеристики

Всего известно три типа /3-распада нестабильных ядер: излучение электрона, излучение позитрона и захват атомного электрона. Чем больше энергия, выделяемая при /3-распаде, тем меньше период полураспада. Для получения частиц высоких энергий широко применяются ускорители заряженных частиц. Существует много способов классификации ускорителей: по способу ускорения (постоянным или ВЧ-полем), по траектории движения частицы в процессе ускорения (линейные или циклические), по типу ускоряемых частиц (протонный или электронный), по методу удержания частиц на нужной траектории (ускоритель с жесткой или слабой фокусировкой) и т. д.

Гамма-излучение возникает при переходах между различными энергетическими уровнями ядер. Ядро может возбуждаться различными путями: в цепочках радиоактивных распадов, в результате различных ядерных реакций, кулоновским полем пролетающей заряженной частицы. Практически во всех случаях спектр 7-излучения дискретен, а энергии 7-излучения лежат в диапазоне от нескольких килоэлектронвольт до 10-20 МэВ. Кроме 7-излучения, образующегося при изменении внутреннего состояния ядра, коротковолновое электромагнитное излучение Космические лучи — элементарные частицы и атомные ядра высоких энергий космического происхождения. К космическим лучам также относят частицы, рожденные в атмосфере Земли первичными космическими лучами в результате взаимодействий с ядрами атомов воздуха. Наблюдаются космические лучи с энергиями на одну частицу от 106 до 1020 эВ.

Основная доля падающих на границу атмосферы космических лучей имеет галлактическое происхождение. Источниками этих частиц являются сверхновые и их остатки (включая нейтронные звезды) [33]. Часть космических лучей (в основном с энергиями 106-109 эВ) приходит к Земле от Солнца. Солнечные космические лучи ускоряются во время сильных хромосферных вспышек и других активных процессов на Солнце [33]. Частицы самых высоких наблюдаемых энергий (Е 1017 4- 1019 эВ), возможно, имеют внегалактическое происхождение. Они ускоряются в активных галактиках. Источником электронов с энергиями Е 3 107 эВ в межпланетной среде является магнитосфера Юпитера [33].

Слой атмосферного воздуха для падающих из космоса быстрых частиц эквивалентен примерно 13 ядерным пробегам и 27 радиационным длинам, поэтому первичные космические лучи достаточно высокой энергии вызывают разветвленную цепь взаимодействий. Возникающие при этом 7г±-мезоны и частично А»-мезоны при распаде порождают мюо-ны и нейтрино — так называемую проникающую компоненту вторичных космических лучей. (Мюоны при энергиях менее 1012 эВ теряют энергию в основном на ионизацию вещества, их пробег примерно пропорционален энергии и достигает 1 км в грунте. Мюоны большей энергии поглощаются по экспоненциальному закону и проникают в грунт на глубину 3-2 км.) Неуспевающие распасться пионы наряду с нуклонами продолжают каскад взаимодействий до энергай частиц порядка 109 эВ (так называемая ядерно-активная вторичная компонента космических лучей). Распад 7г — 27 приводит к образованию электронно-фотонного ливня — электронно-фотонной вторичной компоненты космических лучей (фотоны выбивают атомные электроны и порождают пары е+е , радиационное торможение и аннигиляция которых вновь приводит к образованию фотонов) [33].

Состояние плазмы после окончания импульса называется послесвечением. В ней отсутствует прямое электронное возбуждение и ионизация, т. к. после прекращения импульса, электроны (за t Ю-6 с) теряют свою энергию в столкновениях с нейтральными атомами и остывают до температур порядка температуры атомов. Затем происходит медленное уменьшение Те и пе за t Ю-3 с. Распад плазмы сопровождается оптическим излучением. Девозбуждение и деионизация плазмы происходит в результате различных процессов столкновений между электронами, ионами, возбужденными и нейтральными атомами и молекулами.

При значениях давления газа р и радиуса разрядной трубки R (pR 100 Па-см) процесс деионизации плазмы можно четко разделить на две стадии. На первой стадии происходит быстрое остывание электронов до температуры порядка температуры атомов газа Та. Процесс остывания протекает за время порядка та — -, где S — доля энергии теряемая при столкновении, a i/a — частота столкновения электронов с атомами. За время та концентрация электронов и мета-стабильных атомов существенно не меняется. На второй стадии происходит диффузия и рекомбинация заряженных частиц и дезактивация метастабильных атомов. Эти процессы протекают за время значительно большее, чем та. Основное количество электронов на этой стадии сосредоточено в области энергий от нуля до нескольких десятых долей электрон-вольта. Из-за сильного межэлектронного взаимодействия у электронов в этой области энергий устанавливается максвелловское распределение с некоторой температурой Те. Значение Те может быть больше, чем Та, т. к. в плазме протекает ряд процессов, приводящих к появлению быстрых электронов и, как следствие, к разогреванию электронного газа. Число максвелловских электронов при энергии є кТе весьма мало, поэтому наличие источников быстрых электронов в этой области энергий может привести к существенному отклонению функции распределения от максвелловской: число электронов в этой области может быть гораздо больше, чем при максвелловском распределении с температурой медленных электронов Та [46].

Изменение концентрации частиц в плазме послесвечения импульса

К процессам, в результате которых появляются быстрые электроны, можно отнести следующие: 1. ассоциативная ионизация (Хе + Хе — Хе , + е к = 1СГ9 см3/с [47]); 2. ударно-радиационная рекомбинация. Возникший в плазме быстрый электрон может отдать свою энергию по нескольким каналам: а) при взаимодействии с медленными электронами плазмы; б) при столкновении с атомами и ионами газа; в) при рекомбинации на стенках трубки и в объеме. Конкуренция между этими каналами приводит к тому, что эффективная энергия эфф, вносимая быстрыми электронами с энергией є в систему медленных электронов, может принимать любые значения от О до є [34]. В работе [35] экспериментально исследован процесс рекомбинации в распадающейся ксеноновой плазме при средних давлениях. Начальная плотность электронов изменялась в пределах 1012-т-1014 см-3. Показано, что увеличение скорости рекомбинации с давлением связано с диссоциативным механизмом.

Исследование рекомбинации в ксеноне представляет особый интерес, так как этот элемент является наименее исследованным, а величина скорости рекомбинации в нем достигает максимального значения по сравнению с другими инертными газами. Интересной особенностью распадающейся плазмы инертных газов является наличие в их послесвечении двухатомных молекулярных ионов. Механизм образования этих ионов связывается в основном с конверсией атомных ионов по трех-тельной схеме А+ + А + А — А + А [5]. Здесь А+ и А 2″ — атомный и молекулярный ионы, А — нейтральный атом.

Скорость этого процесса для ксенона достаточно велика и составляет примерно 1,8- 10 31 см6/с-1 [47]. При такой скорости конверсии молекулярные ионы доминируют в послесвечении при давлениях, больших нескольких торр, а при давлениях меньших одного тора в послесвечении ксенона присутствуют в основном атомарные ионы.

В работе [35] была исследована рекомбинация в распадающейся плазме ксенона, в переходной области давлений. Измерения проводит -лись в разрядной трубке диаметром 35 мм и длиной 400 мм. Давление ксенона изменялось от 0,2 до 10 торр. Длительность импульсов, возбуждающих разряд в трубке, составляла 40 мке, а частота их следования 50 Гц. Длительность заднего фронта импульсов составляла Ю-7 с. Величина начальной концентрации электронов изменялась от 1012 до 1014 см-3. Спад плотности электронов в послесвечении прослеживался на четыре порядка, при этом диапазон времени измерений дости гал 18 — 20 мс. Наиболее типичные зависимости для разных давлений представлены на рис. 1.5. Нулевой момент времени здесь соответствует прерыванию импульса тока, протекающего через разрядную трубку. Из кривых видно, что величина начальной плотности заряженных частиц увеличивается с постом давления ксенона. При этом одновременно и увеличивается скорость спада концентрации электронов во времени. Каждую кривую можно условно разбить на три области, отличающиеся друг от друга скоростью спада электронной плотности во времени.

Первая область затрагивает период раннего, здесь наблюдается наименьшая скорость изменения плотности электронов. Затем отчетливо видна переходная область, в которой скорость спада плотности электронов во времени резко изменяет свою величину и переходит в третью область. Здесь убыль заряженных частиц происходит по закону, близкому к экспоненте. Существование рассмотренных областей изменения концентрации электронов во времени подтверждается спектроскопическими измерениями. На рис. 1.6 представлено изменение относительной интенсивности линии ксенона 483,0 нм в послесвечении. Видно, что скорость изменения интенсивности этой линии резко меняется, поведение «излома» с давлением в точности совпадает с моментом изменения скорости спада концентрации электронов в послесвечении. Такое изменение концентрации заряженных частиц связано с процессом их образования в результате неупругих взаимодействий метастабильных атомов друг с другом. Однако экспериментальная оценка максимальной концентрации метастабильных атомов ксенона, показала, что влиянием подобного процесса объяснить начальную стадию изменения концентрации электронов во времени нельзя. Другой причиной, замедляющей скорость спада электронной концентрации, может быть высокая температура электронов, препятствующая развитию рекомбинационного процесса в начальной стадии послесвечения.

Медленное остывание электронов в ксеноне связано с эффектом Рам-зауэра — уменьшением сечения упругого рассеяния в области энергий около 1 эВ. Здесь оно почти на два порядка меньше.1 по сравнению с его На рис. 1.7 представлена зависимость области с пологим спадом концентрации электронов от давления ксенона в разрядной трубке. Видно, что время остывания электронов уменьшается с ростом давления ксенона.

Дальнейшее увеличение скорости убыли электронной концентрации связаны с уменьшением температуры электронов, и как следствием этого, ростом скорости рекомбинации. Изменение температуры электронов в этой области может привести к увеличению скорости образования молекулярных ионов в реакции А+ -f А + А — A J + А.

Соответствие экспериментальных и модельных результатов

Приведем некоторые результаты работ [69] в этой области. На рис. 1.10 нанесены наблюдаемые кривые затухания электронной в режиме послесвечения разряда в зависимости от времени для различных давлений паров иода. Исходное значение скорости затухания было порядка 108 см3/с. Как видно из графиков, с ростом давления паров наблюдается повышение скорости затухания электронной концентрации в разряде. Если предположить, что единственным процессом убыли электронов является двухчастичное прилипание их к молекулам, то зависимость частоты прилипания от давления паров иода должно по рис. 1.10 представлять собой прямую линию с углом наклона 45. На рис. 1.11 видно, что данное предположение очень хорошо выполняется в исследованном диапазоне давлений и лишь при наиболее низких давлениях паров иода, около Ю-3 торр наблюдаются небольшие отклонения от прямой, которая выходит за рамки оцениваемой погрешности измерений в 5%.

В работе [2] исследовался состав плазмы импульсного разряда в смеси аргона и ксенона с фтором. Было установлено низкое значение концентрации электронов пе п+, п по сравнению с плазмой благородных газов. Характерное время процесса диссоциативного прилипания та Ю-8 с, частота va 108 с-1 и константа скорости в послесвечении ка = VU/NY2 1,1 Ю-9 см3-с-1, что свидетельствует о Те 1 эВ. Во фторсодержащей плазме процессы Аг(3Р2,о) + Аг(3Р2,о) — Аг+(2Р3/2) + AifSo) + е, Ar(3P2,0) + AifP2i0) -» Ar2+(X2E,z/) + е, под-держивают пе<тп) с± const в интервале тп 2 Ю-8 — 6 10 6 с. Зависимости пе(тп) свидетельствуют о наличие двух фаз послесвечения с переходным временем Т, определяемым соотношением (2-я фаза с пео = 0), T

Восстановлением называют процесс постепенного снижения вносимых потерь после прекращения импульса разряда. Этот процесс происходит автоматически в результате устранения электронов из разрядных зазоров разрядников при диффузии, рекомбинации или захвате молекулами электроотрицательных газов. Увеличению скорости восстановления разрядников обычно придается большое значение, поскольку от нее зависит «мертвая зона» РЛС, т. е. тот минимальный радиус действия, в пределах которого обеспечивается нормальная работа системы.

Скорость восстановления разрядника характеризуют временем восстановления — промежутком времени, отсчитываемым от конца импульса разряда, в течение которого потери, вносимые разрядником, снижаются до некоторого заданного уровня (обычно это 3 или 6 дБ относительно уровня сигнала, проходящего в приемник при полностью восстановившемся АП).

Широко распространена ошибка, заключающаяся в попытке однозначно связать наблюдаемое изменение времени восстановления разрядника с изменением скорости распада плазмы [70, 71] (деэлектро-низации разрядных промежутков). При этом упускают из виду, что время восстановления — очень сложный по своему содержанию параметр, определяемый также и тем воздействием, которое плазма с данной концентрацией оказывает на высокочастотный сигнал.

Поясним это следующим примером. Предположим, что в разрядной трубке, помещенной в центре прямоугольного волновода (в области максимального электрического поля) внешним источником создана начальна концентрация электронов щ. При распаде плазмы, определяемом давлением газа и граничными условиями на стенках трубки, ослабление высокочастотного сигнала уменьшается по некоторому закону, который представим кривой 1 на рис. 1.12. Если затем переместим ту же трубку в область более слабого поля, например ближе к узкой стенке волновода, то ослабление сигнала при той же начальной концентрации по уменьшится, и кривая изменения ослабления во времени окажется ниже (кривая 2 рис. 1.12). Из рисунка видно, что время восстановления, отсчитываемое по уровню ослабления L\), в этом случае уменьшилось, хотя скорость распада плазмы и осталась без изменения. К аналогичным последствиям привело бы уменьшение толщины слоя плазмы, перекрывающего поперечное сечение волновода. На практике поэтому могут наблюдаться даже такие случаи, когда из двух разрядников большее время восстановления оказывается у того, распад плазмы в котором происходит быстрее. Таким образом, теория восстановления разрядника не ограничивается изучением вопросов деэлектро-низации, но включает также некоторые вопросы воздействия плазмы на распространение сигнала [72].

Развитие метода высокотемпературной масс-спектрометрии для исследования ионно-молекулярных равновесий и реакций с участием атомарного и молекулярного фтора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, доктор химических наук Чилингаров, Норберт Суренович

Оглавление диссертации доктор химических наук Чилингаров, Норберт Суренович

II. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

II. 1. НЕКОТОРЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ХИМИИ АТОМАРНОГО ФТОРА.

II. 1.1. Основные способы генерации атомов фтора и их применение в экспериментальных исследованиях.

II. 1.2. Гетерогенное фторирование твёрдых материалов атомарным фтором.

11.2. ВЫДЕЛЕНИЕ ФТОРА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ РАЗЛОЖЕНИИ ТВЁРДЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ФТОРИДОВ (ТЕРМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ФТОРА).

11.3. ФТОРПРОИЗВОДНЫЕ [60]ФУЛЛЕРЕНА: МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА.

11.4. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ.

11.4.1. Эффузионный метод Кнудсена.

11.4.2. Эффузионный метод Кнудсена с масс-спектральным анализом продуктов испарения (метод KC-MS).

11.4.2.1. Основы метода KC-MS. Аппаратурное оформление эксперимента.

11.4.2.2. Гетерогенный источник молекулярного пучка.

11.4.3. Исследование ионно-молекулярных равновесий в высокотемпературной масс-спектрометрии (метод ИМР).

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1АЯ ЧАСТЬ.

III. 1. УСТАНОВКА «ГЕНЕРАТОР АТОМАРНОГО ФТОРА — РЕАКТОР» ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ГЕТЕРОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ ФТОРИРОВАНИЯ АТОМАРНЫМ ФТОРОМ.

III. 1.1. Термическая генерация атомарного фтора в условиях масс-спектрального эксперимента.

ВЫВОДЫ к разделу III. 1.1.

III. 1.2. Установка «генератор атомарного фтора — реактор».

III. 1.2.1. Конструкция установки «генератор атомарного фтора — реактор».

III. 1.2.2. Отработка методики применения установки «генератор атомарного фтора реактор».

ВЫВОДЫ к разделу III. 1.2.2.

III. 1.2.3. Поиск в газовой фазе молекул C0F4 с использованием установки «генератор атомарного фтора — реактор».

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ, представленных в разделе III. 1.2.3.

111.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ФТОРИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

111.2.1. Тетрафторид тербия.

111.2.2. Гексафторникелат калия.

111.2.3. Трифторид кобальта.

111.2.3.1. Сублимация грифторида кобальта.

111.2.3.2. Атомарный фтор в насыщенном паре трифторида кобальта.

111.2.4. Трифторид железа.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ, представленных в разделе III.2.

111.3. ГАЗООБРАЗНЫЕ ТЕТРАФТОРИДЫ МЕТАЛЛОВ ПЕРВОГО ПЕРЕХОДНОГО РЯДА (Mn, Со, Fe) В РЕАКЦИЯХ ТВЕРДОФАЗНОГО ФТОРИРОВАНИЯ.

111.3.1. Тетрафторид марганца.

111.3.2. Тетрафторид кобальта.

111.3.3. Тетрафторид железа.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ, представленных в разделе III.3. III.4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ ФТОРИРОВАНИЯ [60]ФУЛЛЕРЕНА МОЛЕКУЛЯРНЫМ ФТОРОМ.

111.4.1. Результаты некоторых предварительных экспериментов по фторированию Сбо молекулярным фтором.

111.4.2. Фторирование Сбо(тв.) в матрице МпКг(тв.).

111.4.3. Фторирование Сбо(тв.) в матрице МпЬ’.з(тв.).

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ, представленных в разделах III.4.2. и III.4.3.

III.5. КОМБИНИРОВАННЫЙ ИОННЫЙ ИСТОЧНИК ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ РАВНОВЕСИЙ.

111.5.1. Конструкция комбинированного ионного источника.

111.5.2. Определение энтальпий реакций присоединения F к MeF3 (Me = Mn, Fe, Со, Rh и Аи).

111.5.3. Определение абсолютных давлений термоионов.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ, представленных в разделе III.5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие метода высокотемпературной масс-спектрометрии для исследования ионно-молекулярных равновесий и реакций с участием атомарного и молекулярного фтора»

За последние десятилетия в химии фтора и неорганических фторидов был накоплен значительный экспериментальный материал, позволяющий сформулировать ряд задач, решение которых может быть найдено в рамках высокотемпературной масс-спектрометрии (КС-MS). В настоящей работе выделено три такие задачи. Первая связана с изучением свойств высших фторидов переходных металлов (ВФГТМ). Среди этой группы соединений особый интерес вызывают газообразные тетрафториды марганца, кобальта и железа. Пожалуй, только тетрафторид марганца является наиболее изученным, хотя и для этого соединения некоторые свойства (например, молекулярные параметры) остаются неизвестными. Ещё менее известны свойства тетрафторидов кобальта и железа: первый удалось получить только в смеси с трифторидом кобальта (основной компонент), a FeF4 вообще не был синтезирован до настоящего времени. Из сказанного ясно, что основным препятствием для экспериментального изучения свойств этих фторидов является отсутствие надёжных методов синтеза. Практика показывает, что наиболее перспективным было бы изыскание такого способа синтеза in situ, который, во-первых, обеспечивает достижение сравнительно высоких концентраций ВФПМ и, во-вторых, достаточно легко совместим с условиями эксплуатации экспериментальной установки (например, масс-спектрометра).

Рассматривалось два основных подхода для получения высших фторидов в условиях масс-спектрального опыта. Первый заключался в использовании известной методики напуска фторагента в эффузионную ячейку (реактор) (т.н. «гетерогенный источник молекулярного пучка»). При этом, с учётом термодинамической неустойчивости рассматриваемых объектов, предполагалось использовать атомарный фтор в качестве фторагента. Из этого следует, что сначала необходимо было определить условия генерации атомарного фтора в концентрациях, достаточных для получения интересующих нас фторидов, и затем оптимальные условия синтеза самих соединений. Была разработана установка, позволяющая в рамах масс-спектрального эксперимента осуществлять генерацию атомарного фтора и получать высшие фториды кобальта и платины.

Второй методический подход заключался в поиске твёрдых фторагентов, использование которых в реакции твердофазного фторирования приводит к образованию искомых соединений. Такой поиск включал изучение термических свойств ряда фторидов переходных и редкоземельных металлов, а именно: определение парциального давления фтора при их термическом разложении. Были выбраны наиболее известные в лабораторной практике твёрдые фторагенты и после оптимизации методики подготовки и проведения опыта были промерены парциальные давления атомарного и молекулярного фтора при их термолизе.

После решения этих задач появилась возможность выбора оптимального способа получения интересующих нас соединений. Дальнейшие исследования предполагалось проводить с использованием двух методик фторирования: использование установки «генератор атомарного фтора — реактор» или твёрдых фторагентов.

В отношении высших фторидов переходных металлов наиболее продуктивной оказалась методика твердофазного фторирования. Именно с использованием этого подхода удалось исследовать свойства молекул ряда высших фторидов. Что же касается методики фторирования атомарным фтором, то, как нам представляется, этот подход может быть использован для экспериментального определения констант равновесия для реакций с участием высших фторидов.

Вторая задача тесно связана с проблемой селективного синтеза фтор-производных [60]фуллерена. В настоящее время найдены условия селективного образования в макроколичествах только трёх фторпроизводных — Сбор!8> СбоРзб и Сбор48- Причём два первых фторида были получены в результате твердофазного синтеза, а фторид С6оР48 — фторированием Сбо(тв) молекулярным фтором в режиме, близком к предельному (часть фуллерена сгорала во фторе). Нами была поставлена задача: найти условия селективного образования фторпроизвод-ных в реакции фторирования Сбо(тв) молекулярным фтором. Поиск решения проводился в исследованиях состава газообразных продуктов фторирования [60]фуллерена молекулярным фтором в матрицах из фторидов переходных металлов. Предполагалось направить реакцию по такому маршруту, в котором переход от условий селективного образования одного фторида к селективному образованию другого осуществляется изменением основных параметров процесса (температуры, продолжительности фторирования, состава матрицы и уровня напуска). Очевидно, что при успешном решении этой задачи реализуется возможность получения различных фторпроизводных с помощью одного фторагента — молекулярного фтора. Экспериментальные исследования в этом направлении показали, что селективность обнаруживается при использовании в качестве матрицы фторидов марганца.

И, наконец, третья задача заключается в определении таких важнейших термохимических свойств высших фторидов, как сродство к электрону (ЕА) и сродство к фтор-аниону. Как показали результаты оценочных расчётов, а также некоторых экспериментальных исследований, величина ЕА высших фторидов переходных металлов намного превосходит сродство к электрону атома фтора (3,45эВ). Развитый в рамках КС-MS метод ионно-молекулярных равновесий (ИМР) позволяет исследовать состав заряженной составляющей насыщенного пара неорганических соединений. Однако применение этого метода для исследования равновесий с участием высших фторидов переходных металлов и соответствующих отрицательных ионов ограничивается тем, что использовавшийся на раннем этапе развития метода ионный источник усовершенствовался только для измерения термоионов. Между тем, совершенно очевидно, что предполагаемый способ генерации высших фторидов (синтез in situ) фактически исключает какую-либо возможность расчёта парциальных давлений нейтральных участников ИМР. Единственным решением этой проблемы является модернизация имеющегося варианта ионного источника, а именно: в ходе исследования ИМР с участием высших фторидов переходных металлов должна быть предусмотрена возможность измерения парциальных давлений как нейтральных соединений, так и термоионов. Актуальность такого решения важна ещё и потому, что ряд фторидов переходных металлов (например, трифториды марганца, кобальта и железа) разлагаются при нагревании, причём эта проблема далеко не всегда может быть решена изменением условий испарения. Очевидно, что и в этом случае парциальное давление фторида может быть определено только в опыте. Экспериментальные исследования были проведены с использованием комбинированного источника ионов, специально разработанного для измерения констант равновесия ионно-молекулярных реакций. Некоторое усовершенствование этого источника позволило экспериментально определить абсолютные концентрации термоионов в газовой фазе.

Цели работы. Общая цель настоящей работы заключалась в усовершенствовании имеющихся в КС-MS методических подходов по двум основным направлениям:

I. Разработка конструкции комбинированного источника ионов для экспериментального измерения констант равновесий ионно-молекулярных реакций с участием положительных и отрицательных ионов и для определения абсолютных давлений ионов;

II. Синтез in situ и исследование ВФПМ и фторпроизводных [60]фуллерена. Продвижение в этом направлении включало решение следующих задач: Разработка установки «генератор атомарного фтора — реактор», позволяющей проводить реакции фторирования с участием атомарного фтора в рамках высокотемпературного масс-спектрапьного эксперимента. Поиск оптимальных условий синтеза ВФПМ;

Исследование термического разложения некоторых фторидов переходных и редкоземельных металлов, как возможных химических источников атомарного фтора. Синтез in situ ВФПМ с помощью этих фторагентов;

Разработка установки для определения оптимальных условий селективного фторирования молекулярным фтором [60]фуллерена, находящегося в матрице из фторидов переходных металлов в низших степенях окисления.

Научная новизна выносимых на защиту результатов состоит в следующем:

I. Впервые разработан комбинированный ионный источник для исследования состава нейтральной и заряженной компонент насыщенного пара неорганических соединений. Источник позволяет экспериментально определять константы ионно-молекулярных равновесий и абсолютные парциальные давления ионов. С помощью этой аппаратуры определены энтальпии присоединения фтор-аниона к молекулам MnF3, FeF3, c0f3, RhF3, AuF3, а также абсолютные давления ионов в насыщенном паре системы NaF-AlF3(15 мол. %).

II. Впервые создана установка, представляющая собой сочетание термического генератора атомарного фтора, реактора и масс-спектрометра.

1) Определены оптимальные условия для гетерогенной термической диссоциации F2 на никелевой поверхности.

2) Реализованы условия, при которых возможно создание в низкотемпературной реакционной зоне концентраций атомарного фтора, достаточных для образования неустойчивых ВФПМ.

3) Исследованы реакции фторирования атомарным фтором CoF2(tb.), Pt(MeT.) и системы CoF2(TB.)-Pt(MeT.). Найдены условия образования фторидов CoF4 и PtF6.

III. Впервые установлено, что при термическом разложении ряда фторидов переходных и редкоземельных металлов (твёрдых фторагентов) происходит выделение атомарного фтора. При этом концентрация молекулярного фтора оказывается существенно ниже, чем в условиях равновесия F2 = 2F. Таким образом, в реакциях твердофазного синтеза с участием этих соединений окислителем является атомарный фтор; это позволяет получать измеримые концентрации ВФПМ, как и при использовании термического генератора атомарного фтора.

IV. Впервые показана возможность достижения селективности при фторировании [60]фуллерена молекулярным фтором в матрице из фторидов переходных металлов. Найдены оптимальные условия селективного образования фторидов СбоР|8, С60Р36 и смесей фторидов Сбо с более высоким (>36) числом атомов фтора в молекуле.

Научная и практическая значимость работы. Разработанная конструкция комбинированного ионного источника активно используется в настоящее время для определения энергий ионизации и сродства к электрону широкого круга соединений. С помощью этой установки определены величины сродства к электрону высших фторидов металлов 1-го, 2-го и 3-го переходного ряда; высших фуллеренов от С7о до Сюб и их некоторых производных. Реализована возможность экспериментального определения давлений положительных и отрицательных ионов в насыщенном паре неорганических соединений и систем на их основе.

Разработанная установка «генератор атомарного фтора — реактор» позволяет проводить масс-спектральный контроль газообразных продуктов реакции и может быть использована для исследования гетерогенных процессов фторирования с участием атомарного фтора.

Установлена роль атомарного фтора в реакциях твердофазного фторирования с участием фторидов переходных и редкоземельных металлов в высших степенях окисления. Реализованный в рамках работы твердофазный синтез ряда ВФПМ и последующее использование этой методики синтеза для определения некоторых физических свойств молекул ВФПМ могут применяться для исследования ещё неизвестных и уточнения ранее обнаруженных свойств этих соединений.

Предложен метод селективного фторирования [60]фуллерена молекулярным фтором. Селективность по CöoFis и C6oF36 достигается при условии, что фуллерен находится в матрице из фторидов переходных металлов.

Апробация работы. Результаты работ докладывались на Международных, Всесоюзных и Российских научных конференциях и симпозиумах по калориметрии и химической термодинамике, химии фторидов, масс-спектрометрии, а также на Международных конференциях по высокотемпературным материалам и по фуллеренам: Electrochemical Society Meetings (США, Канада), Biennial International Workshop in Russia «Fullerenes and Atomic Clusters» (Россия).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 работ, из них: 32 статьи в ведущих отечественных и зарубежных журналах и сборниках, 32 тезиса докладов и 1 авторское свидетельство.

II. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

II.1. НЕКОТОРЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ХИМИИ АТОМАРНОГО ФТОРА

Фтор относится к группе галогенов и выделяется высокой химической активностью: он является окислителем в реакциях с остальными галогенами. Исключение составляют лёгкие инертные газы Не, Ne и Аг. Химические свойства фтора подробно изложены в монографиях, обзорах и руководствах по препаративному синтезу [1 — 3].

Между тем, с середины 60-х гг. в химии всё более чётко обозначилась тенденция к исследованию реакций с участием атомов и радикалов. Преимущества перехода к химии атомных состояний очевидны: химические процессы с участием атомов, как правило, имеют низкую энергию активации и характеризуются высоким выходом продукта [4]. Эти особенности приобретают первостепенное значение для реакций с участием атомарного фтора, поскольку позволяют проводить их при сравнительно низких температурах и, таким образом, минимизировать разложение неустойчивых продуктов, а также отрицательное воздействие агрессивной среды на аппаратуру.

Энтальпия реакции диссоциации фтора, F2 = 2F, составляет 158,76 кДж/моль (Т=298 К) [5]. Эта величина заметно ниже энтальпий диссоциации хлора и брома, 239 и 190 кДж/моль. В таблице 1 представлены величины степени диссоциации молекулярного фтора, a(F2)=P(F)/[P(F)+0,5P(F2)], а также равновесное парциальное давление атомарного фтора, P(F), в смеси F2 и F при температурах 300-1000 К и общем давлении смеси 10″5, 10″3 и 1 атм.

Как видно, a(F2) снижается с увеличением давления (при T=const) и возрастает с ростом температуры. Кроме того, от большинства двухатомных молекул фтор отличается довольно низкой энергией активации процесса диссоциации, 146 кДж/моль [6]. Таким образом, при использовании элементарного фтора для фторирования при Т>700 К необходимо учитывать

Таблица 1. Степени диссоциации молекулярного фтора в условиях равновесия Б 2=2Р

Р(общ.) 10″5 атм 10″3 атм 1 атм т,к

300 9,40х10″9 9,40×10″‘° 2,97×10″

400 2,77х10″5 2,77х10″6 8,75×10″8

500 3,45×10″3 3,46×10″4 1,09×10″5

600 8,29х10″2 8,78х10″3 2,79х10″4

700 5,31×10′ 8,47х10″2 2,86х10″3

800 9,39×10″‘ 3,73×10″‘ 1,63×10″2

900 9,95×10″‘ 7,71×10″‘ 6,19×10″2

1000 9,99×10″‘ 9,54×10″‘ 1,70×10″‘ образование в реакционной системе атомарного фтора, который может существенно влиять на маршрут реакции и состав продуктов.

Исследования химических процессов с участием атомарного фтора начались с 50-х гг. За это время накоплен обширный материал, который периодически систематизировался [6, 7]. Для нас представляет интерес более подробно остановиться только на некоторых основных результатах исследований, которые можно достаточно условно сгруппировать в следующие два раздела:

1) Основные способы генерации атомов фтора и их применение в экспериментальных исследованиях;

2) Гетерогенное фторирование твёрдых материалов атомарным фтором.

П.1.1. Основные способы генерации атомов фтора и их применение в экспериментальных исследованиях

Для разрыва сравнительно слабой связи в молекуле Р2 могут быть использованы различные источники энергии [6]. Различают следующие методы получения атомов фтора: (1) термическая диссоциация молекул Р2 и фторидов; (2) диссоциация молекул Р2 и фторидов в электрическом разряде; (3) фотодиссоциация молекул Р2 и фторидов; (4) диссоциация молекул Р2 и фторидов под действием пучка электронов; (5) химические реакции. Первые три способа генерации атомов Р наиболее распространены, поэтому рассмотрим их более подробно.

1.1.) Термическая диссоциация молекул Р2 и фторидов

Гомогенная (газофазная) диссоциация фтора протекает по бимолекулярному механизму: р2+М = р+р+М (1) Экспериментально определены константы скорости этого процесса для М=Аг, Р2 в интервале температур 1400-2600 К. Поскольку температура газофазной смеси поддерживается достаточно высокой для достижения практически единичной степени диссоциации молекул Р2, этот вариант термической диссоциации используется главным образом для изучения высокотемпературных процессов с участием атомов Р. Фториды с меньшей, чем у Р2, энергией отрыва атома И диссоциируют при существенно более низкой температуре. Так, газофазная диссоциация дифторида криптона с образованием атомарного фтора протекает в интервале температур 373-573 К, а диоксидифто-рида — 200-250 К. Причём, энергии активации этих процессов составляют 99,5 и 73 кДж/моль, соответственно, для фторидов КгР2 и 02Р2, что заметно ниже, чем для Р2. Эти данные показывают, что газофазная термическая диссоциация КгР2 и 02Р2 может использоваться как эффективный источник атомов Б при низкотемпературном фторировании.

Гетерогенная термическая диссоциация фтора происходит при попадании молекул Р2 на разогретую поверхность. В этом случае оказывается возможным пространственное разделение зон генерации атомов Б и химической реакции. Наиболее подходящим материалом при работе со фтором является никель: образующаяся на поверхности плёнка дифторида никеля замедляет взаимодействие металла с атомами Р. Оптимальным для термической генерации атомарного фтора на поверхности никеля считается интервал температур 900-1050 К; верхняя граница интервала соответствует температуре начала активной сублимации №Р2. Рассмотрим некоторые примеры использования гетерогенной термической генерации атомарного фтора.

Наиболее ярким примером использования этого способа генерации является синтез неорганических фторокислителей. Последние представляют собой исключительно реакционноспособные соединения с высоким запасом химической энергии. Интерес к ним возник на рубеже 50-60-х годов и в первую очередь связан с бурным развитием ракетной техники и атомной энергетики [8]. Неорганическими фторокислителями являются фториды кислорода, азота, галогенов, благородных газов, высшие фториды металлов платиновой группы и золота, а также многочисленные комплексные соединения, содержащие катионы с высокими окислительными потенциалами (Ог+, С1Р6+, ИР4+, ХеР+, КгР+ и др.), стабилизированные анионами типа МР4~, МР6~, МР62 и др. (где М=В, 8Ь, Аб, Об, Яи и др.). Синтез целого ряда фторокислителей был проведён с использованием молекулярного фтора при температурах 200-400°С и давлениях 5-10 атм. При этом стабилизация продуктов осуществлялась либо охлаждением стенок реакционного сосуда, либо введением в реакционную систему специальных добавок — комплексообразователей. Однако, при получении некоторых термически неустойчивых фторокислителей таких, например, как фториды кислорода и дифторид криптона, необходимы крайне низкие температуры реакционной зоны (вплоть до Т=77 К), когда реакционная способность Р2 резко снижена. Очевидно, что только сочетание двух факторов: достижение достаточно высоких концентраций атомарного фтора и пространственное выделение низкотемпературной реакционной зоны для стабилизации продукта, должно быть обязательным при поиске оптимальной установки для синтеза фторокислителей с помощью атомов Р.

Интересно, что в ранних работах, посвящённых синтезу фторокислителей, в качестве фторагента применялся молекулярный фтор, однако исследователи различными способами «инициировали» реакцию фторирования. Синтез гексафторида платины впервые был подробно описан в работе [9]. Через платиновую проволоку, находящуюся в атмосфере фтора (Р=300 мм рт. ст.), пропускался электрический ток. Особенность установки для синтеза заключалась в том, что в нескольких миллиметрах от проволоки располагалась поверхность, охлаждаемая жидким азотом. Основным продуктом реакции являлся тетрафторид платины, Р1Р4, который равномерно покрывал внутреннюю поверхность реакционной установки. Кроме того, на охлаждаемой стенке конденсировался гексафторид платины, Р1Р6. Авторы достаточно подробно исследовали свойства полученного высшего фторида платины, однако не уточнили какой именно процесс инициировался в ходе фторирования. По оценке авторов температура проволоки при её сгорании во фторе могла достигать 1000°С. Очевидно, что при такой температуре происходит диссоциация молекулярного фтора на поверхности платины. Часть атомарного фтора, попадая на близко расположенную холодную стенку, взаимодействует с тет-рафторидом платины с образованием гексафторида: Р1Р4+2Р = Р1Р6.

В работах [10, 11] для низкотемпературного синтеза дифторида криптона использовалась оригинальная установка, схема которой представлена на рисунке 1. Здесь было реализовано пространственное разделение зон термической генерации и реакции фторирования. Атомарный фтор генерировался на поверхности никелевой спирали, нагреваемой электрическим током до температур 600-700°С. Давление фтора поддерживалось равным 30-40 мм рт. ст. Спираль располагалась коаксиально с цилиндрическим реакционным сосудом, на стенки которого предварительно намораживался криптон. Ди-фторид КгР2 образовывался на стенках реактора, охлаждаемых жидким азотом. Температурный градиент между спиралью и стенками реактора составлял 300—1000 град/см. Перенос атомов Р к стенкам реактора обеспечивался диффузией. В итоге, удалось достичь диффузионных потоков атомарного фтора, достаточных для препаративного синтеза.

По выходу КгР2 авторами был определён поток атомов Р, непосредст

18 2 1 венно участвующих в реакции фторирования: 1,96×10 см» -с» . Было также показано, что в интервале давлений фтора от 5 до 60 мм рт. ст. зависимости потока атомов Р на стенку реактора от Р(Р2) имеют широкий максимум при 30-40 мм рт. ст. Начальные линейные участки этих зависимостей интерпретированы авторами как проявление линейной зависимости между скоростями атомизации ¥2 и фторирования криптона. С увеличением давления фтора возрастает скорость тройной рекомбинации атомов Р, что приводит к снижению потока атомов Р, достигающих реакционной зоны.

Помимо синтеза фторокислителей, сравнительно более простая реакция вот уже несколько десятилетий привлекает внимание исследователей -взаимодействие атомарного фтора с молекулами Н2. Этот интерес обусловлен тем, что, благодаря возможности всестороннего изучения этого взаимодействия, реакцию (Р+Н2) в определённой степени можно рассматривать как

Рисунок 1. Принципиальная схема реактора: 1 — корпус реактора; 2 — спиральный нагреватель; 3 — изолированный токоввод; 4 — фланец; 5 — штуцер для откачки и наполнения. модель, на которой отрабатываются наиболее общие фундаментальные подходы в исследовании динамики химической реакции [12]. В свете современных теоретических представлений эта реакция является одной из немногих, для которых удаётся провести квантово-механический расчёт сечений процесса без привлечения каких-либо приближений. В экспериментальном отношении наибольшие усилия были затрачены на определение соотношений констант скоростей элементарных процессов образования основного продукта реакции — молекул Ш7 — в различных колебательно-возбуждённых состояниях. о м

Рисунок 2. Термический генератор пучка атомов фтора (фрагмент). 1 — нагреватель; 2 — термопара; 3 — радиационные экраны.

В работе [13] авторами определялось угловое распределение молекул НИ, имеющих строго определённую энергию колебательно-вращательного возбуждения. Для генерации пучка атомов Б авторы использовали термическое разложение молекул Р2, причём в качестве материала зоны генерации применялся дифторид магния. На рисунке 2 представлена схема фрагмента термического генератора пучка атомов Р.

В торце трубки, изготовленной из монокристалла 1У^Р2, просверливался канал (длина около 1 мм), через который атомы Р поступали в камеру столкновений. Через свободный конец трубки производился напуск смеси Р2(5%)+Не. Общее давление составляло около 3×103 торр. Область трубки (45мм), прилегающая к пробоотборнику, нагревалась до температуры 1050°С. Особое внимание авторы уделили устранению возможного градиента температуры в области пробоотборника, поскольку даже при небольшом недогреве происходит конденсация паров 1У^Р2 на стенках канала и его блокирование. После тщательной экранировки этой области температура пробоотборника оказалась наивысшей в нагреваемой зоне. В ходе опытов проводился масс-спектрометрический контроль состава газовой смеси, покидающей генератор. Найденные из опытных данных отношения интенсивностей сигналов Р+ и Р2+ использовались для расчёта степени диссоциации молекулярного фтора, а(Р2), в интервале температур генератора 673-1273 К. В тексте статьи приведены относительные значения а(Р2), отражающие рост степени диссоциации при увеличении температуры генератора от минимальной (673 К) до заданной. Авторами проведено сравнение полученных экспериментальных данных с результатами расчётов, выполненных в предположении достижения равновесия Р2=2Р. Заметное превышение опытных величин а(Р2) над равновесными интерпретируется авторами как результат скачка давления при истечении газовой смеси из сопла пробоотборника: снижение в 10 раз величины общего давления, Р(общ.)=Р(Р)+Р(Р2), при расчёте равновесных значений а(Р2) приводит к хорошему согласию с экспериментальными результатами. Авторы отмечают, что сконструированный ими генератор выгодно отличается от применявшихся ранее никелевых. Использование достаточно высоких давлений фтора и температур зоны генерации в сочетании с неравновесным расширением газовой смеси через сопло пробоотборника позволяет получать высокоинтенсивные потоки атомов Б с узким распределением по скоростям.

1.2.) Диссоциация молекул Р2 и фторидов в электрическом разряде

Электрический разряд в газовом промежутке является, пожалуй, одним из первых физических методов, использованных для получения атомов Р. Из всего многообразия разновидностей электрического разряда следует выделить два — тлеющий и СВЧ-разряд. Физические аспекты этих явлений достаточно подробно изложены в известной монографии Ю. П. Райзера [14]. Выделим здесь их характерные особенности.

Прежде всего отметим, что электрический разряд в газе реализуется после превращения первоначального диэлектрика в проводник, которое наступает в результате пробоя. Основными процессами, составляющими электрический разряд, являются многочисленные акты ионизации с участием вторичных электронов. Для получения тлеющего разряда при типичных дав-2 2 лениях 10″ -10 торр и размерах газового промежутка И. = 1 см, Ь = 10-100 см достаточно создать разность потенциалов между двумя электродами и = 10 -10 В при токе разряда I = 10″ -10″ А. Тлеющий разряд может существовать как в статических (неподвижный газ), так и в динамических (газовый поток) условиях. Под действием вторичной ионной эмиссии из катода выбиваются электроны с энергией порядка 1 эВ. После ускорения в электрическом поле и многочисленных актов ионизации формируется электронная лавина, при этом электроны приобретают энергии, достаточные для возбуждения и ионизации частиц газа. Для генерации атомов фтора в тлеющем разряде используются чистый фтор, а также смеси фтора или фторидов (например, Ср4, ЭРб) с Не и Аг [6]. Установлено, что при разряде в смесях со фтором протекают процессы: Р2+е = Р~+Р; Р~+е = Р+2е; Р~+Р = Рг+е; Р+Р+М = Р2+М. Для типич

8 3 ных условий: Р(Р2) ~10 мм рт. ст., п(е) =10 см» , Т ~ 500 К стационарная концентрация атомов фтора в разряде составляет [Р] 016 см»3.

Тлеющий разряд начал применяться ещё с 30-х гг для «инициирования» фторирования кислорода и криптона [15, 16]. В ранних работах основное внимание уделялось определению химических свойств продукта фторирования и только позднее стало очевидно, что «инициирование» фторирования фактически означает генерацию в условиях синтеза атомарного фтора. Для синтеза триоксидифторида, 03Р2, («фторида озона») смесь Р2:02 (в мольном отношении 2:3) направлялась в охлаждаемый жидким кислородом (или азотом) сосуд из пирекса, в котором между медными электродами происходил электрический разряд (11=2100-2400 В, 1=25-30 мА) при общем давлении 12 мм рт. ст. Аналогичный методический приём использовался для синтеза ди-фторида криптона. В установке из пирекса циркулировала смесь газов Р2 и Кг в соотношении 2:1; давление варьировалось в интервале 12-50 мм рт. ст. Продукт реакции (КгР2) конденсировался на охлаждаемых стенках реакционной камеры, в которой создавался электрический разряд (11=3000-4000 В, 1=15 мА).

В настоящее время всё большую популярность у исследователей приобретает способ генерации атомов Р с помощью СВЧ-разряда. Этот вид электрического разряда характеризуется малой амплитудой колебаний электронов по сравнению с размерами разрядного объёма. Электроны и ионы в своём движении под действием поля не касаются стенок, а эмиссионные процессы роли не играют. Электронная лавина локализована, т.е. в каждом месте развивается независимо, обособленно. Например, для типичной СВЧ длины волны А,=10 см в характерном для пробоя поле Ео=500 В/см (при Р=1 торр) амплитуда колебаний свободных электронов составляет 2,5×10″3 см. Это значение гораздо меньше размеров сосуда, которые порядка длины волны. В процессе СВЧ-разряда имеют место потери электронов из-за диффузии их к стенкам и последующей рекомбинации с поступающими туда ионами. Для генерации атомарного фтора обычно используется СВЧ-разряд с частотой излучения = 3000 МГц. В проточных системах мощность СВЧ-разряда достигает ~ 100 Вт, диапазон рабочих давлений обычно составляет 10″3-7х 102 торр, а скорость прокачки газа 0,1-100 м/с. Используются смеси инертных газов с фтором или, если присутствие Р2 нежелательно, с фторидами (например, СИД

Благодаря усовершенствованию источников СВЧ-излучения именно этот способ наиболее часто применяется в кинетических исследованиях элементарных реакций с участием атомов Р. Экспериментальная установка, как правило, представляет собой проточный реактор, в котором создаётся поток газа-носителя (обычно Не или Аг). Характерное время протекания реакции регулируется либо изменением скорости потока, либо с помощью подвижных вводов, через которые поступают в поток газы-реактанты. Генерация атомов Б осуществляется СВЧ-разрядом в смеси Р2+Не или СР4+Аг в специальном вводе, через который уже образовавшиеся атомы фтора поступают в реактор. Степень диссоциации фтора близка к 100%; при использовании СР4 также происходит практически полная диссоциация с образованием 2Р+СР2 и принимается, что начальная концентрация атомов И в 2 раза превышает концентрацию СР4 в исходной смеси. По некоторым оценкам до 50% атомов фтора гибнет на стенках ввода ещё до вступления в реакцию. В установке предусмотрен масс-спектральный контроль за концентрациями исходных и конечных соединений; для определения концентраций образующихся в реакционной смеси радикалов обычно пользуются методом лазерно-индуцированной флуоресценции (ЫР).

В кинетических исследованиях можно выделить работы по изучению возможности использования атомарного фтора для утилизации экологически опасных фторсодержащих отходов. Кроме того, в лабораторных исследованиях реакция атомов Р с хлорфторпроизводными предельных углеводородов важна как источник различных галогенсодержащих радикалов, учёт которых необходим при оценке допустимости присутствия в окружающей среде ХлорФторУглеводородов (НСРСб) и ФторУглеводородов (РЕРСб). Реакции атомов Р с простейшими представителями этого класса соединений: СНБз, СНС1Р2, СНС12Р, СНС13, изучены в работе [17] в условиях избытка атомов Р по сравнению с метан-галогенами. Были определены константы скорости этих реакций в интервале температур 297-421 К. Во многих исследованиях реакции с участием атомов Р используются для получения определённых радикалов непосредственно в реакционной системе. Так, в работе [18] определялась эффективность использования атомов Р для получения азид-радикалов, N3, по реакции: (Р+РГЫз = Ы3+НР). Было показано, что эта реакция действительно является надёжным химическим источником образования радикалов N3, поскольку выход побочного продукта, НИР-радикала, составляет только 0,03 от выхода основного. С помощью атомов Р в работе [19] были получены метил-радикалы, СН3, по реакции (Р+СН4=СНз+НР); атомы С1, по реакции (Р+НС1=С1+НР). В работе [20] авторы установили, что реакция (СН3ОЫО+Р=СНзО+РЫО) является хорошим источником радикалов СН30: отношение константы скорости образования этих радикалов к константе скорости брутто-реакции (СН301М0+Р) превышает 0,8. С использованием этого канала образования радикалов СН30 были определены константы скорости некоторых процессов с их участием.

1.3.) Фотодиссоциация молекул Р2 и фторидов

В основе этого способа образования атомов фтора лежит взаимодействие Р2 или фторсодержащих молекул с УФ-излучением (Х,=200-470 нм). При поглощении соответствующих квантов энергии молекула Р2 переходит в от-талкивательное состояние и диссоциирует. В практике обычно используют давления фтора, Р(Р2)=200-300 мм рт. ст. В этих условиях выход атомарного фтора снижен из-за тройной рекомбинации, а переход к более низким давлениям фтора приводит к уменьшению эффективности использования излучения. Поэтому степень диссоциации Р2 при таком способе генерации атомов не превышает 10″3-10″4. В силу этих ограничений эффективное применение фотодиссоциации возможно только при исследовании процессов, скорости которых значительно превосходят скорость тройной рекомбинации [6]. Помимо ¥2, в качестве возможных источников атомов фтора в химических НР-лазерах использовались фториды Ы2Р4, СР31, С2Р3С1, С2Р3Вг, иРб, WF6, МоР6, 8ЬР5, ХеР4 [7].

Наряду с методом СВЧ-разряда, УФ-фотолиз находит широкое применение при проведении кинетических исследований, причём, в качестве объектов фторирования часто выбираются соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности человека. Ограничимся только двумя примерами. Ацето-нитрил, СН3СЫ, попадает в атмосферу в результате многочисленных процессов горения биомассы; это соединение является компонентом выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержится в сигаретном дыме. В работе [21] определены константы скорости газофазных реакций ацетонитрила с атомами хлора и фтора. Эксперимент был организован таким образом, что источник УФ-излучения охватывал весь объём реактора, в который вводилась смесь ацетонитрила, галогена, соединения-стандарта и газа-разбавителя (N2, 02 или воздух). Образующиеся в результате УФ-облучения атомы галогена реагировали с молекулами ацетонитрила и стандарта, уменьшение концентраций которых контролировалось методом ИК-спектроскопии. По той же схеме было изучено взаимодействие атомов Р и С1 с молекулами 2,3-бутадиона, СН3С(0)С(0)СНз [22]. Было установлено, что в качестве продуктов образуются высокоактивные радикалы СН3С(0), причём в случае атомов Р константа скорости соответствующего процесса примерно на три порядка выше.

Интересное приложение метод УФ-фотолиза молекул Р2 нашёл в исследованиях реакций, локализованных в инертных матрицах. Предлагаемый в некоторых публикациях методический приём состоял в следующем: при УФ-облучении инертной матрицы, содержащей молекулы фтора и реактанта (Я), образуются достаточно мобильные атомы Р, способные достигать молекул Я и вступать с ними во взаимодействие. Высказывалась и противоположная точка зрения: атомы Р в ходе термализации (т.е. при установлении термического равновесия с решёткой матрицы) преодолевают путь меньший, по сравнению со средним расстоянием между молекулами R.

Между тем, расчёты, проведённые методами молекулярной динамики [23], показали, что при температурах 4 и 12 К решётку Ar-матрицы можно рассматривать, как высокопористую среду, в которой происходит миграция атомов F, образующихся при УФ-фотолизе и обладающих избыточной энергией Дв = hv- D0(F2), где Do(F2) — энергия диссоциации молекулы F2, 1,6эВ. Для заданных значений Дв были получены вероятности диссоциации, ф, молекул F2, находящихся в ячейках матрицы. Считалось, что диссоциация происходит, если образовавшиеся атомы фтора эффективно разделяются и после термализации находятся в разных ячейках матрицы. Согласно расчётам, при Т=12 К начиная с Дв ~ 0,6 эВ происходит резкий рост величины ф, которая достигает значений 90 и 98% при Де равной 2 и 2,8 эВ, соответственно. При этом с вероятностью близкой к 1 оба атома фтора покидают ячейку матрицы. Рекомбинация атомов фтора возможна (хотя и маловероятна при больших значениях Дв) только после достаточно длительной их миграции в решётке. Авторы подчёркивают, что эффект миграции атомов фтора при УФ-облучении системы F2-Ar уникален, поскольку из-за специфики взаимодействия атомов фтора с решёткой «закупоривание» их в ячейке (cage effect) не происходит и вероятность рекомбинации мала. И, напротив, в системе С12-Хе фотофрагменты, атомы хлора, в основном, рекомбинируют, поскольку оказываются блокированными в ячейке матрицы.

Результаты расчётов были подтверждены экспериментально [24]. УФ-облучение осуществлялось с помощью лазера, длина волны которого варьировалась от 450 до 250 нм, что соответствовало избыточной энергии образующихся атомов фтора, Дв, от 1,16 до 3,36 эВ. Концентрация атомов F контролировалась по спектру флуоресценции комплексов с переносом заряда, Ar2F и Ar6F, образующихся в результате воздействия фотонов с энергией 6,4 эВ. Поскольку характерное время испускания составляет несколько сотен наносекунд и значительно меньше характеристического времени процессов миграции и диффузии атомов Р, предлагаемый способ контроля концентрации атомов является вполне надёжным. Оптимальная длина волны УФ-излучения, при которой достигалась практически полная диссоциация Р2, составляла 308 нм. Авторами было установлено, что в матрице действительно происходит миграция атомов фтора, образующихся после первичной фотодиссоциации. По оценке авторов средняя длина миграции атомов Р, обладающих кинетической энергией 1,7 эВ, составляет ~ 70 А. Достигаемая при Т=12 К высокая степень диссоциации фтора сохранялась в течение ~ 25 мин при постепенном увеличении температуры матрицы до 25 К. В этом временном интервале происходила термическая диффузия атомов Р, однако при температурах выше 25 К наблюдалось резкое уменьшение их концентрации, связанное с рекомбинацией. При 30 К фотодиссоциация Р2 не наблюдалась: в этих условиях скорость рекомбинации, по-видимому, превышала скорость диффузии и разделение атомов фтора в решётке матрицы не происходило. Высокая концентрация атомов Р была достигнута только после охлаждения матрицы до 12 К. Аналогичные опыты с Кг матрицей показали, что температура начала активной рекомбинации атомов Р составляет 15 К. По оценке авторов энергетический барьер для выхода атома Р из ячейки матрицы составляет ~ 0,3 эВ и при используемых криогенных температурах не может быть прёодолён за счёт тепловой энергии атомов. В этих условиях наиболее вероятным механизмом диффузии атомов Р является, по мнению авторов, вакан-сионный: скорость диффузии определяется динамикой образования вакансий в кристаллической решётке Аг матрицы и кинетикой взаимодействия этих вакансий с атомами Р.

Основной вывод работ [23, 24] состоит в следующем. При УФ-облучении молекул фтора, заключённых в ячейках инертной матрицы (Т ~ 12 К), образуются «горячие» атомы фтора, Р^ имеющие избыток поступательной энергии, Де > 1 эВ. Эти атомы способны покидать ячейки матрицы и мигрировать в её решётке на расстояния порядка 100 А. После расхода запаса энергии Де, находящиеся в термическом равновесии с матрицей атомы фтоpa, Ft, остаются неподвижными в решётке. Однако при нагревании матрицы до температур 22-26 К они диффундируют в решётке, причём характерное время диффузии составляет ~ 104-103 с.

Основываясь на этих экспериментальных фактах, авторы [25] исследовали реакцию атомов Ft с молекулами СН4 и радикалами СН3 в Аг-матрице при температурах 13-20 К. Концентрация радикалов СН3 отслеживалась методом ЭПР. Трёхкомпонентная смесь Ar:CH4:F2=500:1 :Х (где Х=0,25-2,5) намораживалась на сапфировый стержень (Т=13 К) и подвергалась УФ-облучению (\=ЪЪ1 нм). В условиях формирования матрицы молекулы F2 и СН4 распределяются по отдельным ячейкам, а также образуют «пары» реак-тантов в одной ячейке, бинарные комплексы [F2-CH4], Авторы допускают, что в последнем случае УФ-фотолиз приводит к образованию «пары» радикалов. Миграция атомов Fh в решётке матрицы сопровождается реакцией с молекулами СН4 с образованием радикалов СН3. Затем, в зависимости от температуры, концентрация радикалов СН3 в матрице либо увеличивается, либо уменьшается во времени. При повышенных температурах (Т = 17-20 К) происходит диффузия атомов Ft, сопровождающаяся реакцией (1): Ft+CH4 = CH3+HF, и в матрице накапливаются метил-радикалы. При низких температурах (Т = 13-17 К) диффузия атомов F, не происходит, а в ячейках матрицы с «парами» радикалов протекает реакция (2): Ft+CH3 = CH3F, и концентрация СН3 уменьшается. Помимо процессов (1) и (2), в матрице происходит и рекомбинация атомов Ft, однако этот процесс становится значимым только при Т>20 К.

Интересно, что миграция атомов Fh возможна не только в кристаллической решётке инертной матрицы. В работе [26] УФ-фотолизу подвергались молекулы фтора, внедрённые в матрицу из твёрдого метана (Т= 10— 15 К). Часть образующихся атомов Fh взаимодействует с молекулами метана не выходя за пределы ячейки матрицы («cage reaction»): [F+CH4+F]—>[CH3F—HF]. Методом ЭПР было показано, что образуются также метил-радикалы СН3. На основании анализа формы сигналов ЭПР эти радикалы можно условно разделить на две группы по их взаимному расположению в решетке: изолированные радикалы (расстояние между ними, К, превышает 20 А) и пары радикалов (9 А

Интересное развитие получила методика исследования реакций в инертных матрицах в работе [27]. С использованием метода ИК-спектроскопии изучалась реакция атомов Р с молекулами этилена в Аг-матрице при УФ-фотолизе (А,=355 нм) молекул фтора. Формирование матрицы осуществлялось раздельным нанесением газовых смесей Р2-Аг и С2Н4-Аг на охлаждаемое окно из СэЦтв.) для исключения фторирования этилена в газовой фазе.

В работе приведены основные результаты, полученные авторами ранее при исследовании аналогичной реакции методом ЭПР:

1)При 13 К миграция в решётке матрицы атомов сопровождается образованием фторэтил-радикалов: Рг,+С2Н4 = С2Н4Р.

2) УФ-фотолиз при 13 К и последующее нагревание матрицы до 26 К приводит к 6-10 кратному увеличению концентрации радикалов С2Н4Р. Этот экспериментальный факт авторы объясняют термически индуцированной диффузией атомов Р,, которая сопровождается реакцией: Р(+С2Н4 — С2Н4Р.

Исследования методом ИК-спектроскопии проводились в интервале температур 16-26 К. Авторами был установлен ИК-спектр радикалов С2Н4Р и подтверждены результаты, полученные методом ЭПР.

Достаточно высокое разрешение ИК-спектрометра (0,25 см»1) позволило также установить, что после формирования матрицы в частоте колебаний молекулы С2Н4 наблюдается сдвиг на ~ 1см»1 в сторону высоких частот, соответствующий образованию комплекса F2-C2H4. Доля этих комплексов составляет 0,04—0,08 при начальном составе (F^^H^Ar^l: 1:1 ООО и возрастает до 0,10-0,15 при двукратном увеличении содержания F2. Авторы отмечают, что образование подобных комплексов обычно имеет место при матричной изоляции систем галоген-олефин и сопровождается сдвигом в частотах колебаний молекулы олефина от 1 до 10 см»1.

Авторами предполагается, что при фотолизе F2-C2H4 образуются два атома Fh, вероятность выхода которых из ячейки значительно снижена из-за начальной геометрии комплекса и его окружения в Ar-матрице. Последовательное присоединение атомов Fh к молекуле этилена приводит к образованию колебательно возбуждённого аддукта, [C2H4F2*], который после релаксации переходит в конечные продукты, (trans- и gauche-) C2FLtF2 и C2H3F-HF, с относительным выходом 0,2:0,2:0,6.

Интересно, что аддукт [QIHUF/] образуется также в результате рекомбинации радикалов Ft и C2H4F, которая происходит при диффузии атомов F, в решётке матрицы (Т=22-26 К). Согласно оценке авторов, нагревание матрицы всего на четыре градуса (от 16 до 20 К) увеличивает подвижность атомов фтора в 5×103 раз! Однако в этом случае взаимодействие ограничивается образованием только конформеров 1,2-дифторэтана. Основным фактором, препятствующим образованию комплексов C2H3F-HF в этих условиях, авторы считают пространственный фактор, т.е. размер ячейки матрицы, в которой происходит образование аддукта [C2H4F2*]. Влияние пространственного фактора косвенно подтверждается экспериментальными данными. Из-за более сильного взаимодействия с решёткой молекулы дифторэтана, образованные в результате рекомбинации радикалов, имеют сдвиг в частотах колебаний в большую сторону, чем продукты фотолиза комплекса F2-C2H4. Кроме того, для взаимопревращения конформеров (trans

При последовательном присоединении атомов Fh и Ft к молекуле С2Н4 (Fh+C2H4 = C2H4F; Ft+C2H4F = [C2H4F2*]) размер ячейки не меняется, поскольку эти процессы происходят в уже сформированной матрице. Сохранение размеров ячейки приводит только к усилению взаимодействия заключённой в ней частицы с решёткой матрицы и, тем самым, к увеличению скорости релаксации аддукта [C2H4F2*] с образованием 1,2-дифторэтана. Размер ячейки матрицы, содержащей комплекс F2-C2H4, больше и релаксация происходит медленнее, что благоприятствует выделению из аддукта HF и образованию комплекса C2H3F-HF.

Из анализа результатов работы [27] следует, что в Аг-матрице происходит два типа реакций атомов фтора: реакции в пределах начальной ячейки, «cage reaction»; и реакции одиночных атомов, Fh и Ft, которые после миграции и диффузии в решётке матрицы вступают в реакции в соседних ячейках. Продуктами реакций первого типа, в основном, являются частицы с замкнутой электронной оболочкой; в результате реакций второго типа образуются радикалы. В работах [28, 29] изучались реакции атомов Fh с двухатомными молекулами СО и О2. ИК-спектры, полученные после формирования матрицы, указывали только на образование бинарных комплексов F2-CO.

Фотолиз при Т=16 К приводил к образованию радикалов, FCO и FO2, и продуктов с замкнутой электронной оболочкой, F2CO и, в сравнительно меньших количествах, F202. В последнем случае малый выход продукта объясняется авторами эндотермичностью реакции его образования.

При проведении реакций фторирования атомами фтора при крайне низких температурах удаётся изолировать в Ar-матрице комплексы-радикалы, которые не всегда являются конечными продуктами взаимодействия атомов фтора с молекулами. Если их можно рассматривать как промежуточные соединения (интермедиаты) в цепочке реакций присоединения атомов фтора, то сведения о них представляют особую ценность, поскольку позволяют описывать наименее изученную область поверхности потенциальной энергии реакции, относящуюся к переходному состоянию. Изучение таких частиц в газовой фазе связано с необходимостью применения экспериментальных методов с очень высоким временным разрешением (спектроскопия в фемтосекундном диапазоне, 1фс=10~15 с). Альтернативным подходом является стабилизация комплексов-радикалов в низкотемпературной инертной матрице и их исследование методами ИК-спектроскопии и ЭПР. Стабилизация достигается за счёт того, что ячейка матрицы, в которой заключён комплекс-радикал, препятствует увеличению расстояния между его составными частями (их «разлёту»). И, кроме этого, выделяющаяся при образовании комплекса энергия быстро перераспределяется в решётке матрицы.

В работах [30, 31] исследовалось образование радикала F2NO, который является промежуточным продуктом при взаимодействии атомов фтора с молекулами NO. С помощью методов ЭПР и ИК-спектроскопии были выбраны оптимальные условия образования этого радикала и впервые определены частоты колебаний. Кроме того, было доказано существование комплекса F-FNO, который обратимо превращался в радикал F2NO в температурном интервале 17-30 К.

В работе [32] изучалось образование радикалов HFC=N- в реакции атомов Ft с молекулами HCN в Ar-матрице, а также фотоизомеризация этих радикалов под действием облучения (А,=355 нм): НРС^Ы- РС=ГчГР. Авторами проведено отнесение полученных в опытах частот к частотам нормальных колебаний в радикалах НРС=Ы- и РС-=№.

В работе [33] исследовалось взаимодействие атомов И с молекулами 1МНз, АгН°о ~ -31 ккал/моль. Интерес к этой реакции был вызван тем, что попытки её использования в качестве источника излучения в химических лазерах оказались безуспешными: инверсия заселённости уровней колебательной энергии в молекуле РП7 не реализовывалась. Было сделано предположение, что в ходе реакции образуется промежуточный комплекс, который приводит к перераспределению энергии по внутренним степеням свободы. Существование такого комплекса было экспериментально подтверждено. Методом ЭПР было установлено, что комплекс-радикал 1ЧН2-НР образуется в решетке матрицы и при миграции атомов и при диффузии атомов

Образование слабосвязанного промежуточного комплекса Н-Ш7 в реакции атомов Р с молекулами Н2 было предсказано теоретически, но не было подтверждено экспериментально при исследовании газофазной реакции (Р+Н2). В работе [34] эта реакция была исследована методом ЭПР в Аг-матрице. Было установлено, что при миграции атомов Ри образуются только атомы Н. Однако при Т>20 К в ходе диффузии атомов Р, образуется комплекс-радикал Н-НР, который остаётся устойчивым в температурном интервале 7 К

Образование промежуточного комплекса РОз при взаимодействии атомов фтора с озоном было экспериментально доказано в работе [35]. Методом ИК-спектроскопии отслеживались изменения концентраций продуктов в матрице (Аг:Р2:Оз) в зависимости от длительности УФ-фотолиза при 15 К и температуры (15-25 К). Комплекс Р0-02 образуется при участии атомов Рь и Р,; при облучении лазером А.=532 нм происходит его разложение с образованием радикалов РО.

П.1.2. Гетерогенное фторирование твёрдых материалов атомарным фтором

Кроме очевидного применения в синтезе, имеется ещё несколько областей химии, экспериментальные исследования в которых связаны с использованием атомов Р. В 60-70-х гг. было проведено довольно много исследований по изучению воздействия агрессивных газовых сред (кислорода, галогенов) на различные твёрдые материалы, в том числе и металлы. Как нам представляется, из этих работ следует выделить две: исследование Рознера и Ал-лендорфа [36], касающееся взаимодействия атомарного и молекулярного фтора с молибденом и вольфрамом, и работу Нордина [37], в которой изучалось взаимодействие атомарного фтора с иридием, платиной и танталом.

Работа [36] является первым исследованием кинетики гетерогенных реакций фторирования металлов с участием атомарного фтора. Для получения атомов Р использовался СВЧ-разряд (2,45 ГГц, 125 Вт). Газовая смесь Рг-Аг(99%) проходила по трубке из высокоплотного алунда через область разряда со скоростью 10 м/с при общем давлении 1 торр и далее поступала в камеру, где располагалась нагреваемая электрическим током нить из исследуемого металла (Мо или \¥). Независимость от времени скорости взаимодействия металлов со фтором (при Т^сопз!) в задаваемом интервале температур контролировалась по измерениям электрического сопротивления участка нити. По оценке авторов парциальное давление атомов фтора составляло, Р(Р) ~ 1,6×10″2 торр; степень диссоциации Р2 в области разряда составляла 78%, а вклад непродиссоциировавших молекул фтора в реакцию фторирования не превышал 10%. Полученные кинетические данные представлены в виде зависимостей вероятности удаления атомов субстрата, в, от температуры. Величины в приравнивались отношению потока атомов субстрата (в составе летучих фторидов) с поверхности нити к потоку частиц фторагента (атомов Б или молекул Р2), попадающих на нить из газовой фазы; таким об гни

4000 2С&> 1400 1000 800 юУт

Рисунок 3. Температурная зависимость эффективности взаимодействия молибдена с атомарным и молекулярным фтором, о — атомы И; Р(Р) = 1,6-10″2 торр; • — молекулы Р2; Р(Р2) = 3-10″2 торр.

3000 2000 1400 юоо ЙЮО

Рисунок 4. Температурная зависимость эффективности взаимодействия вольфрама с атомарным и молекулярным фтором, о — атомы Р; Р(Р) = 1,610″2 торр; • — молекулы Р2; Р(Р2) = 3-10″2 торр. разом, величины е отражали эффективность удаления атомов субстрата с помощью данного фторагента. В ходе опытов не определялся состав продуктов фторирования, покидающих поверхность нити. Суммарный поток атомов субстрата рассчитывался по изменению диаметра нити в течение определённого времени фторирования при заданной температуре.

На рисунках 3 и 4 представлены экспериментальные зависимости е(Т), полученные при газификации молибдена и вольфрама атомарным и молекулярным фтором. Согласно этим результатам при воздействии молекулярным фтором для удаления одного атома молибдена при Т=1000 К требуется попадания примерно ста молекул Р2 на поверхность нити; при фторировании же атомарным фтором требуется 6, 7 атомов Р. Причём, при Т=2000 К величины 8 для Р и Р2 становятся практически одинаковыми. Такое превышение эффективности удаления атомов металла атомарным фтором по сравнению с молекулярным характерно и для вольфрама. При этом, несмотря на качественную близость зависимостей е(Т) для молибдена и вольфрама, эффективность фторирования первого заметно выше.

Наиболее интересной особенностью полученных результатов является, на взгляд авторов, наличие локальных максимумов на зависимостях е(Т) при взаимодействии атомов Р с металлами (см. рисунки 3 и 4). Хотя ко времени написания статьи (1971) были известны лишь гексафториды молибдена и вольфрама, авторы предположили существование нескольких бинарных фторидов этих металлов. Достижение при газификации максимальных значений е(макс) при заданном постоянном давлении атомов Р связывается авторами с образованием и десорбцией двух (и более) наиболее устойчивых в данных условиях (давление фторагента, температура нити) фторидов соответствующего металла (Ме). В этом случае, полная эффективность удаления атомов металла, е, будет равна сумме величин еп, каждая из которых представляет эффективность удаления атомов металла в виде летучего фторида МеРп. Надо отметить, что предположение авторов о существовании нескольких бинарных фторидов Мо и XV впоследствии

ДАВЛЕНИЕ ФТОРА, Topp

Рисунок 5. Зависимость эффективности взаимодействия молибдена с атомарным (о) и молекулярным (•) фтором от давления. ю°Г ‘»i ‘i ‘!’

5 X m tcr1 о о. S о. о н ©

ДАВЛЕНИЕ ФТОРА. Topp

Рисунок 6. Зависимость эффективности взаимодействия вольфрама с атомарным (о) и молекулярным (•) фтором от давления. полностью подтвердилось. Тщательное изучение Хилденбрандом систем W-F и Mo-F [38, 39] методом высокотемпературной масс-спектрометрии показало присутствие в газовой фазе фторидов WFn (п=1—5) и MoFk (k= 1—5). Термохимические характеристики этих соединений приведены в [5].

Авторами были проведены отдельные опыты по установлению зависимости величин б от давления фторагента (рисунки 5 и 6). Была исследована эффективность газификации Mo и W при постоянных температурах, соответствующих значениям е(макс) на зависимостях е-Т. Как видно из рисунков, е практически не зависят от P(F), что соответствует примерно первому порядку реакции Me+F по F.

Полученные в работе [36] экспериментальные результаты представляют несомненный практический интерес, поскольку непосредственно показывают скорость потребления (скорость коррозии) металлов во фторсодержа-щей атмосфере в достаточно широком интервале температур. Отсутствие прямых экспериментальных данных о составе продуктов фторирования не позволило авторам провести чёткую интерпретацию зависимостей е(Т). Однако развитые в работе качественные представления о процессе газификации металлов фтором (F и F2) заслуживают самого пристального внимания. В частности, авторы предположили существование слоя атомарного фтора, прочно связанного с поверхностью субстрата, т.е. слоя хемосорбированных атомов F. Был оценен десорбционный поток атомов F, энергия связи которых с поверхностью принималась равной среднему значению энергии связи Me-F (« 110-120 ккал/моль, или 460-500 кДж/моль). До Т ~ 2000 К этот поток незначителен, и атомы фтора покидают поверхность нити практически только в составе фторидов. Однако при температурах >2500 К десорбция атомов F становится интенсивной: происходит обеднение адсорбционного слоя, что приводит к уменьшению величины г.

Различие в величинах е при воздействии атомами F и молекулами F2 объясняется авторами сравнительно низкой вероятностью хемосорбции молекул на поверхности металла, уже имеющей высокую заселённость адсорбированными атомами Р. При этом полагается, что степень покрытия поверхности соответствует состоянию насыщения. Отсюда можно заключить, что при воздействии как атомарным, так и молекулярным фтором достигаются практически равные степени покрытия поверхности атомами Р. Такая интерпретация нам представляется спорной. Действительно, если принять, что скорость фторирования пропорциональна концентрации хемосорбированных атомов фтора, то при равной заселённости поверхности скорости фторирования металла и, следовательно, потоки атомов металла, удаляемых с поверхности, будут практически одинаковыми при использовании Р и Р2. Однако при близких потоках этих фторагентов на поверхность металла должны достигаться близкие значения е. Во всяком случае, различия в этих величинах должны быть меньше, наблюдаемых в опыте (см. рисунки 3 и 4: ~ в 10 раз при Т=1000 К для Мо и при Т=1400 К для Ш). Авторы неоднократно подчёркивают в статье, что коэффициенты соударений, 8, (т.е. доля частиц фтора-гента, попадающих на поверхность и образующих с ней химические связи) для атомарного и молекулярного фтора не обязательно одинаковы. Видимо, не следует полностью исключать версию, согласно которой при сравнительно невысоких температурах (800-2000 К) величины 8р и 8р2 различаются, причём выполняется неравенство 8р>8р2. Тогда различия в величинах е для Р и Р2 могут быть обусловлены различием в заселённости поверхности металла адсорбированными (хемосорбированными) атомами Р: в первом случае (при атаке атомами Р) при более высокой вероятности адсорбции достигается большая концентрация атомов Р на поверхности. Это приводит к более высокой скорости фторирования атомарным фтором и, в результате, к более высоким значениям е. Авторы отмечают, что сближение величин е (для Р и Р2) при высоких температурах (2000-2500 К), скорее всего, указывает на практически одинаковую реакционную способность атомарного и молекулярного фтора. В этих условиях поверхности металлов свободны от адсорбированных слоёв; величины Эр и 8р2 становятся одинаково высокими, а концентрации хемосорбированных атомов фтора — близки.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

В экспериментальном отношении работа [37] аналогична предыдущей. Для генерации атомов И автор также использовал СВЧ-разряд (2,45 ГГц; —100 Вт); применялась очень похожая конструкция установки для исследования газификации металлов (Р1, 1г, Та). Однако и здесь не предусматривалась возможность определения состава газообразных продуктов фторирования. Фторирование металлических нитей проводилось в газовом потоке (Аг+И), который поступал в реакционную камеру (пирекс) из разрядной трубки (алунд). Основная экспериментально измеряемая величина — количество израсходованного при газификации металла — определялась по изменению сопротивления участка нити от температуры и времени газификации. Температуры нити свыше 1000 К измерялись оптическим пирометром. Фторирование проводилось также и при Т

Особое внимание было уделено анализу возможности образования плёнки продуктов фторирования на поверхности нити. В отдельных опытах (при постоянном токе накала нити) отслеживались изменения во времени температуры (Т) и сопротивления (Я) нити с момента воздействия на неё потока Аг+Р. Было установлено, что в течение короткого начального переходного периода (при фторировании Та: от 10 до 50 с, в зависимости от Р(Р)) величины (Т) и (Я) сначала увеличивались, а затем уменьшались. Увеличение (Т) и (Я) в переходном периоде отражает выделение энергии, связанное с эк-зотермичностью реакции фторирования. Интересно, что последующее уменьшение этих величин обратимо по отношению к присутствию в реакционной системе атомного фтора: по окончании опыта после прекращения поступления Р наблюдается увеличение (Т) и (Я), примерно соответствующее их первоначальному уменьшению. Этот последний эффект связан, по мнению автора, с увеличением коэффициента теплопередачи нити из-за образования на поверхности металла плёнки фторидов. После этих начальных изменений, наблюдалось равномерное увеличение во времени сопротивления и температуры, связанное с расходом металла в ходе фторирования. Таким образом, в стационарных условиях скорость газификации металла атомарным фтором определяется скоростью диффузии атомов Р к металлу через плёнку фторидов (или атомов металла к поверхности).

К сожалению, в работе не приводится величина эффектов ДТ и ДЯ в переходном периоде для каждой системы в зависимости от Р(Р) и области температур нити. Хотя из приведённых графиков для системы Та-Р видно, что при Р(Р)=2,24 Па температура нити в переходном периоде уменьшается довольно значительно — ДТ ~ 130 К. Автор только отмечает, что проявление этих эффектов зависит от температуры: например, для системы Р1—Р при высоких температурах (>1200 К) эффект, связанный с экзотермичностью процесса, пренебрежимо мал, и сохраняется только эффект, связанный с образованием плёнки фторидов. В работе указывается, что кинетические измерения проводились после переходного периода. Судя по немногим приведённым в работе графикам, отражающим временную зависимость Т и Я, в ходе одного измерения (от 6 до 10 мин) температура нити увеличивалась на = 80 градусов. Однако не уточняется, к какой именно температуре автор относил измеренную в опыте потерю массы металла.

Суть полученных в работе результатов и сделанные на их основании выводы рассмотрим на примере газификации платины атомарным фтором в интервале температур 600-1430 К. По результатам микроскопического исследования платиновых нитей до и после фторирования было установлено, что при фторировании молекулярным фтором (т.е. в отсутствии СВЧ-разряда), реакция, в основном, происходит на границах зёрен металла. Атомарный фтор в тех же условиях реагировал одинаково интенсивно на всех участках поверхности. По оценке автора скорость фторирования Р1 атомарным фтором примерно в 20 раз превосходила скорость фторирования молекулярным фтором при Т=1100 К и Р(Р) « Р(Р2). По экспериментальным данным рассчитывалась скорость газификации металла, которая выражала отношение количества атомов металла, удаляемого с единицы поверхности нити в единицу времени. Порядок реакции по F устанавливался из зависимостей [Ç/Z(F)n] от Т1 (где Zp — поток атомов F при задаваемом давлении P(F) в области нити): для интервала температур, в котором эти зависимости совпадали для разных P(F), кинетика фторирования металла соответствовала п-му порядку по F. т, к

1400 1200 «ооо 800 700 600

Рисунок 7. Зависимость скорости газификации платины от температуры поверхности при различных давлениях атомарного фтора.

На рисунке 7 приведены зависимости величины от Т»1. Как видно из рисунка, в интервале температур 600-650 К зависимости совпадают для трёх давлений атомарного фтора, 0,65 Па; 2,2 Па; 7,37 Па, что свидетельствует о нулевом порядке реакции по Р. Этот интересный результат никак не был прокомментирован автором. Как нам кажется для правильной интерпретации необходимо учитывать следующие обстоятельства. Согласно нашим данным [40], в температурном интервале 600-650 К при взаимодействии атомарного фтора с Pt(MeT.) образуется фторид PtF6(ra3), в виде которого и происходит удаление платины в газовую фазу. Величина P(PtF6) пропорциональна P(F), и, значит, поток PtF6 должен возрастать с увеличением концентрации атомов F в реакционной камере. Значительного накопления промежуточного продукта реакции, PtF4(tb.), не происходит, несмотря на то, что его давление насыщенного пара составляет 3,4×10″8 атм при 650 К [41]. Скорее всего, в условиях работы [37] (открытая поверхность платины) возможно образование тонкой плёнки тетрафторида на поверхности платины. Если учесть, что в работе [37] расход платины определялся по измерениям сопротивления нити, то установленная неизменность скорости расхода от P(F) означает, что, несмотря на различия в P(F) (более, чем на порядок), на границе (Pt)/(PtF4) достигаются близкие концентрации атомов F. Таким образом, определённая из наклона линейного участка зависимости от Т»1 энергия активации, 176±29 кДж/моль, является параметром некоторой брутто-реакции, включающей, по крайней мере, три процесса, протекание которых определяет концентрацию F на поверхности Pt(MeT.): фторирование тетрафторида платины PtF4(tb.)+2F(PtF4) = PtF6; диффузия атомов фтора через плёнку тетрафторида платины F(PtF4) —> F(Pt); фторирование платины Pt(MeT.)+4F(Pt) = PtF4(tb.).

С увеличением температуры устойчивость гексафторида PtFô снижается и его образование в ходе газификации становится всё менее интенсивным; толщина плёнки PîF4(tb.) уменьшается и, в итоге, порядок реакции по F возрастает. Из зависимостей [£,/Z(F)] от Т»1 было найдено, что в интервале температур 750-900 К порядок реакции по фтору близок к 1. При Т = 900 К начинает проявляться некоторое увеличение вероятности реакции, e=£,/ZF, с температурой (рисунок 8) ]\

Такая же величина е — вероятность удаления атома субстрата в ходе фторирования -использовалась в работе [36] для описания экспериментальных результатов. т. к

Рисунок 8. Зависимость вероятности газификации платины атомарным фтором, от температуры.

Этот эффект был интерпретирован автором, как следствие изменения состава летучих продуктов фторирования: для удаления с поверхности одного атома Р1 требуется сравнительно меньше атомов Р, т.е. среднее количество атомов фтора в молекуле летучего продукта снижается. При высоких температурах (Т> 1200 К) наблюдается снижение скорости газификации платины, а в интервале 1350-1430 К порядок реакции по Р равен 2.

Анализ полученных данных основывался на определённых предположениях. Так, например, предполагалось, что коэффициент соударений атомов Р с поверхностью платины, 8Р(Р0, не зависит от Р(Р); адсорбированные атомы Р либо десорбируют, либо реагируют с субстратом Р^мет.) с образованием фторидов Р1Р2 и Р1Р4; зависимости 8Р(Р0 и десорбционных потоков молекул Р1Р2 и Р1Р4 и атомов Р от температуры выражаются в соответствии с законом Аррениуса.

С учётом сделанных предположений были определены параметры температурных зависимостей отношений потоков частиц, десорбирующих с поверхности: ^Р,Р4/£.Р,Р22 — при 9001200 К. Это позволило автору сопоставить полученные из опытных данных значения коэффициентов А42 и А2Р в зависимостях ^р^ц/^ряг =А42ехр(-ДЕ42/кТ) и ^Р(Р2/£,р2~А2рехр(-ДЕ2р/кТ) с результатами расчётов по квази-равновесной модели для температур Т>1000 К. Проведение расчётов по этой модели связано с рядом допущений: адсорбированные на поверхности металла продукты реакции и атомарный фтор находятся в химическом равновесии с подложкой; активность металла принимается равной единице. Расчёты были проведены для температур Т>1000 К. Несмотря на довольно хорошее совпадение расчётных величин с данными опыта, автор склонен рассматривать его, скорее, как случайное. Во всяком случае, до тех пор, когда будет подтверждён состав продуктов фторирования в системе Р1-Р, а также появится больше оснований считать активность платины равной единице. Заметим, что сделанный в работе вывод о существовании плёнки продуктов на поверхности металла даже при достаточно высоких температурах нити заставляет несколько усомниться в справедливости этого допущения.

Описание экспериментальных данных в системе Р1—Р [37] по квазиравновесной модели с использованием полученных к тому времени новых термохимических данных по фторидам Р1Р2 и Р1Р4 выполнено в работе [42]. Было получено хорошее совпадение расчётов с данными опыта для отдельных температурных интервалов. Хотелось бы отметить два момента. (1) Авторами предполагался тот же состав продуктов фторирования, что и в [37]; при этом а(Р1) принималась равной 1 при 750 К

Этот результат находится в некотором несоответствии с результатом работы [37]: здесь именно для высоких температур совпали результаты расчёта и опыта для значений 8г ~ 0,35. Надо отметить, что ни в одной из работ не обсуждается изменение коэффициента 8(Р) в широком интервале температур. В работе [36] лишь предполагается, что снижение скорости газификации металлов при высоких температурах (Т>2000 К, рисунки 3 и 4) обусловлена не уменьшением коэффициента соударений атомов Р с поверхностью, а увеличением их десорбционного потока.

В представленных выше работах [36, 37] исследовалась кинетика химического испарения металлов в виде летучих фторидов. Процессом, который предваряет собственно химическое взаимодействие газа с поверхностью твёрдого тела, является адсорбция. Для того, чтобы охарактеризовать этот процесс обычно используется набор экспериментальных методов. Так, например, термодесорбция в сочетании с масс-спектрометрией даёт возможность определить состав адсорбционного слоя; изменение работы выхода в результате адсорбции даёт информацию о направлении переноса заряда в поверхностном слое; различные дифракционные методы дают возможность определить структуру поверхности. Здесь снова приходится констатировать, что исследований взаимодействий с участием фтора по-прежнему немного. Первые работы по установлению состава поверхностного слоя относятся к началу 80-х годов. Адсорбция атомов Р на поверхности кристалла Р1:(111) при комнатной температуре изучалась в работе [43]. Образец (платиновый диск) помещался в предварительно откачанную до сверхвысокого вакуума (=10″13 атм) ёмкость и подвергался специальной термообработке, после которой его поверхность соответствовала структуре (1×1). Образец выдерживался в потоке атомарного фтора (=1013 атом/с) при комнатной температуре в течение времени, необходимого для достижения заданного уровня покрытия поверхности. Затем поток атомов Р перекрывался. Для исследования термодесорбции образец ориентировался соответствующим образом по отношению к ионному источнику квадрупольного масс-спектрометра и нагревался электронным ударом со скоростью 70 град/с. Для изучения структуры поверхности образец ориентировался для оптимальной диагностики методом дифракции медленных электронов (LEED).

В опытах варьировалось время выдержки (экспозиции) образца в потоке атомов F. Термодесорбция атомов F происходила только при Т=890 К, причём их концентрация в десорбционном потоке возрастала с увеличением времени экспозиции. Была оценена нижняя граница коэффициента соударений атомов F с поверхностью Pt при комнатной температуре, Sf>0,2. По температуре термодесорбции и форме линии сигнала F+ была оценена энергия десорбции атомов F с поверхности Pt, 220 кДж/моль. В десорбционном потоке были также зарегистрированы фториды платины PtF2 (при Т=850 К) и PtF4 (при Т=650, 770 К). Ион PtF5+ зафиксирован не был, что указывало на отсутствие в десорбционном потоке фторидов PtF5 и PtF6. Из данных по термодесорбции атомарного фтора следует, что при комнатной температуре насыщение поверхности Pt атомами F достигается примерно за 100 с. Было обнаружено, что рост потока PtF2 пропорционален квадрату потока F, причём максимальное значение потока PtF2 совпадает с достижением насыщения поверхности атомами F. Эти факты указывают на то, что десорбция F и PtF2 происходит из одинаковых центров на поверхности, а фторид PtF2, скорее всего, образуется во время нагревания образца при термодесорбции. Абсолютные концентрации адсорбированных на поверхности частиц определить не удалось, однако были оценены их относительные количества в области насыщения, F (при 890 К) : PtF2 (при 850 К) : PtF4 (при 650 К) = 1,0 : 0,15 : 3,0.

Исследование поверхности методом LEED проводилось до и после насыщения её атомами F. До обработки фтором была получена ожидаемая дифракционная картина, отвечающая структуре поверхности (1×1). При малой выдержке в атмосфере F были зафиксированы рефлексы, соответствующие образованию на поверхности упорядоченной структуры в виде полос. При выдержке, соответствующей насыщению поверхности атомами F, и после нагревания до 450 К эта структура становилась более отчётливой, однако какая-либо периодичность вдоль полос не прослеживалась. При ещё большем увеличении экспозиции заметно возрастал фон и ослаблялись рефлексы, соответствующие структуре поверхности подложки (1×1) . В этих условиях исчезали рефлексы, соответствующие образованию поверхностной структуры, а при термодесорбции происходило, в основном, выделение PtF4. По мнению автора этот адсорбционный слой представлял собой смесь Pt и F. После десорбции PtF4 при Т=650 К на поверхности снова проявлялась упорядоченная структура. Нагревание же до 900 К приводило к картине, соответствующей чистой поверхности Pt(lxl).

Аналогичным образом в работе [44] была изучена адсорбция атомов F на поверхности Pt(100)-(5×20). Стабильная, термически инвариантная структура (5×20) платиновой поверхности образовывалась после специальной обработки в вакууме поверхности кристалла Pt(100). Помимо определения состава десорбционного потока и структуры адсорбционного слоя, проводились измерения работы выхода поверхности (экспериментальный метод не указан).

При небольших временах экспозиции, соответствующих попаданию на 1 см2 поверхности не более = 5xl0l:i атомов F (Q(F)0,3. С увеличением концентрации атомов F на поверхности проявлялся сдвиг максимума пика термодесорбции в сторону больших температур (925 —» 950 К). Этот эффект, по предположению авторов, может быть частично обусловлен взаимным притяжением атомов F при увеличении их концентрации в адсорбционном слое.

Анализ поверхности методом LEED выявил небольшое изменение упорядоченности: рефлексы, соответствующие поверхностной структуре (5×20), ослаблялись, и всё более отчётливо проявлялись рефлексы (1×1). При небольшом времени экспозиции, когда поверхность образца ещё соответствовала структуре (5×20), энергия десорбции атомов F по оценке авторов составила ~ 54 ккал/моль (=226кДж/моль). Наиболее явным изменение структуры поверхности становилось после нагревания насыщенного фтором образца до Т=850 К. Поскольку из образующейся поверхностной структуры (1×1) при термодесорбции происходило выделение атомов F, а фториды платины в де-сорбционном потоке отсутствовали, авторы делают вывод, что десорбция атомов фтора происходила именно с поверхности платины, а не слоя продуктов фторирования (например, PtF4). Таким образом, адсорбция атомов F при комнатной температуре и последующее нагревание подложки (850 К) приводило к фазовому переходу поверхностной структуры, Pt(5×20) —> Pt( 1х 1); т.е. в условиях адсорбции F, в отличие от случая чистых поверхностей, структура Pt(lxl) оказывается более стабильной. При дальнейшем нагревании образца выше 920 К с поверхности удалялся весь адсорбированный фтор. В этих условиях происходил обратный процесс структурной перестройки: при 1050 К картина уже соответствовала структуре поверхности (5×20).

Физические аспекты работы выхода поверхности кристалла, ф, и влияние на этот параметр состава и структуры поверхности достаточно подробно рассмотрены в монографиях [45, 46]. Согласно наиболее простой модели твёрдого тела — модели свободных электронов в металлах (электроны проводимости движутся в поле положительного ионного остова) — работу выхода электрона можно представить как разность глубины потенциальной ямы для электронов проводимости металла, и ширины зоны проводимости, верхний энергетический уровень которой соответствует уровню Ферми, Ег. Притяжение электронов положительно заряженными ионами всей решётки вносит основной, т.н. «объёмный», вклад в параметр величина которого составляет несколько электрон-вольт. Наряду с объёмным, существует ряд поверхностных вкладов и, в частности, вклад за счёт образования на поверхности двойного электрического слоя. Различие в окружении поверхностных и объёмных атомов металла приводит к асимметричному распределению электронов вокруг первых и появлению на поверхности двойного слоя заряда. Очевидно, что работа выхода будет чувствительна к присутствию на поверхности примеси, поскольку величина разности потенциалов двойного электрического слоя будет зависеть, например, от величины сродства к электрону адсорбированных на поверхности посторонних атомов. Взаимодействие с двойным электрическим слоем на поверхности металла может привести к поляризации адсорбированных атомов и к возникновению на поверхности электрических диполей. Если отрицательный полюс этих диполей направлен в сторону вакуума, то создаваемое электрическое поле вызовет возрастание работы выхода. Обычно вклад электрического двойного слоя в величину ср составляет несколько десятых электрон-вольта.

Измерения, проведённые авторами [44], показали, что работа выхода линейно возрастала со временем экспозиции (Дф>0) и при насыщении поверхности образца атомами Р увеличение составляло Дф=0,5 эВ. Такое изменение ф однозначно указывает на перенос отрицательного заряда на адсорбированные атомы Р. Авторы отмечают, что увеличение ф происходило и при адсорбции Вг и С1 на поверхность Р1( 111), однако величина Дф была меньше, чем для Р, и составляла 0,28 эВ и 0,35 эВ, соответственно.

Увеличение времени экспозиции сопровождалось повышением работы выхода. Интересно, что после экспозиции при комнатной температуре и последующего нагревания до 680 К увеличение работы выхода изменилось от Дф=0,5 эВ до Дф=0,65 эВ, а в условиях образования слоя фторидов

15 2 1 Ох 10’л атомов/см ) -до Дф=1,1 эВ. Поскольку и анализ состава потока термодесорбции, и анализ структуры поверхности указывают на образование в этих условиях фазы Р1Р4, логично предположить, что именно с этим обстоятельством связано увеличение значения Дф.

В настоящее время в электронной промышленности достаточно активл но используется процесс травления монокристаллов кремния атомным фтором. Всестороннее изучение адсорбции атомарного фтора на поверхности кремния было обусловлено необходимостью оптимизации этого процесса. Приведём здесь ссылки только на три работы [47-49], хотя, конечно, общее количество исследований в этом направлении ими далеко не ограничивается. Хотелось бы подчеркнуть, что исследование этого взаимодействия включает как теоретические, так и экспериментальные работы, позволяющие судить и о состоянии атомов F на поверхности кремния, и о характере взаимодействия при различных энергиях атомов F и углах атаки поверхности, и о возможных реакциях на поверхности между атомами F и адсорбированными продуктами фторирования.

Интересными также являются попытки теоретического расчёта величин энергии хемосорбции. Один из подходов заключается в использовании подобия связи с поверхностью хемосорбированной частицы и связи этой частицы с кластером, состоящим из тех же атомов, что и поверхность. В монографии [45] приведён пример такого подобия: хемосорбция молекул СО на поверхности иридия, СО/1г(ЮО), и комплексная молекула карбонила, 1г4(СО)12, представляющая собой кластер иридия, 1г4, связанный с молекулами СО. Методом ультрафиолетовой фотоэмиссионной спектроскопии для двух типов связи окиси углерода с иридием (хемосорбция на поверхности и карбонильный комплекс) были получены кривые энергетического распределения электронов, отражающие плотность заполнения электронных уровней. Полученные данные показывают, что в рассматриваемых случаях энергетические состояния электронов молекулы СО очень близки и, следовательно, подобие связи при хемосорбции и химической связи в комплексной молекуле действительно имеет место.

Именно такой подход был использован авторами [50] для расчёта энергии хемосорбции атомов F на поверхности никеля Ni(100). Специфика расчёта состояла в том, что энергия хемосорбции принималась равной разности энергий между основным состоянием кластера Nin (п=5, 9, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 70) и атома F на больших и малых расстояниях. После поправки на образование химической связи между кластером и адсорбатом, а также внесения поправок, связанных с оптимизацией сделанных в расчётах приближений, авторы получили величину Ech=120 ккал/моль (~ 500кДж/моль). Авторы отмечают, что внесение поправки на образование химической связи, скорее всего, несущественно для больших кластеров, и для наибольшего из рассмотренных, Ni70, она вряд ли необходима.

Газоразрядные источники спонтанного и вынужденного излучения с рабочими средами на основе инертных газов и галогенов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Газоразрядные источники спонтанного и вынужденного излучения с рабочими средами на основе инертных газов и галогенов»

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, лаборатория оптических излучений и в ГОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники», кафедра физики.

доктор физико-математических наук, профессор Тарасенко Виктор Федотович Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Латуш Евгений Леонидович доктор физико-математических наук, профессор Лисицын Виктор Михайлович доктор физико-математических наук, профессор Солдатов Анатолий Николаевич

ФГУП НПК «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (г. С.-Петербург).

Защита состоится 13 января 2011 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.04 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан^ ¿октября 2010 г.

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию физических процессов в газофазных рабочих средах источников спонтанного и вынужденного излучения в оптической части спектра, а также определению выходных характеристик данных источников при возбуждении/накачке различными типами самостоятельного разряда в газе. Основное внимание в работе уделено поиску новых и изучению наиболее перспективных из известных рабочих сред, исследованию протекающих в них физических процессов, определению выходных параметров газоразрядных источников излучения, в том числе, при использовании режимов возбуждении, ранее не применявшихся для этой цели.

Актуальность темы. Источники спонтанного и вынужденного оптического излучения широко используются в научных экспериментах, технике, медицине, оборонной промышленности и многих других областях. Соответственно, они привлекают заметное внимание и интенсивно исследуются.

Индуцированное излучение было получено при использовании различных способов и систем накачки активных сред, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях, в том числе, в газофазном’. Одной из возможностей для создания инверсной заселенности в газофазной среде является использование переохлажденной рекомбинирующей плазмы2. Успешный запуск плазменного лазера высокого давления в видимой области спектра на X = 585.3 нм атома неона с накачкой электронным пучком, осуществленный в 1985 г.3, привлек повышенное внимание к данному классу лазеров. Вследствие решающей роли реакции Пеннинга в разгрузке нижнего, а процессов рекомбинации — в заселении верхнего лазерного уровней этот тип лазеров получил название пеннинговских плазменных лазеров (ППЛ)1.

По механизму расселения нижнего лазерного уровня (НЛУ) ППЛ относятся к многочисленному классу столкновительных лазеров, в которых акты девозбуждения осуществляются в процессах столкновения рабочей частицы с тяжелыми частица-ми-«тушителями»4. Конкретные механизмы столкновительного тушения НЛУ дос-

‘ Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Том Х1—4. Газовые и плазменные лазеры / Отв. ред. С.И. Яковленко. -М.: Физматлит, 2005. -820 с.

2 Гудзенко Л.И., Яковленко СИ. Плазменные лазеры. — М.: Атомиздат, 1978. — 256 с.

3 Плазменный лазер на длине волны 585.3 нм с пеннинговской очисткой на плотных смесях с неоном, возбуждаемый электронным пучком / В.Ф. Бункин, В.И. Держиев, Г.А. Месяц и др.// Квантовая электроника. -1985. Т.12. № 2. — С. 245-246.

4 Беннет В. Механизмы возбуждения газовых лазеров / Газовые лазеры: Пер. с англ. — М.: Мир, 1968.-С. 27-136.; Гу.чд Г. Столкновительные лазеры / Газовые лазеры: Пер. с англ. — М.: Мир, 1968. — С. 137-158.

таточно разнообразны — радиационная очистка НЛУ, девозбуждение электронами или ионизующейся примесью. Как отмечалось в2, перспективна также очистка НЛУ посредством химических реакций, в частности, с участием молекул галогенов. Экспериментальная реализация данного типа столкновительного девозбуждения НЛУ была впервые осуществлена в5 при проведении исследований ППЛ, накачиваемых самостоятельным поперечным разрядом с ультрафиолетовой предыонизацией. В работе5 были предложены и экспериментально реализованы новые активные среды электроразрядных лазеров на основе бинарных смесей инертных газов с трифтори-дом азота Я — (Я = Не, N6, Аг), позволившие получить индуцированное излучение на ряде лазерных переходов, реализуемых в ППЛ. Амплитудно-временные и энергетические характеристики полученного лазерного излучения, а также условия накачки указывали на иной (по отношению к ППЛ) механизм достижения инверсной населенности в данных активных средах. Возможность увеличения мощности лазерного излучения в видимой области спектра, а также реализации режима многоволновой генерации обусловили актуальность дальнейших исследований кинетики процессов, определяющих накачку и инверсию населенностей в активных средах Я-ОТз.

Наряду с лазерами широко используются искусственные источники спонтанного излучения — лампы6. Области их применения не менее разнообразны: создание новейших технологий обработки полупроводников, синтез новых материалов и модификация их свойств, фотостимулирование различных химических процессов, фотобиология, фотомедицина, новейшие технологии обеззараживания промышленных отходов, воды, воздуха, создание осветительных установок и многие другие применения.

В течение последних 15-20 лет наблюдается интенсивное развитие источников спонтанного излучения ультрафиолетового (УФ) и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) диапазонов, в которых используется неравновесное излучение экси-мерных и эксиплексных молекул — димеров и галогенидов инертных газов7. Такие источники излучения были названы эксилампами8. Удельные энергетические параметры излучения эксиламп существенно превышают характеристики традиционных источников излучения в данной области спектра — водородных и дейтериевых ламп,

5 Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Квантовая электроника.-1988. Т. 15.№ 10.-С. 1978-1981.

6 Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1991.-720 с.

‘ Эксимерные лазеры / Под ред. Ч. Роудза. — М.: Мир. 1981. — 245 е.; Смирнов Б. М. Эксимерные молекулы // УФН. — 1983. Т. 139. Вып. 1. — С. 53-81.

8 Cylindrical excilamp pumped by a barrier discharge I A. M. Boichenko, V.S. Skakun, V.F. Tarasenko et al. //Laser Physics. — 1994. V.4. № 3. — P. 635-637.

ламп низкого давления на резонансных переходах инертных газов.

К началу исследования эксиламп в рамках диссертационной работы как отечественными, так и зарубежными научными группами был проведен цикл работ по созданию, исследованию и применению эксиламп8′ 9. В этих, а также последующих работах10 были зарегистрированы спектральные, амплитудно-временные и энергетические характеристики излучения, показаны преимущества эксиламп и перспективность их применения при решении ряда научных и технологических задач, в том числе, междисциплинарных. Дальнейшее совершенствование эксиламп актуально в силу растущих потребностей в мощных и недорогих источниках УФ и ВУФ излучения в различных областях науки и техники». В научной и технологической практике все чаще требуются источники коротковолнового излучения с заданным спектральным составом, изменяемыми временными и энергетическими параметрами излучения, высоким уровнем эффективности и ресурсом. В то же время, многообразие возможных условий возбуждения эксиламп, влияние на их выходные характеристики многих, часто взаимозависимых, факторов, трудности с созданием теоретических моделей, описывающих в целом, как процессы возбуждения, так и плазмохимические реакции12, существенно осложняют создание эксиламп с необходимыми для практических применений выходными параметрами. Так, например, в литературе отмечалась перспективность возбуждения люминесценции эксимеров сильноточным тлеющим разрядом повышенного давления13. Однако, в силу трудностей зажигания объемного самостоятельного разряда в тяжелых инертных газах при повышенном давлении вследствие его контракции при использовании традиционных схем зажигания разряда до проведения настоящей работы такой способ не был реализован на практике. Для ряда наиболее востребованных на практике эксиламп (KrCl-, XeCl-, XeBr-эксилампы барьерного разряда) были актуальны также

9 Г.А. Волкова, H.H. Кириллова, Е.Н.Павловская и др. ВУФ лампы на барьерном разряде в инертных газах // ЖПС. — 1984. Т. 41. Вып. 4. — С. 691-695.; Eliasson В., Kogelschatz U. Modeling and Applications of Silent Discharge Plasmas // IEEE Trans, on Plasma Science. — 1991. V. 19. No. 2.- P. 309-323.

10 Zhang J.Y., Boyd I.W. Efficient excimer ultraviolet sources from a dielectric barrier discharge in rare-gas/halogen mixtures // J. Appl. Phys. — 1996. V. 80. No. 2. — P. 633-638.; Carman R.J. and Mildren R.P. Computer modeling of a short-pulse excited dielectric barrier discharge xenon excimer lamp (X = 172 nm) // J. Phys. D: Appl. Phys.-2003. V. 36.-P. 19-33.

» Kogelschatz U. Excimer Lamps: History, Discharge Physics, and industrial Applications // Proc. of SPIE. -2004. V. 5483. — P. 272 -286; Oppenlander T. Mercury-free sources of VUV-UV radiation application of modern excimer lamps (excilamps) for water and air treatment // J. Environ. Eng. Sei. — 2007. V. 6. — P. 253-264. «Автаева C.B. Барьерный разряд. Исследование и применение. — Бишкек: Изд-во Киргизско-Российского Славянского Университета, 2009. — 152 с.

11 Протасов Ю.С. Плазменные источники излучения высокой спектральной яркости. Энциклопедия низ-

котемпературной плазмы. Вводный том IV / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 232-262.

исследования влияния на их выходные характеристики режима возбуждения (формы и амплитуды импульса напряжения, частоты следования импульсов), а также состава и давления рабочих сред.

Одним из преимуществ эксиламп по отношению к ряду других источников спонтанного излучения, в частности, разрядных ламп с парогазовым наполнением, является малое время выхода на рабочий режим после включения лампы. Тем не менее, вопрос о динамике формирования барьерного разряда, наиболее часто используемого для возбуждения эксиламп и, соответственно, временном ходе мощности излучения при включении лампы оставался открытым.

Традиционно актуальными с точки зрения создания газоразрядных источников оптического излучения были также поиск новых газофазных рабочих сред, обеспечивающих эффективное преобразование введенной в газоразрядную плазму электрической энергии в энергию оптического излучения, а также оптимизация режимов возбуждения, включая режимы, ранее не применявшиеся для этой цели.

Таким образом, к началу выполнения настоящей работы с точки зрения изучения и создания газоразрядных источников оптического излучения были актуальны следующие направления исследований. Во-первых, поиск новых рабочих сред, энерговвод в которые осуществляется посредством газового разряда. Во-вторых, исследование физических процессов в данных средах и повышение выходных характеристик газоразрядных источников излучения с рабочими средами на основе инертных газов и их смесей с галогенами при использовании различных режимов возбуждения, включая ранее не использовавшиеся для этой цели. В связи с этим, тематика настоящей диссертационной работы, связанная с поиском новых и изучением наиболее перспективных из известных рабочих сред, исследованием протекающих в них физических процессов, а также с оптимизацией выходных параметров газоразрядных источников излучения представляется актуальной.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы было изучение физических процессов, протекающих в рабочих средах газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения при их возбуждении, в том числе при использовании ранее не применявшихся режимов возбуждения; расширение класса газофазных рабочих сред данных источников излучения, повышение их выходных характеристик. При этом основное внимание было уделено рабочим средам источников спонтанного и вынужденного излучения на основе инертных газов и их смесей с галогенами.

Достижение цели работы предполагало решение следующих задач:

1). Определение механизма достижения инверсной населенности в активных средах Я — ЫИз (Я = Не, N6, Аг) при накачке поперечным разрядом с УФ предыониза-цией; исследование амплитудно-временных и спектральных характеристик лазерного излучения в активных средах Я — №3, Я — ЫР3 — Ы2 в одно — и многоволновом режимах.

2). Определение эмиссионных свойств плазмы высоковольтного наносекундного разряда в инертных газах повышенного давления в условиях неоднородного электрического поля, а также плазмы емкостного и коронного барьерного разрядов.

3). Исследование эксиламп с известными рабочими средами, возбуждаемыми тлеющим, одно- и двухбарьерным разрядами, в частности, исследование зависимости эффективности излучения эксиламп тлеющего разряда от удельной мощности возбуждения и давления рабочей смеси; определение влияния частоты следования и формы импульсов напряжения, а также однородности горения разряда на эффективность работы эксиламп барьерного разряда; выявление факторов, определяющих условия формирования однобарьерного разряда в ксеноне и величину эффективности излучения димеров ксенона

4). Исследование режимов возбуждения и эмиссионных свойств плазмы сильноточного искрового разряда в тяжелых инертных газах в УФ области спектра.

5). Исследование закономерностей формирования разряда и динамики мощности излучения в эксилампах, возбуждаемых барьерным разрядом.

6). Разработка методик расчета:

а) мгновенных значений мощности и энергии возбуждения в емкостном, барьерном, коронном барьерном разрядах;

б) спектрального распределения энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах.

Основным методом исследований являлся физический эксперимент, направленный, во-первых, на поиск новых газофазных рабочих сред с энерговводом посредством электрического разряда, обеспечивающих расширение спектрального состава, а также увеличение энергетических характеристик и эффективности излучения; во-вторых, на оптимизацию режимов возбуждения рабочих сред, включая режимы, ранее не использовавшиеся для этой цели, исследование физических процессов в рабочих средах и определение выходных характеристик источников излучения. При проведении экспериментов использовались стандартные методики регистрации тока и напряжения на газоразрядном промежутке, определения спектраль-

ных и энергетических характеристик излучения с использованием современных измерительных приборов. В ряде случаев были использованы оригинальные методики и способы регистрации: расчет мгновенных значений мощности и энергии возбуждения в емкостном, барьерном, коронном барьерном разрядах; расчет спектрального распределения энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах. Для регистрации импульса тока в наносекундном импульсном разряде был использован датчик тока, собранный на полосковых линиях. Для регистрации временного хода мощности импульса излучения в ВУФ области спектра применялся оригинальный коаксиальный фотоэлемент с медным катодом, собранный на базе серийного прибора ФЭК-22.

Положения, выносимые на защиту:

1). В активных средах на основе смесей инертных газов (Не, >1е, Аг) с трифторидом азота (полное давление смеси 90-150 Тор; содержание №3 15-30 %) при накачке самостоятельным разрядом инверсная населенность достигается, во-первых, за счет заселения верхнего лазерного уровня в процессе прямого электронного возбуждения, во-вторых, за счет столкновительной разгрузки нижнего лазерного уровня в реакциях с участием ЫБз. Электроотрицательная добавка-трифторид азота не только опустошает нижний лазерный уровень, но и увеличивает мощность накачки. Режим многоволновой генерации достигается в активных средах: Ые — №3 — N2 (линии X — 585.3 нм Ые I и X = 337.1 нм N2); Не — — N2 (линии X = 706.5 нм Не I\Х = 703 нм Р1, X = 337.1 нм Ы2); Ие — №3 (линии X = 540.1 нм и X = 585.3 нм N61).

2). В лампах емкостного разряда использование в качестве рабочей среды:

— смесей паров йода с ксеноном и гелием позволяет увеличить в несколько раз мощность и эффективность излучения атомарной линии йода X = 206.2 нм;

— смеси аргона с азотом позволяет, в отличие от электроразрядного ^-лазера, увеличить до двух раз удельную мощность и эффективность излучения на (2+) системе азота;

— природного газа обеспечивает свечение полос (4+) системы СО в области 150-200 нм с мощностью до 5 мВт/см2 при эффективности до 2 %.

3). В двухбарьерных КгС1- и ХеС1-эксилампах возбуждение короткими импульсами напряжения (длительность по основанию ~ 2 мкс, длительность нарастания и спада ~ 0.2 мкс) обеспечивает формирование микроразрядов конусообразной формы — пространственных зон разряда с высокой (доли-единицы кВт/см3) удельной мощностью возбуждения, что является необходимым условием полу-

чения высокой (до 12%) эффективности излучения. Равномерное распределение той же вводимой мощности возбуждения по всему объему в условиях однородного разряда приводит к снижению, как удельной мощности возбуждения, так и эффективности излучения.

4). В KrCl-, XeCl- и XeBr-эксилампах, возбуждаемых барьерным разрядом, переход к установившейся стадии разряда происходит за время около одной секунды, в течение которого имеет место последовательность нескольких стадий развития разряда. Перед формированием установившейся стадии регистрируется искровая стадия, при которой наблюдаются яркие ветвистые каналы (искры). Использование «дежурного» разряда позволяет избежать искровой стадии при включении эксилампы и, соответственно, уменьшения мощности излучения эксилампы в этот промежуток времени.

5). Плазма высоковольтного наносекундного разряда в тяжелых инертных газах атмосферного давления является источником мощного узкополосного (АХ ~ 1 нм) и широкополосного (АХ ~ 20 нм) спонтанного излучения в ВУФ области спектра. В эмиссионном спектре газоразрядной плазмы чистых инертных газов в спектральном диапазоне от 120 до 850 нм до 90 % энергии излучения сосредоточено в полосах переходов димеров инертных газов, а удельная мощность излучения достигает 500, 350 и 100 кВт/см3 в ксеноне, криптоне и аргоне, соответственно. При возбуждении бинарных смесей аргона и криптона с малыми (-0.01%) добавками ксенона формируется узкополосное излучение на X ~ 147 нм гетероядерных димеров АгХе* и КгХе*.

6). В источнике оптического излучения УФ диапазона с использованием азота, возбуждаемого высоковольтным наносекундным разрядом, достигается мощность излучения на переходах (2+) системы азота 120 кВт. Низкая (менее 0.03 %) эффективность излучения азота при данных условиях возбуждения является следствием малой (не более 3 не) длительности фазы эффективной наработки молекул азота в состоянии С3П„. Динамика населенности данного состояния на спаде импульса излучения определяется радиационным распадом и столкнови-тельным тушением состояния С3Пи.

7). В искровом разряде в ксеноне режим с импульсом тока без осцилляции обеспечивает увеличение пиковой мощности излучения на ~ 30 %. В режиме свободного расширения плазмы достигается плотность мощности УФ излучения

плазмы разряда до ~1 МВт/см2 на внешней границе плазменного образования. Форсирование возбуждения газа на начальном этапе искрового разряда обострением (менее 1 мкс) фронта импульса тока и ограничение расширения токового канала стенками колбы обеспечивают увеличение плотности мощности излучения на внешней поверхности колбы лампы до 400 кВт/см2 за счет снятия ограничения, накладываемого эффектом обратимой непрозрачности кварца. В искровом разряде в ксеноне при удельной мощности ~ 100 МВт/см3 основной вклад в эмиссионный спектр излучения вносят фоторекомбинационные переходы из квазиконтинуальных состояний одно- и двухкратных ионов ксенона.

Достоверность защищаемых положений и выводов диссертации обеспечивается:

Комплексным характером исследований при взаимном соответствии результатов экспериментов и теоретического анализа исследуемых явлений:

— зависимости эффективности излучения Хе2- XeCl-эксиламп барьерного разряда от удельной мощности возбуждения;

— спектрального состава и мощности излучения искровых источников;

— использования высоковольтных наносекундных разрядов для накачки лазеров и возбуждения эксиламп с рабочими средами, в которых излучающие частицы возникают в стадии рекомбинации плазмы;

— величин мощности излучения на димерах криптона в плазме диффузных разрядов атмосферного давления.

Воспроизводимостью результатов измерения величин тока и напряжения, а также их временной формы (погрешность калибровки и время нарастания переходной характеристики делителей напряжения и токовых шунтов не превышали 10 % и ~ 250 пс, соответственно).

Воспроизводимостью результатов измерения мощности и энергии как лазерного, так и спонтанного излучения:

— погрешность измерения мощности и энергии лазерного излучения не превышала 10 % при использовании приборов ИМО-2Н, ИКТ-1Н (положение 1);

— получением равноценных данных в пределах доверительного интервала (18 %) при использовании различных методик при измерении энергии полихроматического излучения [71] (положения 2, 6, 7);

— погрешность измерения величины плотности мощности с помощью фотоприемника С8026 Hamamatsu Photonics составляла от 8 до 10 % в зависимости от выбора фотоприемной головки (положение 3)\

— погрешность измерения величины энергии излучения фотоприемником «OPHIR» (Ophir Optronics LTD, Inc.) не превышала 5 % (положение 5).

4). Совпадением в пределах ~ 5 % измерений величины средней мощности возбуждения в эксилампах барьерного разряда тремя независимыми способами [49] (положения 2, 3).

5). Однотипностью регистрируемой закономерности развития барьерного разряда во всех исследованных рабочих средах (положение 4).

6). Согласием полученных результатов с данными других авторов при близких экспериментальных условиях, в частности, согласием по основным закономерностям зажигания диффузных разрядов в газах повышенного давления при высоком перенапряжении’4, величине эффективности излучения в ксеноне при возбуждении коронным разрядом15, условиям достижения максимальной эффективности KrCl-эксилампы барьерного разряда16.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1). Определен механизм достижения инверсной населенности в активных средах Не (Ne, Ar) — NF3 при накачке сильноточным объемным разрядом. Экспериментально реализован режим многоволновой генерации в активных средах Ne — NF3, Не (Ne) — NF3 — N2, Не — NF3 — НС1 (Авторские свидетельства: № SU 1455962, приоритет от 29.06.87; №SU1748599, приоритет от 19.01.90)

2). Предложены и экспериментально реализованы более эффективные по сравнению с ранее использовавшимися рабочие среды газоразрядных источников спонтанного излучения ([положение 2):

а) смеси Хе — 12, Не — 12, Хе — Не — 12 йод-содержащих ламп, обеспечивающих увеличение мощности излучения в УФ области спектра (Патенты: №RU 2151442 С1, приоритет от 18.02.98; № RU 2154323 С1, приоритет от 1.06.98.);

б) смесь Аг — N2, позволяющая увеличить мощность и эффективность излучения на (2+) системе азота при возбуждении емкостным и барьерным разрядами по

4 Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при

больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов // УФН. -1990. Т. 160. В. 7.- С. 49-82.

15 Salvermoser М., Mwmck D.E. Efficient, stable, corona discharge 172 nm xenon excimer light source // J. of

Appl. Physics. — 2003. V. 94. No. 6. — P. 3722 -3731.

16 Rahmani В., Bhosle S„ Zissis G. Dielectric-Barrier-Discharge Excilamp in Mixtures of Krypton and Molecular

Chlorine // IEEE Trans, on Plasma Science. — 2009. V. 37. No. 4. — P. 546-550.

сравнению с результатами, получаемыми в чистом азоте; в) природный газ для получения свечения полос (4+) системы СО в области 150 — 200 нм с мощностью до 5 мВт/см2 и эффективностью до 2 %.

Определено влияние формы, частоты импульсов возбуждения и степени однородности барьерного разряда на эффективность работы KrCl-, ХеС1-эксиплексных барьерных ламп. Установлено, что наличие микроразрядов является необходимым условием получения высокой эффективности излучения в данных эксилампах (положение 3).

Установлена динамика формирования барьерного разряда и мощности излучения в KrCl-, XeCl-, XeBr-эксилампах (положение 4).

Для возбуждения источников спонтанного излучения предложены и экспериментально реализованы:

а) высоковольтный наносекундный разряд в инертных газах повышенного давления для получения мощного ВУФ излучения гомо- и гетероядерных ди-меров инертных газов (положение J);

б) емкостной и коронный барьерный разряды для получения спонтанного излучения эксимерных и эксиплексных молекул.

В диффузном разряде атмосферного давления получена интенсивная люминесценция на переходах димеров тяжелых инертных газов и на X ~ 147 нм гетероядерных димеров АгХе* и КгХе*. Обоснована перспективность использования плазмы данного разряда в качестве активной среды лазера в ВУФ области спектра на переходах димеров криптона и молекул АгХе* и КгХе» (положение 5). В плазме высоковольтного наносекундного разряда спектральными методами проведены измерения концентрации электронов и оценки температуры электронов (положение 6).

Реализован режим искрового разряда с импульсом тока без осцилляций, что обеспечило более высокие энергетические параметры излучения искровой лампы (Patent No. US 7, 221,100 В2, опубл. US 2007/0035256 A1 15.02.2007; патент на полезную модель № RU46402 U1, приоритет от 22.02.2005). Установлены оптические переходы, ответственные за формирование спектра излучения плазмы искрового разряда в ксеноне (положение 7).

Научная ценность полученных результатов состоит в том, что:

Разработаны физические основы создания электроразрядных лазеров на атомарных переходах инертных газов, в том числе в многоволновом режиме. Эксперимен-

тально продемонстрирована возможность столкновительной очистка НЛУ в плазмохимических реакциях с участием галогеноносителя ^з (положение 1).

2). Расширен класс излучательных сред газоразрядных источников излучения -предложен ряд новых рабочих сред, обеспечивающих увеличение выходных характеристик источников спонтанного излучения в УФ и ВУФ областях спектра (положение 2).

3). Установлена физическая причина зависимости эффективности излучения КгС1-, ХеС1-эксиламп барьерного разряда от формы, частоты импульсов возбуждения, а также степени однородности горения разряда (положение 3).

4). Установленная закономерность формирования разряда в КгС1-, ХеС1-, ХеВг-эксилампах барьерного разряда может проявляться для барьерного разряда и в других газовых средах (положение 4).

5). Экспериментально реализовано возбуждение ряда рабочих сред некоторыми типами самостоятельного разряда, ранее не использовавшимися для этой цели: высоковольтным наносекундным разрядом, емкостным и коронным барьерным разрядами (положение 5).

6). Экспериментально показана возможность зажигания диффузного разряда в тяжелых инертных газах при повышенных давлениях без источника предварительной ионизации. На этой основе получено мощное спонтанное излучение, а также указана возможность получения индуцированного излучения на димерах криптона и молекул АгХе* и КгХе* с электроразрядной накачкой (положение 5).

7). Экспериментально продемонстрирована возможность увеличения эффективности энерговвода и эффективности излучения димеров инертных газов при возбуждении коронным барьерным разрядом по сравнению с режимом возбуждения коронным разрядом постоянного тока.

8). Спектральными методами получена информация о концентрации и температуре электронов плазмы высоковольтного наносекундного разряда в гелии и азоте (положение 6).

9). Ряд экспериментальных результатов, полученных в рамках настоящей работы, стимулировал выполнение теоретических исследований нескольких проблем, актуальных с точки зрения создания газоразрядных источников излучения:

— моделирование процесса развития разряда в неоднородном электрическом поле в однобарьерных Хе2-эксилампах;

— моделирование Ь-эксилампы тлеющего и емкостного разрядов;

— исследование влияния удельной мощности возбуждения на эффективность KrCI-, XeCI- и Хе2-эксиламп барьерного разряда;

— определение физической причины формирования микроразрядов наблюдаемой в эксперименте конусообразной формы;

— определение основных физических процессов, приводящих к формированию спектра излучения искровой ксеноновой лампы;

— анализ возможности получения лазерной генерации в криптоне и ксеноне повышенного давления при накачке высоковольтным наносекундным разрядом.

Практическая значимость работы состоит в том, что: Существенно улучшены выходные параметры эксиламп:

а) в KrCI- и Хег-эксилампах барьерного разряда достигнута средняя плотность мощности излучения до 100 мВт/см2 и 120 мВт/см2, соответственно; созданы KrCI-, Хе2-эксилампы барьерного разряда с мощностью излучения до 100 Вт, 50 Вт, соответственно;

б) в йодных лампах емкостного разряда при плотности мощности до 10 мВт/см2 достигнут ресурс работы не менее 500 часов;

в) созданы эксилампы тлеющего разрйда мощностью на молекулах KrCI* —1.5 кВт, XeCI* -1.1 кВт.

Созданы конструкции эксиламп барьерного разряда, пригодные для практического применения (Патенты: № RU 2195044 С2, приоритет от 01.02. 2001; № RU 2281561 С1, приоритет от 23.12.2004; № RU 2291516 С2, приоритет от 18.03.2005; Patents: Application number FR 20040006018 20040603, publication number FR3871290, publication date 09. 12. 2005; Application number W02005FR01361 20050602, publication number W02006000697, publication date 05.01.2006; Japanese Patent No. 3887641, issued on 1.12.2006); создана эффективная воздушная система охлаждения барьерных эксиламп (Патент на изобретение № 2310947, приоритет от 28.03.2006).

Созданы импульсные источники спонтанного излучения с повышенной плотностью мощности излучения:

а) на димерах инертных газов при возбуждении высоковольтным наносекундным разрядом — до 1МВт/см3;

б) на основе искрового разряда в ксеноне — до 700 кВт/см2 на внутренней и до 400 кВт/см2 на внешней поверхности колбы;

в) на основе однобарьерного разряда — до 1.1 кВт/см2.

4). Разработанные источники излучения были использованы на практике:

а) Хег-, KrCl-, XeCl-эксилампы барьерного разряда применялись: при разработке технологических процессов по изготовлению полупроводниковых приборов; при воздействии на поток природного газа и для облучения мета-нольных растворов (ООО «Томскнефтехим», г. Томск); при разработке высоковольтных коммутаторов на основе кристаллов алмаза (компания Alameda Applied Science, г. Сан-Леандро, США); при создании облучателей, используемых в медицине (компания DermOptics SAS, г. Ницца, Франция);

б) импульсная искровая ксеноновая лампа применялась при исследовании процессов формирования наночастиц железа и углерода в результате фотолиза пентакарбонила железа и недокиси углерода;

в) созданный на основе однобарьерной ксеноновой эксилампы фотореактор был использован для воздействия на жидкости и газы.

5). Разработанные методики расчета мгновенных величин мощности и энергии возбуждения как функций времени в безэлектродных типах разрядов, а также расчета спектрального распределения энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах применимы при проведении исследований не только эк-силамп, но и других объектов, в которых требуется определение указанных параметров.

Сведения о внедрении результатов и предложения по их использованию.

При участии автора созданы и внедрены лазеры ДИЛАН, ЛИДА-Т, импульсная ксеноновая лампа, а также различные эксилампы, которые были переданы в научные и коммерческие организации, как в России, так и за рубежом (всего более 200 шт.). Так, лазер ДИЛАН был внедрен: в отделе высоких плотностей энергии ИСЭ СО АН СССР, г. Томск, (1988 г.), в Институте кардиологии ТНЦ АМН СССР, г.Томск, (1989 г.), на кафедре физики плазмы Томского государственного университета, г. Томск, (1988 г.). Лазер ЛИДА-Т был внедрен в Институте общей физики АН СССР, г. Москва, (1990 г.). Импульсная ксеноновая лампа внедрена в Институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, г. Москва, (2004 г.). Импульсные одно- и двухбарьерные KrCl-эксилампы переданы в компанию Alameda Applied Science (CA USA) в рамках контракта в 2000 г. Эксилампы барьерного и емкостного разряда переданы в компанию DermOptics SAS (г. Ницца, Франция) в 2003 г., в ЗАО «ИЦ Эксимер», г. Санкт-Петербург (2007 г.), в компании USHIO Inc.,

Япония (2004 г.), Sen Engineering CO., LTD, Япония (2003 — 2009 гг.). Акты внедрения включены в Приложение диссертации.

Созданные при проведении настоящей работы эксилампы были также использованы в НИИ полупроводниковых приборов (г. Томск) при разработке технологических процессов по изготовлению полупроводниковых приборов на основе GaAs17. Результаты работы были также востребованы компаниями Heraeus Noble Light GmbH, Германия (1999 г.) и USHIO Inc., г. Хиого, Япония (2004 г.) — мировыми лидерами по производству светотехнической продукции, включая эксилампы. Созданные образцы KrCl-и Хе2-эксиламп были успешно использованы для воздействия на поток природного газа и для облучения метанольных растворов18. Созданные установки использовались также в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ студентами Томского государственного университета.

Полученные результаты могут быть использованы при создании электроразрядных лазеров на атомарных переходах инертных газов, мощных эффективных эк-силамп непрерывного и квазинепрерывного действия, а также газоразрядных источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности.

1). Проектами РФФИ: «Эффективное излучение эксиплексных молекул в электроразрядной плазме низкого давления», № 96-02-16668-а (1996-1998 гг.); «Исследование и создание эффективных газоразрядных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра», № 05-08-33621-а (2005-2007 гг.);

2). Проектом INTAS № 96-0351 (1997 — 1999 гг.);

3). Проектами МНТЦ (ISTC): № 1270 (2001-2003 гг.), № 2706 (2004-2006 гг.), № 3583р (2007-2010 гг.);

4). Проектами IPP-CRDF № В506095 (2000-2001 гг.); CRDF № RP2-538-TO-02 (2002-2005 гг.);

» Tarasenko V.F., Kagadei V.A., Lomaev M.I. et at. Application of KrCl excilamp for cleaning GaAs surfaces using atomic hydrogen // Proc. SPIE. -1998. V. 3274. — P. 323-330.

18 Воздействие мощного ультрафиолетового излучения на поток природного газа в проточном фотореакторе / Ю.В. Медведев, В.Г. Иванов, Н.-И. Середа и др.// Наука и техника газовой промышленности. — 2004. № 3. — С. 83-87; Облучение метанольных растворов Хе2- и KrCI-эксилампами барьерного разряда / Ю.В. Медведев, Ю.И. Полыгапов, В.И. Ерофеев и др.// Газовая промышленность. — 2005. № 2. — С. 63-65.

5). Средствами по контрактам с зарубежными компаниями: Heraeus Noblelight GmbH, Германия (2 контракта, 1999 г.); Alameda Applied Sciences Corporation, США (3 контракта, 1999-2000 гг.); DermOptics SAS, Франция (2 контракта, 2003-2005 гг.); USHIO Inc., Япония (2004 г.); Sen Engineering CO., LTD, Япония (12 контрактов, 2003-2009 гг.);

6). Средствами по хоздоговорам с российскими партнерами: Институтом теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, г. Москва (2003-2004 гг.); Физическим Институтом РАН в рамках программы «Фундаментальные проблемы нано- и пикосекундной электроники большой мощности», г. Москва (2005 г.); ЗАО «ИЦ Эксимер», г. Санкт-Петербург (2007 г.)

Личный вклад автора. В исследованиях, представленных в диссертации, автору принадлежит выбор направлений исследования в рамках общего направления и постановка задач, анализ и интерпретация полученных результатов. Результаты исследований получены автором лично или при его определяющем участии. На различных этапах в работе принимали участие сотрудники ЛОИ ИСЭ СО РАН: А.Н. Панченко, B.C. Скакун, Д.В. Шитц, М.В. Ерофеев, Э.А. Соснин — при исследовании эксиламп барьерного, емкостного и тлеющего разрядов; Е.Х. Бакшт, Д.В. Рыбка — при проведении исследований искровой лампы, а также эксиламп при возбуждении высоковольтным наносекундным разрядом при большом перенапряжении. B.C. Скакун и автор настоящей работы предложили в 1998 г. использовать емкостной разряд для возбуждения эксиламп. Моделирование ряда эксиламп УФ и ВУФ диапазонов, а также источника излучения на основе искрового разряда было выполнено A.M. Бойченко, С.И. Яковленко, А.Н. Ткачевым (сотрудники Института общей физики РАН, г. Москва). Моделирование усилительных свойств плазмы ОРИПЭЛ в криптоне было выполнено Г.Н. Зверевой (ГОИ им. С.И. Вавилова, г. С.-Петербург). Автор работы получил полезные консультации от С.Д. Коровина (ИСЭ СО РАН, г. Томск) при разработке методики определения энерговвода в барьерном разряде, а также от A.M. Янчариной (СФТИ им. В.Д. Кузнецова, г. Томск) при освоении методики измерений концентрации и температуры электронов спектральными методами. В разработке методики расчета спектральной плотности мощности в абсолютных единицах автору принадлежат идея и вывод используемых аналитических выражений. Решающее влияние на выбор общего направления исследований и возможность проведения большинства исследований, результаты которых представлены в настоящей работе, было оказано заведующим ЛОИ ИСЭ СО РАН В.Ф. Тарасенко.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и симпозиумах: Всесоюзном совещании «Инверсная населенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» (г. Томск, Россия, 1986 г.); Всесоюзном семинаре «Процессы ионизации с участием возбужденных атомов» (г. Ленинград, Россия, 1988 г.); VI Всесоюзной конф. «Оптика лазеров» (г. Ленинград, Россия, 1990 г.); Международной конф. «Laser Optics» (С.-Петербург, Россия, 1993 г.); I—IX Международных конф. «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (г. Томск, Россия, 1992, 1995, 1998, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.); IX конф. по физике газового разряда (г. Рязань, Россия, 1998 г.); 10-й международной конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов (г. Томск, Россия, 1999 г.); the 5m (2000 г.) and 7~ (2004 г.) Russian-Chinese Symp. on Laser Physics and Laser Technologies (Tomsk, Russia); международной конф. «LASE 2003» (Photonics West, San Jose, CA USA, 2003 г.); XIV (Liverpool, UK, 2002 г.), XV (Toulouse, France, 2004 г.), XVI (Xi’an, China, 2006 r.) Intern. Confer, on Gas Discharges and their Applications; the VIII (Greifswald, Germany, 1998 г.), IX (Ithaca, NY, USA, 2001 r.) and XI (Shanghai, China, 2007 r.) Intern. Symp. of Science and Technology of Light Sources; 13- — 15ш Intern. Symp. on High Current Electronics (Tomsk, Russia, 2004, 2006, 2008 гг.); 13ш Intern. Conf. on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Tomsk, Russia, 2006 г.); X Intern. Conf. on Gas Discharge Plasma and Their Technological Applications (Tomsk, Russia, 2007 г.); XVI IEEE Intern. Pulsed Power and Plasma Science (PPPS) Conf. (Albuquerque, New Mexico, 2007 г.); 9й Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, Russia, 2008 г.); the 35a IEEE Intern. Conf. on Plasma Science (ICOPS) (Karlsruhe, Gennany, 2008 г.); 24th Summer School and Intern. Symp. on the Physics of Ionized Gases (SPIG) (Novi Sad, Serbia, 2008 г.); на X Харитоновских чтениях — международной конф. «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергии», РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров, Россия, 2008 г.); на Симпозиуме «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ — 2008) (г. Лоо, Россия, 2008 г.); the VII Intern. Conf. on High — Power Laser Ablation (Taos, NM, USA, 2008 г.); the 11- Intern. Symp. on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (Hakone XI) (Oleron Island, France, 2008 г.); the 36-Intern. Conf. on Plasma Science (ICOPS) (San Diego, CA, USA, 2009 г.); the 17- IEEE Intern. Pulsed Power Conf. (PPC) (Washington, USA, 2009 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано более 100 работ, включая более 90 в журналах из списка ВАК и 17 патентов, из них 4 международных.

Структура и объём диссертации. Диссертация включает Введение, 6 глав, Заключение, Приложение, список литературы из 377 наименований, из них 73 — работы автора. Объём диссертации составляет 346 страниц, включая 149 рисунков и 12 таблиц.

Краткое содержание работы.

Во Введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель, задачи работы, научная ценность и практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту. Приводятся сведения об апробации, внедрении и практической реализации работы, демонстрируется место и значимость работы в решении крупной научно-технической задачи — исследовании и создании газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения с рабочими средами на основе инертных газов и их смесей с галогенами.

В первой главе приводится анализ основных экспериментальных и теоретических работ по исследованию генерации в ППЛ при накачке электронным пучком и электрическим разрядном (п. 1.1), источников спонтанного УФ и ВУФ излучения на основе рабочих сред, состоящих из инертных газов или их смесей с галогенами (п. 1.2), а также источников спонтанного излучения с повышенной импульсной мощностью (п. 1.3); приведен анализ литературных данных по преимуществам и недостаткам методик определения параметров энерговвода в газоразрядную плазму, измерению энергетических характеристик излучения, а также измерению концентрации пе и температуры Те электронов в плазме спектральными методами (п. 1.4). В заключении главы обосновывается постановка основной задачи исследования (п. 1.5).

Во второй главе описаны используемые в работе методики измерения тока разряда и напряжения на разрядном промежутке, спектральных, энергетических и амплитудно-временных параметров лазерного и спонтанного излучения, определения пе и Тс электронов плазмы разряда спектральными методами, оригинальные методики расчета параметров возбуждения в безэлектродных лампах [49], а также расчета спектрального распределения мощности и энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах [71] (п. 2.1), использованные экспериментальные установки (п. 2.2), анализируются источники и оцениваются основные погрешности измерений (п. 2.3).

Методика расчета параметров возбуждения в безэлектродных лампах [49] основана на определении падения напряжения Uc (t) и активной составляющей тока в разрядном промежутке /¿(t). UG(t) рассчитывается с учетом падения напряжения на диэлектрическом барьере, a IA(t) может быть определена с использованием эксперимен-

тально регистрируемого полного тока в разрядном контуре /(С):

где С0,Сс, соответственно, емкости диэлектрического барьера(ов) и газового промежутка, I/- напряжение на электродах лампы.

При расчете спектрального распределения мощности и энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах [71] используются экспериментально регистрируемое спектральное распределение энергии излучения в относительных единицах А(Х) и расчетный размерный коэффициенту, связывающий величины и>(А.) и А(к):

Коэффициент у рассчитывается с использованием сигнала с фотоэлектрического приемника с известной в абсолютных единицах кривой спектральной чувствительности, не выходящей за границы регистрируемого спектра.

В третьей главе изложены результаты исследования механизма достижения инверсной населенности в активных средах Я — ЫР3 (Я = Не, Ые, Аг), предложенных и экспериментально реализованных в5, а также исследования генерации в активных средах II-№3-N2, Не-№з-НС1 при накачке самостоятельным разрядом

в одно- и многоволновом режиме (п. 3.1, п.3.2). Упрощенная диаграмма энергетических уровней и лазерных переходов в гелии, неоне и аргоне приведены на рис. 1.

Из анализа амплитудно — временных и спектральных характеристик люминесценции и лазерной генерации, импульсов возбуждения в смесях Я — №3 и Ые — Н2 [19-23], результатов измерений пе и Те газоразрядной плазмы [24], а также результатов экспериментов по влиянию добавок N2 в смеси Не СЫе)-ЫРз, способа накачки и литературных данных определен механизм достижения инверсной населенности в активных средах Я — №3 [29]. Установлено, что девозбуждение НЛУ в смесях К — №3 осуществляется столкновительно, посредством гарпунных реакций (3) и пеннин-

Рис. 1. Упрощенная диаграмма энергетических

уровней и лазерные переходы в гелии, неоне и ГОВСКОЙ ионизации (4)

(за исключением смеси Аг — с участием молекул №3, а накачка ВЛУ происходит преимущественно в процессах электронного возбуждения при накачке самостоятельным разрядом:

Я* + Л^з -» Я + + е, (4) где Я, Я*- атом инертного газа в основном состоянии и в состоянии НЛУ, соответственно.

Показано, что при добавках N2 в смесь N6 -№3 имеет место генерация не только на линии 1 = 585.3 нм неона, но и на А. = 337.1 нм (2+) системы ^(рис. 2), а в смеси Не — N7 на линиях X = 706.5 нм гелия, X = 337.1 нм N2, а также линии атомарного фтора X = 703.7 нм Р I [6]. Многоволновый режим с изменением спектрального состава импульса излучения при столкновительной разгрузке НЛУ был реализован также в активной среде Не — №3 с добавками НС1 [7]. Регистрация излучения одновременно на X = 585.3 нм неона (X = 706.5 нм гелия) и X = 337.1 нм (2+) системы азота подтверждает вывод о доминирующей роли процессов возбуждения в заселении ВЛУ при накачке активных сред №(Не) — №3 самостоятельным разрядом, поскольку известно, что в азотном лазере накачка ВЛУ осуществляется посредством электронного возбуждения.

В четвертой главе приведены результаты исследования рабочих сред и источников спонтанного излучения в УФ диапазоне спектра, а также динамики развития разряда и, соответственно, излучения в эксилампах барьерного разряда, обобщенные нами в обзорах [54, 3, 72, 4]. В п. 4.1 приведен анализ особенностей возбуждения эксиламп электродными и безэлектродными типами разрядов. В п. 4.2 представлены результаты исследований КгС1-, ХеС1-эксиламп тлеющего и барьерного разрядов. При исследовании эксиламп тлеющего разряда эффективность излучения молекул ХеСГ (~ 10 %) была достигнута при давлении 0.5 — 2 Тор и удельной мощности возбуждения 0.3 Вт/см3 [35]. Анализ основных процессов, ответственных за образование молекул ХеСГ, показал, что основным каналом их образования является гарпунная реакция. Вклад ион-ионной рекомбинации не превышает нескольких процентов. На основе данных результатов были созданы эксилампы тлеющего разряда с мощностью излучения на молекулах КгС1 1.6 кВт и на молекулах ХеС1 1.1 кВт [53, 56].

При использовании барьерного разряда были проведены исследования влия-

Рис. 2. Осциллограммы импульсов напряжения (1), лазерного излучения на 337.1 нм (2) и X = 585.3 нм (3) в смеси = 6:5:2 при полном

давлении 130 Тор.

ния частоты повторения и формы импульсов возбуждения, состава и давления рабочей смеси на выходные параметры эксиламп. Установлено, что при возбуждении КгСГ-эксилампы одно — и двухполярными импульсами напряжения длительностью по основанию ~ 2 мкс при частотах повторения 10 — 100 кГц имеет место некоторое преимущество по эффективности излучения (на ~ 30 % для одинаковых величин удельной мощности возбуждения) относительно режима возбуждения при синусоидальной форме импульсов напряжения [50, 54]. При исследовании влияния давления на эффективность излучения установлено, что в условиях однородного горения разряда при полном давлении 100 Тор в смеси Кг/С12 = 400/1 эффективность излучения в 2-3 раза ниже относительно режима работы, при котором в разрядном объеме наблюдаются диффузные микроразряяды. Физической причиной наблюдаемых отличий эффективности излучения, как в зависимости от режима возбуждения, так и давления среды является разница в степени однородности горения разряда, определяющая пространственное распределение мощности и энергии возбуждения. Величина удельной энергии УКуд, вложенной за один период в единицу объема плазмы в барьерном разряде, определяется удельной емкостью диэлектрических барьеров лампы С0, зазором газового промежутка

При характерных для барьерных ламп имдх ~ 5 кВ, (I ~ 5 мм величина №уд составляет ~ 20-40 мкДж-см»3. При длительности протекания тока в отдельном микроразряде ~ 50 не средняя мощность в течение отдельного импульса возбуждения составляет ~ 400-800 Вт-см»3 для условий равномерного распределения вводимой мощности по объему. Однако, в случае наличия микроразрядов энерговклад осуществляется преимущественно в зонах, занимаемых микроразрядами. Объем данных зон составляет единицы — десятки процентов от общего разрядного объема. Соответственно, в объеме микроразрядов удельная мощность возбуждения может достигать единиц-десятков кВт-см’3. Моделирование влияния величины мощности возбуждения на эффективность работы барьерных эксиламп на рабочих средах Хе и Хе-С12, близкой по свойствам к смеси Кг-СЬ, также показало, что оптимальная мощность возбуждения чистого ксенона составляет 16-160 Вт/см3, в то время как для смеси Хе -С12 ее величина приблизительно в 50 раз больше [59], что совпадает с результатом анализа полученных нами экспериментальных данных.

Одним из факторов, влияющих на условия формирования отдельного микроразряда, эффективность и мощность излучения эксилампы, является частота

разряды появляются в плазме разряда при частоте следования импульсов возбуждения ~ 1 кГц. Наиболее вероятной причиной формирования ярко светящего отдельного микроразряда (кадр 2 на рис. 3) можно считать влияние остаточной концентрации электронов. При частоте ~ 1 кГц и, соответственно, временном интервале между импульсами возбуждения ~ 1 мс остаточная концентрация электронов в зоне микроразряда достаточна для того, чтобы очередной пробой газового промежутка с последующим формированием микроразряда осуществлялся вновь в данной зоне. Изменение внешнего вида, плотности микроразрядов,

Рис. 3. Внешний вид разряда барьерной ХеС1- эксилампы при различных частотах повторения импульсов возбуждения: 1 — 500 Гц; 2 — 1.1 кГц; 3-20 кГц; 4 — 200 кГц.

следования импульсов. С целью определения влияния данного фактора на характеристики лампы частота повторения однополярных импульсов при возбуждении

ХеС1-эксилампы варьировалась нами от 10 Гц до 200 кГц [54]. Явно выделенные микро-

интенсивности свечения отдельного микроразряда и, соответственно, изменение удельной мощности возбуждения при варьировании частоты следования импульсов влияет на эффективность работы эксилампы (рис. 4).

Одним из достоинств эксиламп, в том числе возбуждаемых барьерным разрядом, по отношению к широко используемым источникам спонтанного излучения на основе парогазовых рабочих сред является отсутствие зависимости зажигания разряда от температуры колбы лампы, а также короткое время разжигания разряда. При изучении динамики формирования установившегося режима (установившейся стадии разряда) нами было установлено (и. 4.3), что характерный временной масштаб выхода эксилампы барьерного разряда после включения на стационарный режим функционирования составляет порядка 0.5-1 с [55, 58, 73]. В течение данного интервала времени имеет место последовательность нескольких стадий развития барьерного разряда (стадии 1-4, рис. 5), сопровождаемая модуляцией средней мощности

Рис. 4. Зависимости мощности возбуждения Рш и эффективности 7 от частоты следования импульсов возбуждения / для ХеС1-эксилампы барьерного разряда.

излучения эксилампы. Смена стадий развития разряда сопровождается немонотонным изменением максимальных значений падения напряжения на лампе и пробивного напряжения газоразрядного промежутка в зависимости от времени после включения [73]. Экспериментально установлено, что использование «дежурного» разряда обеспечивает выход эксилампы на номинальный режим работы без перехода в режим контрагирования и уменьшения средней мощности излучения в первые 100-200 мс после включения эксилампы.

Основной задачей исследований йодсодержащих рабочих сред и источников излучения на их основе в рамках настоящей работы являлось увеличение мощности излучения (п. 4.4). При проведении экспериментов были установлено, что в отличие от традиционных йодсодержащих рабочих сред — паров йода или их смесей с аргоном, наибольшие величины мощности и эффективности (до ~ 12%) излучения при возбуждении емкостным и тлеющим разрядами достигаются в смесях Хе — Ь, Не — Ь, Не — Хе — 12 вследствие предис-социации молекулы Хе1 , а также увеличение температуры электронов в смесях с гелием. При использовании рабочей среды Аг — 12 или только паров йода мощность излучения была значительно ниже. Величина эффективности при этом не превышала ~ 2 -4% [41-43, 8, 9].

При исследовании азотных ламп было установлено, что, в отличие от электроразрядных азотных лазеров, в лампах емкостного и однобарьерного разрядов разбавление азота аргоном позволяет существенно увеличить мощность излучения на (2+) системе азота (п. 4.5). При малом (~ 1.5 %) содержании азота в используемой смеси N2 — Аг основная доля введенной в плазму энергии расходуется на возбуждение атомов аргона, а также на его ионизацию. В этих условиях заселение уровня С3П„ молекулы азота осуществляется преимущественно в реакции резонансной передачи возбуждения: Аг* + N2 —» N2* + Аг, что и является причиной увеличения мощности и эффективности излучения [61].

В пятой главе изложены результаты исследования рабочих сред и газоразрядных источников спонтанного излучения ВУФ диапазона спектра при возбуждении

Рис. 5. Внешний вид барьерного разряда в смеси Кг-СЬ для стадий 1 (а), 2 (б), 3(в) и 4(г).

инертных газов одно- и двухбарьерным разрядом, коронным барьерным разрядом, а также при возбуждении пластового газа емкостным разрядом. Поскольку характер и степень однородности разряда во многом определяют эффективность излучения Хе2-эксиламп, то при их исследовании основное внимание было уделено выявлению, как в эксперименте, так и при моделировании, различных факторов, влияющих на формирование разряда (п. 5.1) [51, 57]. При использовании результатов проведенных исследований были созданы мощная двухбарьерная лампа на димерах ксенона с плотностью мощности до 120 мВт/см2 и излучающей поверхностью 480 см2, однобарьернаые лампы с плотностью мощности до 10-30 мВт/см2, а также фотореактор на их основе [11, 66, 70]. Облучаемые жидкая или газофазная среды могут подаваться в фотореактор при высоком (до 40 атм) давлении.

Одним из эффективных способов возбуждения ксенона является коронный разряд. В п. 5.2 представлены результаты исследования энергетических, спектральных и разрядных характеристик источника излучения на основе импульсной барьерной короны в тяжелых инертных газах. Основной особенностью коронного барьерного разряда с точки зрения возбуждения эксиламп является возможность использования схемы питания без традиционно используемого для коронного разряда постоянного тока ограничительного резистора. Отсутствие потерь на ограничительном резисторе позволяет практически вдвое увеличить значение технической эффективности устройства в целом [82]. В случае одноострийной короны эффективность излучения в ксеноне при давлении 380 Тор составила -45 %. На основе результатов, полученных для одноострйной эксилампы коронного барьерного разряда, была создана эксилампа безоконной конструкции с размером излучающей поверхности 23×23 см2, пригодная для практического применения [67] (п. 5.3).

В п. 5.4 изложены результаты исследования рабочей среды, интенсивно излучающей в ВУФ области спектра на переходах (4+) системы молекулы СО (переход А’П — Х’£+) [105]. Было проведено исследование мощности и спектра излучения на переходах молекулы СО в плазме емкостного разряда в природном газе, окиси углерода, а также в смеси СО и буферных газов Не, N6, Аг. При возбуждении окиси углерода мощность и эффективность излучения ВУФ составляющей спектра не превышали, соответственно, 250 мкВт/см2 и 0.1 %. Добавки инертных газов — Не, Аг не приводили к увеличению данных характеристик. Существенно более высокие энергетические параметры излучения в ВУФ области спектра были получены при использовании в качестве рабочей среды природного (пластового) газа, включавшего метан — 92.34 %, диоксид углерода — 0.39 %, этан — 3.48 %, воду — 0.27 %,

140 150 160 170 180 190 200 . отн. ед. j Длина волны, им

150 200 250 300 350 400 450 500 550

Рис. 6. Обзорный (а) и детальный в ВУФ области (б) эмиссионные спектры излучения емкостного разряда в природном газе при давлении 15 Тор.

пропан — 2.1 %, и-бутан — 0.57 %, н-бутан — 0.52 %, и-пентан — 0.11 %, гексан — 0.04 %. На рис. 6 приведен спектр излучения плазмы разряда. Наибольший уровень плотности мощности излучения в ВУФ области спектра до 5 мВт/см2 при эффективности излучения до 2 % был получен при частоте следования импульсов 100 кГц, средней мощности возбуждения 30 Вт и давлении 15 Тор. Необходимо отметить, что сразу после включения ВУФ излучение практически отсутствовало, а стационарный уровень мощности излучения достигался через ~ 25 минут после включения лампы.

В шестой главе приведены результаты исследования рабочих сред и источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности на основе высоковольтного наносекундного разряда при повышенном давлении, искрового разряда в инертных газах, барьерного разряда с повышенной мощностью и энергией излучения, обобщенные нами в обзоре [5]. В п. 6.1 описаны особенности формирования излучения при повышенных давлении и удельной мощности возбуждения, а также используемые при этом рабочие среды. В п. 6.2 рассмотрены три типа разряда — высоковольтный наносекундный разряд, барьерный, а также сильноточный искровой разряд при высоком давлении, использованные в настоящей работе для возбуждения рабочих сред источников мощного импульсного излучения в УФ и ВУФ областях спектра. Результаты исследования амплитудно-временных и спектральных характеристик излучения при использовании данных разрядов для возбуждения газов повышенного давления приведены в п. 6.3.

В п. 6.3.1 рассмотрены особенности формирования высоковольтного наносекундного разряда, а также характеристики источников спонтанного излучения на их основе. При данном способе возбуждения имеется ряд особенностей, весьма привлекательных с точки зрения создания мощных газоразрядных источников излучения. Среди них следует выделить, во-первых, генерацию пучков убегающих электронов и рентгеновского излучения, что обеспечивает предыонизацию газа и, соответственно, формирование диффузного разряда при повышенных давлениях, в том

числе, в тяжелых инертных газов, что не было реализовано ранее при иных способах зажигания разряда. Во-вторых, удельная мощность возбуждения достигает сотен МВт/см3, что перспективно с точки зрения их использования для получения мощных импульсных потоков излучения в контролируемых и относительно просто повторяемых условиях. Условия формирования разряда данного типа, использованного для возбуждения тяжелых инертных газов, азота и других газов при повышенном давлении были исследованы нами в работах [91-93, 100-102, 104]. В [104] показано, что пиковые величины мощности возбуждения достигают 200 — 300 МВт/см’\ В то же время, длительность фазы возбуждения на данном уровне мощности составляет не более ~ 0.5 не. Это обеспечивает короткую длительность фазы эффективного энерговвода в плазму, после которой уровень мощности возбуждения снижается. По оценкам на основе осциллограмм тока и напряжения на промежутке, приблизительно 50 % от полного энерговклада в плазму осуществляется в течение короткого интервала времени — не более 5-8 не после пробоя газового промежутка. Таким образом, разряды данного типа, формируемые в газах повышенного давления, характеризуются короткой ~ 10-15 не фазой энерговвода и продолжительной — десятки не фазой рекомбинации. Поэтому, в источниках спонтанного излучения с возбуждением данными разрядами наиболее целесообразно использовать рабочие среды, в которых излучающие частицы образуются в стадии рекомбинации плазмы. К ним, в том числе, относятся инертные газы, а также их смеси с галогенами, в которых в данных условиях эффективно нарабатываются, соответственно, димеры и галоиды инертных газов. Короткая длительность импульса возбуждения обеспечивает также возможность получения коротких мощных импульсов излучения в тех рабочих средах, в которых излучающие частицы образуются преимущественно в течение стадии ионизационной неравновесности плазмы, например, азоте.

При возбуждении тяжелых инертных газов — ксенона, криптона и аргона при давлении 0.3 — 2 атм был получен диффузный разряд без источника предварительной ионизации. Разряд формируется в виде совокупности диффузных струй, распределенных по внешней границе усеченного конуса. На электродах, прежде всего на катоде, видны яркие пятна, размер которых не превышает ~ 1 мм. При этом во всех газах было зарегистрировано мощное широкополосное излучение В’£’и —> X g, А 2 и —^ X Е в переходов димеров в ВУФ области спектра, рис. 7. Спектральная плотность мощности широкополосного излучения в УФ и видимой областях спектра составляет единицы-доли процентов от ее пикового значения для вторых

1,00 0,75 0,50 0,25 0,00

Хе 1.2 ати Кг 1.2 атм Ar 1.2 атм

континуумов инертных газов. Энергия излучения димеров ксенона, криптона и аргона составляла не менее 90 % от всей энергии излучения в диапазоне от 120 до 850 нм. Измерения энергии излучения димеров ксенона калориметром OPHIR в полный телесный угол дали величину ~ 40 мДж и импульсную мощность излучения ~500 кВт. При увеличении давле-

Рис. 7. Эмиссионные спектры излучения в ксе- ния в ксеНоне уже при давлениях 3-4 атм ионе, криптоне, аргоне при давлении 1.2 атм.

наблюдаются каналы контракции. Тем не менее, при давлении 12 атм мощное излучение полосы димера ксенона также фиксируется. При этом, несмотря на уменьшение энергии излучения, мощность ВУФ излучения увеличивается с ростом давления ксенона. Максимальная мощность излучения ~ 1 МВт/см3 и наименьшая длительность импульса излучения на полувысоте Г//2 ~ 8 не в ксеноне были получены при давлении 12 атм (рис. 8) [74]. Сокращение длительности и увеличение мощности излучения с ростом давления ксенона связано с увеличением, как скорости формирования димеров ксенона Хе| в реакции трехчастичной ассоциации, так и скорости их безызлучательного тушения. Оценки показывают, что увеличение давления с 1 до 12 атм приводит к увеличению вероятности ухода Хе* в реакцию ассоциации с ~ 3.3-107 с»1 до ~ 5-Ю9 с»1.

Перспективно применение разряда данного типа и для накачки лазеров на димерах инертных газов. Результаты моделирования показывают [75], что при накачке криптона при давлениях 6-7 атм коэффициент усиления может составить

2 4 6 8 10 12 р, атм

Рис. 8. Зависимость мощности и длительности импульса излучения димеров ксенона от давления.

~0.1 см , достаточный для получения генерации. Весьма важные с этой точки зрения результаты были получены также при возбуждении ОРИПЭЛ бинарных смесей аргона и криптона с малыми (-0.01%) добавками ксенона [106]. Проведенные исследования показали, что кроме мощного излучения димеров аргона и криптона регистрируется узкополосное излучение на X ~ 147 нм, которое

принадлежит полосам гетероядерных димеров АгХе и КгХе . Полученные результаты перспективны с точки зрения получения генерации в ВУФ области спектра на X — 147 нм молекул АгХе’и КгХе*.

При возбуждении азота были исследованы временные, энергетические и спектральные характеристики излучения плазмы импульсного наносекундного разряда в азоте в широком (от 0.1 до 12 атм) диапазоне давлений, а также проведено измерение пе и оценка Те электронов плазмы в различных частях разрядного промежутка спектральными методами [96].

Изменение давления р приводило к изменению, как эмиссионных характеристик, так и характера разряда. Как правило, при р > 5-6 атм наблюдается контракция разряда, а при меньших давлениях реализуется диффузный разряд. В случае диффузного разряда максимальная мощность излучения ~ 120 кВт при удельной мощности излучения ~ 50 кВт/см3 достигается при р ~ 0.8 атм.

Основываясь на экспериментальных данных, можно предположить, что основными процессами, определяющими динамику населенности состояния С3Пи молекулы азота N2(0 после спада напряжения являются столкновительное тушение на нижележащие энергетические уровни (6) и радиационный распад (7):

N2 (С) + Щ (X) 2 N2 (X)

Л/2(С)(0 = Л?2(С)(0).ехР(-7тЭфф.расч> гдетэфф.расч. = (8)

N2 (С) + N2 (X) -> N2 (а’) + N2 СX)

N2 (С) -^U N2 (ß) + hv (7)

Из (6) и (7) следует, что N2(C) после спада напряжения экспонициально уменьшается, а эффективное время жизни хэфф данного состояния зависит от давления газа:

^ ^^ 1эфф.расч.-» «эфф.расч. — i

В (6) — (8) тс„, к/, к3 — радиационное время жизни и константы скоростей реакций столкновительного тушения состояния С3Пи; £г= к, + к2 + к3; N2(JQ, N2(a), N2(B) -населенности Х’Е^, cilЕи\ B3ilg состояний соответственно; к — постоянная Больцма-на; Т, р — температура и давление газа. В то же время, аппроксимация части осциллограммы, соответствующей спаду импульса излучения, функцией вида: P(t) = Р(0) ■ ехр(— %фф жспер) позволяет определить величину тзфф ЗКСпер как

функцию давления. На основе удовлетворительного количественного совпадения значений тэфф.Расч. и тэфф экспер. (рис. 9), можно заключить, что населенность N2(Q

Рис. 9. Зависимость экспериментальных г„/„/,.ж™. (1) н расчетных г„/„/,(2) величин эффективного времени жизни состояния С’П„ от давления азота.

на спаде импульса излучения в диффузном разряде определяется радиационным и столкновительным тушением.

Увеличение энергетических параметров излучения может быть достигнуто и при использовании барьерного разряда (п. 6.3.2). В частности, в [48] за счет применения диэлектрического барьера из керамики с диэлектрической проницаемостью -1000 и импульсов напряжения с амплитудой от 30 до 100 кВ в смеси Ne:Kr:Cl2=50:l:l Тор удельная импульсная мощность в плоскости выходного окна лампы составила ~ 1.1 кВт/см2. При этом длительность импульса излучения на полувысоте достигала ~ 100 не.

При исследовании источников спонтанного излучения на основе искрового разряда (п. 6.3.3) основное внимание в работе было уделено увеличению мощности и энергии излучения в УФ области спектра, а также выявлению основных процессов, определяющих спектр излучения плазмы разряда [12, 60, 62-64, 80]. Для зажигания искры использовались, как традиционный LC-генератор с варьируемыми величинами емкости и индуктивности, так и генератор с промежуточным индуктивным накопителем энергии, а также LC-генератор с включением параллельно нагрузке — искровому разряду SOS-диодов (SOS — аббр. от англ. «semiconductor opening

switch»). Это позволяло варьировать режим и энергию возбуждения, а также обеспечило возможность обострения фронта импульса тока и, соответственно, форсирования возбуждения газа на начальном этапе развития искрового разряда. Величина энергозапаса W0 изменялась в разных режимах от 4 до 900 Дж. При оптимальном межэлектродном расстоянии 4 мм в режиме свободно расширяющегося разряда поперечные (600-7оо) ns (1.2-1.3) us (2.7-2.8) us размеры плазменной области в конце

Рис. 10. Фотографии разряда в различные моменты фазы расширения ТОКОВОГО канала СО-времени. С0= 233 пФ, U0= 12 кВ.

ставляли, согласно данным, полученным при фотографировании канала с помощью скоростной камеры SensiCam (рис. 10) [62], также ~ 4 мм. Соответственно, объем возбуждаемой области не превышал ~ 0.05 см3, а удельная мощность возбуждения могла достигать — 100 МВт/см3 и более. Спектр излучения при данных условиях возбуждения характеризуется наличием двух максимумов, границы которых, соответственно, лежат от ~ 200 до ~ 320 нм и от ~ 370 до — 580 нм. Использование генератора с индуктивным накопителем энергии, а также LC-генератора с включением параллельно нагрузке SOS-диодов [12] обеспечило отсутствие пульсаций тока разряда и выделяемой в разряде электрической мощности, что привело к увеличению пиковой мощности и сокращению длительности импульса излучения на полувысоте. Максимальная плотность мощности излучения на поверхности плазмы (~1.3 МВт/см2) вследствие расширения канала разряда достигается раньше, чем пиковая энергетическая сила света разряда. При использовании разряда, ограниченного стенками колбы, и форсировании возбуждения газа на начальном этапе развития искрового разряда обострением (менее 1 мкс) фронта импульса тока достигнуто увеличение плотности мощности излучения на внутренней и внешней поверхностях колбы лампы, соответственно, до ~700 кВт/см2 и ~ 400 кВт/см2 [80]. Увеличение мощности достигнуто за счет снятия ограничения, накладываемого эффектом обратимой непрозрачности кварца.

Оценки температуры, зарядового состава, а также спектра излучения, проведенные с учетом реализующихся в экспериментальных условиях величин удельной мощности и энергии возбуждения, показали, что основной вклад в энергопотери среды в рассматриваемых условиях дают фоторекомбинационные переходы из квазиконтинуальных высоковозбужденных состояний ксенона [80]. В хорошо различимые в экспериментально регистрируемых спектрах континуумы в областях ~ 200 — 300 нм и ~ 390 — 600 нм основной вклад, согласно расчетам, дают фоторекомбинационные переходы одно- и двухкратных ионов ксенона.

В Заключении приведены основные результаты работы.

В Приложении приведено техническое описание и акты внедрения разработанных и созданных электроразрядных лазеров ДИЛАН, ЛИДА, лампы искрового разряда, эксиламп барьерного и емкостного разряда, а также копии дипломов, полученных при экспонировании на российских и международных выставках ряда эксиламп, разработанных при проведении настоящей работы.

Основные результаты работы заключается в следующем:

1). Определен механизм достижения инверсной населенности в активных средах Не (Ые, Аг) — №3 при накачке сильноточным объемным разрядом. Экспериментально реализована столкновительная очистка нижнего лазерного уровня в реакциях гарпунного типа; в активных средах Не (N6) — — N2, N0 — №3 реализован многоволновой режим генерации.

2). Расширен класс излучательных сред газоразрядных источников излучения -предложены и экспериментально реализованы более эффективные по сравнению с ранее использовавшимися рабочие среды, обеспечивающие увеличение выходных характеристик источников спонтанного излучения в УФ и ВУФ областях спектра:

а) к смеси Хе — Ь, Не — 12, Хе — Не — 12 йод-содержащих ламп, обеспечивающих

существенное увеличение мощности излучения на атомарной линии йода X = 206.2 нм;

б) смесь Аг — N2, позволяющая существенно увеличить мощность и эффективность излучения на (2+) системе азота при газоразрядном возбуждении по сравнению с результатами, получаемыми в чистом азоте;

в) при возбуждении емкостным разрядом природного газа обнаружено свечение полос (4+) системы СО в области 150-200 нм с мощностью до ~ 5 мВт/см2 при эффективности до ~ 2 %.

3). Для возбуждения источников спонтанного излучения предложено использовать:

а) высоковольтный наносекундный разряд в инертных газах повышенного давления для получения мощного ВУФ излучения гомо- и гетероядерных ди-меров инертных газов;

б) емкостной и коронный барьерный разряды — для возбуждения люминесценции эксиплексных и эксимерных молекул, соответственно.

Установлено, что возбуждение тяжелых инертных газов высоковольтным на-носекундным разрядом, а также коронным барьерным разрядами имеет ряд преимуществ с точки зрения получения оптического излучения в ВУФ области спектра. В первом случае удается существенно (в ксеноне — до 1 МВт/см3) увеличить мощность излучения. Во втором случае имеется возможность зажигания коронного разряда без ограничительного сопротивления, что практически вдвое (до ~ 40 % в случае возбуждения ксенона) увеличивает величину технического КПД устройства по отношению к ранее полученным результатам при использовании коронного разряда постоянного тока.

Эксилампы емкостного разряда обладают рядом преимуществ по отношению к лампам на иных типах разряда. Так, в отличие от ламп тлеющего разряда, в лампах емкостного разряда отсутствует контакт рабочей среды с металлическими электродами; в емкостном разряде по сравнению с барьерным разрядом реализуются меньшие удельные мощности возбуждения. Оба фактора обеспечивают увеличение — до нескольких тысяч часов ресурса эксиламп емкостного разряда. Экспериментально показана возможность зажигания диффузного разряда в газах при повышенных давлениях (в гелии — до 15 атм) без источника предварительной ионизации при использовании высоковольтных наносекундных импульсов с удельной мощностью и энергией возбуждения, соответственно, до сотен МВт/см3 и~1 Дж/см3. При данных условиях возбуждении в аргоне, криптоне, ксеноне атмосферного давления удельные мощности излучения в полный телесный угол достигают ~ 100, ~ 350, ~ 500 кВт/см3 соответственно. В эмиссионном спектре газоразрядной плазмы в спектральном диапазоне от 120 до 850 нм до ~ 90 % энергии излучения сосредоточено в полосах переходов димеров инертных газов с полушириной не более ~ 20 нм. При увеличении давления ксенона до 12 атм достигнуто увеличение мощности излучения до ~ 1 МВт/см3 и сокращение длительности импульса излучения на полувысоте до ~ 8 не в ВУФ области спектра. При возбуждении бинарных смесей аргона и криптона с малыми добавками ксенона кроме излучения димеров аргона и криптона зарегистрировано узкополосное излучение на X ~ 147 нм гетероядерных димеров АгХе* и КгХе*.

Экспериментально обоснована перспективность использования плазмы разряда данного типа в качестве активной среды лазера ВУФ диапазона спектра на переходах димеров криптона, молекул АгХе* и КгХе .

В плазме высоковольтного наносекундного разряда спектральными методами проведены измерения концентрации и оценки температуры электронов. Установлено, что при возбуждении азота высоковольтным наносекундным разрядом низкая эффективность излучения является следствием короткой (не более ~ 3 не) длительности фазы эффективной наработки молекул азота в состоянии С3ПЦ за счет прямого электронного удара из основного состояния, а динамика населенности состояния С3Пи молекулы азота на спаде импульса излучения определяется радиационным и столкновительным тушением. Реализован режим искрового разряда с импульсом тока без осцилляций, что обеспечило увеличение пиковой мощности излучения. Плотность мощности излучения в диапазоне от 200 до 400 нм на внешней границе плазменного об-

разования в режиме свободного расширения плазмы разряда составила ~1 МВт/см2. Установлено, что форсирование возбуждения газа сокращением фронта импульса тока (менее I мкс) и ограничение энергозапаса на уровне -30-40 Дж при возбуждении искровой ксеноновой лампы (внутренний диаметр 3 мм, межэлектродный зазор 4 мм, давление ксенона 550 Тор) позволяет избежать «запирания» УФ излучения и достичь плотности мощности излучения в УФ области спектра ~ 400 кВт/см2 на внешней и — 700 кВт/см2 на внутренней поверхностях колбы лампы. На основе экспериментальных данных и результатов моделирования определено, что в искровом разряде в ксеноне при удельной мощности и энергии возбуждения, соответственно, ~ сотни МВт/см3 и ~ десятки Дж/см3 спектр излучения формируется в основном за счет фоторекомбинационных переходов из квазиконтинуальных состояний одно- и двухкратных ионов ксенона.

8). Проведен цикл исследований эксиламп с известными рабочими средами и возбуждением тлеющим, одно- и двухбарьерным разрядами:

а) определена зависимость эффективности излучения XeCl-эксилампы тлеющего разряда от удельной мощности возбуждения и давления рабочей смеси. Показано, что при возбуждении тлеющим разрядом эффективность излучения молекул ХеС1 -10 % реализуется при давлениях рабочей смеси 0.5 — 4 Тор;

б) экспериментально исследованы зависимости выходных характеристик Кг(Хе)С1-эксиламп барьерного разряда, как от режима возбуждения — формы и амплитуды импульса напряжения, частоты следования импульсов, так и состава и давления рабочей среды, геометрии разрядного промежутка, режима теплоотвода. Установлено, что наличие микроразрядов является необходимым условием получения высокой эффективности работы Кг(Хе)С1-эксиламп на основе барьерного разряда. Равномерное распределение той же вводимой мощности возбуждения по объему в условиях однородного разряда приводит к снижению эффективности излучения;

в) проведен комплекс исследований, направленных на изучение факторов, определяющих условия формирования однобарьерного разряда в ксеноне и величину эффективность излучения димеров ксенона. В результате моделирования однобарьерного разряда в ксеноне при условиях, близких к реализованным в эксперименте, установлено, что слой плотной плазмы вблизи катода выполняет роль плазменного катода, а развитие разряда характеризуется наличием волны ионизации, направленной от катода с малым радиусом кривизны к аноду. Накопление заряда электронов на диэлектрическом барьере

при токопрохождении приводит к запиранию электронного тока. При снятии внешнего напряжения накопленный заряд обеспечивает протекание тока в обратном направлении.

9). Установлено, что переход к установившейся стадии разряда в эксилампах барьерного разряда происходит за время около одной секунды в четыре стадии с разными формами разряда. Перед формированием установившейся стадии регистрируется искровая стадия, при которой наблюдаются яркие ветвистые каналы (искры). Экспериментально установлено, что в этот временной интервал эффективность излучения эксилампы принимает минимальные значения. Показано, что использование «дежурного» разряда позволяет избежать искровой стадии при включении эксилампы и, соответственно, уменьшения мощности излучения в этот временной интервал.

10). Разработаны методики расчета мгновенных величин мощности возбуждения и энерговвода как функций времени в эксилампах емкостного, барьерного и барьерного коронного разрядов, а также расчета спектрального распределения энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах, которые могут быть использованы при проведении исследований в других областях.

11). При проведении работы разработаны и созданы:

а) электроразрядные лазеры ДИЛАН и ЛИДА;

б) модульные эксилампы тлеющего разряда с мощностью излучения 1.6 кВт (KrCl-эксилампа) и 1.1 кВт (ХеС1-эксилампа);

в) эксилампы барьерного разряда: KrCl-эксилампа с мощностью излучения -100 Вт; Хе2-эксилампа с мощностью излучения до 50 Вт с размером излучающей области 20 х 24 см2 и плотностью мощности излучения до 120 мВт/см2;х

г) эксилампы аксиально-симметричной и плоской безоконной (с размером излучающей области 23 х 23 см2) конструкций для получения излучения на димерах аргона и криптона, излучение которых не пропускается кварцевыми стенками эксиламп традиционных конструкций;

д) импульсная искровая ксеноновая лампа с пиковой мощностью излучения в диапазоне от 190 до 250 нм до ~ 200 кВт;

е) на основе однобарьерной ксеноновой эксилампы создан фотореактор для воздействия на жидкости или газы при давлении до 40 атм.

Таким образом, можно заключить, что при проведении настоящей работы решена крупная научно-техническая задача исследования и создания газоразрядных источников с улучшенными выходными параметрами излучения в видимой, УФ и

ВУФ областях спектра. Расширен класс газофазных рабочих сред источников спонтанного излучения, возбуждаемых различными типами самостоятельного разряда в газе, включая ранее не применявшиеся для данной цели; исследованы физические процессы в наиболее перспективных рабочих средах газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения и определены их выходные характеристики; создан ряд мощных эффективных эксиламп непрерывного и квазинепрерывного действия, а также газоразрядных источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности в УФ и ВУФ областях.

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в Институте общей физики АН РАН (г. Москва), Институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, (г. Москва), Томском государственном университете (г. Томск), Институте сильноточной электроники СО РАН (г. Томск), Институте кардиологии ТНЦ РАМН, (г. Томск), в ЗАО «ИЦ Эксимер», (г. Санкт-Петербург), а также в зарубежных компаниях: Alameda Applied Science (США), DermOptics SAS (Франция), USHIO Inc. (Япония), Sen Engineering CO LTD (Япония).

Основные публикации автора по теме диссертации: Главы в монографиях:

1. Tarasenko V.F., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun KS., Sosnin E.A. High-power UV excilamps // In Book: High power lasers — science and engineering (Ed. by R. Kossovsky, M. Jelinek and R.F. Walter). 1996. NATO ASI Series 3. High Technology. V. 7. P. 331-345. ISBN 0-7923-3959-2.

2. Газоразрядные источники спонтанного ультрафиолетового излучения: Физика процессов и экспериментальная техника. Эксилампы. Учебное пособие. I Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. / Под ред. д.ф.-м.н. проф. В.Ф. Тарасенко. Томск: Томский государственный университет, 1999. — 108 с.

3. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы — эффективные источники спонтанного УФ-и ВУФ-излучения / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / Гл. ред. В.Е. Фортов. Серия Б. Том XI-A Газовые и плазменные лазеры. / Под ред. С.И. Яковленко., -М.: Физматлит. -2005.-С. 522-546.

4. Ломаев М.И., Э.А. Соснин, Тарасенко В.Ф. Оптические свойства плазмы барьерного и емкостного разрядов в смесях инертных газов с галоидами и в инертных газов / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / Гл. ред. В.Е. Фортов. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Том III-2. Оптика низкотемпературной плазмы. / Под ред. В.Н. Очкина., -М.: ЯНУС-К. — 2008. С. 526-555.’

5. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Источники мощного спонтанного излучения на основе разрядов в газах повышенного давления / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / Гл. ред. В.Е. Фортов. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Том Ш-2. Оптика низкотемпературной плазмы. / Под ред. В.Н. Очкина., -М.: ЯНУС-К. -2008. С. 557-590.

6. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда двухчастотного электроразрядного лазера // Авторское свидетельство № SU1455962. Приоритет 29.06.87. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 1 октября 1988 г.

7. Тарасенко В.Ф., Панченко А.Н., Ломаев М.И., Букатый Е.В. Рабочая среда электроразрядного газового лазера // Авторское свидетельство № SU1748599. Приоритет 19.01.90. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 15 марта 1992 г.

8. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Панченко А.Н. Рабочая среда лампы тлеющего разряда // Патент № 2151442 С1. Приоритет 18.02.98. Per. 20.06.00. Опубл. 20.06.2000. Бюл. № 17.

9. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы высокочастотного емкостного разряда // Патент № RU 2154323С1. Приоритет 1.06.98. Опубл. 10.08.2000. Бюл. № 22.

10. Тарасенко В.Ф., Ерофеев М.В., Ломаев МИ., Шитц Д.В., Соснин Э.А. Лампа для получения импульсов излучения в оптическом диапазоне спектра // Патент RU 2195044 С2. — Приоритет 01.02. 2001. Per. 20.12.2002. Опубл. 20. 12. 2002. Бюл. № 35.

11. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Скакун В С. Газоразрядный источник излучения. Патент на изобретение № 2310947. Per. 20.11.2007. БИ № 32 от 20.11.2007.

12. Baksht Е.Н., Lomaev M.I., Rybka D.V., Tarasenko V.F., Krishnan M., Thompson J.R. Gas discharge lamp power supply //Patent No. US 7, 221,100 B2. Data: May 22, 2007. Per. № заявки 11/203,599 от 12.08.2005. Опубл. US 2007/ 0035256 A, 15.02. 2007.

13. Lomaev M.I., Lisenko A.A., Skakun VS., Shitz D.V., Tarasenko V.F., Matsumoto Y. Dielectric Barrier Discharge Excimer Light Source// Japanese Patent No. 3887641. Issued on 1.12.2006.

14. Erofeev M. V. (Ru); Lomaev M.I. (RU); Tarasenko V.F. (RU); Skakun VS. (Ru); Sosnin E.A. (Ru); Shitz D. V. (Ru); Mercey T. (FR); Meilhac L. (FR). Ultraviolet radiation emitting method for barrier excimer lamp, involves preparing bulb by configuring its wall to place working fluid in two paths that permit heating and cooling of fluid for leading to convection circulation of fluid // Application number FR 20040006018 20040603. Publication number FR3871290. Publication date 09. 12. 2005.

15. Erofeev M. V. (Ru); Lomaev M.I. (RU); Tarasenko V.F. (RU); Skakun VS. (Ru); Sosnin E.A. (Ru); Shitz D.V. (Ru); Mercey T. (FR); Meilhac L (FR). Barrier discharge lamp // Application number W02005FR01361 20050602. Publication number W02006000697. Publication date 05.01.2006.

16. Соснин Э.А., Ерофеев M.B., Тарасенко В.Ф.. Скакун B.C. Шитц Д.В., Ломаев М.И. Источник излучения. // Патент RU 2 258 975 С1. Приоритет 22.12.2003. Per. № заявки 2003136959/09 от 22.12.2003. Опубл. 20.08.2005. Бюл. №. 23.

17. Ломаев М.И., Лисенко А.А., Скакун B.C., Шитц Д.В., Тарасенко В.Ф. Источник спонтанного излучения // Патент RU 2 281561 С1. Приоритет 23.12.2004. Per. № заявки 2004137766/09 от 23.12. 2004. Опубл. 10.08.2006. Бюл. № 22.

18. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Лисенко А.А., Скакун B.C. Лампа вакуумная ультрафиолетового диапазона спектра // Патент RU 2 291 516 С2 . Приоритет 18. 03. 2005. Per. № заявки 2005107651/09 от 18.03.2005. Опубл. 10.01.2007. Бюл. № 1.

Статьи в рецензируемых журналах:

19. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация на длинах волн 585.3, 540.1 нмина428 нм иона азота при накачке поперечным разрядом//Оптика и спектроскопия.-1986.-Т. 61. Вып.5.-С. 1102-1105.

20. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Исследование генерации в неоне при накачке самостоятельным разрядом с УФ предыонизацией // Квантовая электроника. -1987. — Т. 14. № 5. — С. 993-996

21. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Письма в журнал технической физики.-1988.-Т. 14. Вып. 11.-С. 1045-1048.

22. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Квантовая электроника.-1988.-T. 15.№ 10.-С. 1978-1981.

23. Ломаев М.И., Нагорный Д.Ю., Тарасенко В.Ф., Феденев A.B., Кириллин Г.В. Генерация на атомарных переходах инертных газов в смесях с NF3 // Квантовая электроника. -1989. — Т. 16. № 10.-С. 2053-2056.

24. Лоуаев М.И., Тарасенко В.Ф., Янчарина A.M. Спектроскопия активных сред на основе смесей инертных газов с NF3 // Известия Сибирского Отделения АН СССР, сер. технич. наук. -1989.-Т. 53. №8.-С. 125-132.

25. Держиев В.И., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Генерация на переходе X = 585.3hm в смеси Ne-NF3 // Оптика и спектроскопия. -1989. — Т. 67. Вып. 5. — С. 1188-1189.

26. Баранов C.B., Ваулин В.А., Ломаев М.И., Слинко В.Н., Сулакшин С.С., Тарасенко В.Ф. О применяемости мощной СВЧ-накачки для плазменных лазеров // Квантовая электроника. -1989. -Т. 16. №3,-С. 452-456.

27. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Электроразрядный многоволновой лазер ДИ-ЛАН. //Приборы и техника эксперимента. -1990. № 1.-С. 179-181.

28. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф.. Верховский B.C. УФ-генерация в азоте и смесях N2-He (Ne, Ar, NF3) при накачке поперечным разрядом // Электронная техника. Лазерная техника. -1991. Вып. 1(57).-С. 58-62.

29. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. О механизме возникновения инверсии населенностей в смесях He(Ne, Ar)-NF3 при накачке самостоятельным разрядом // Квантовая электроника. -1992. -Т. 19. №2.-С. 146-150.

30. Ломаев М.И., Мельченко C.B., Тарасенко В.Ф., Феденев A.B. Увеличение коэффициента усиления на X = 585,3 нм плазменного неонового лазера в четырехкомпонентной смеси // Письма в журнал технической физики. -1992. — Т. 18. Вып. 24. — С. 63-68.

31. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Импульсный лазер на плотных газах с накачкой самостоятельным разрядом // Известия АН СССР, сер. физическая. -1994. — Т. 58. № 6. — С. 55-59.

32. Баранов А.И., Гурков К.В., Ломаев М.И., Патругиев Д.П., Тарасенко В.Ф. Импульс-но-периодический электроразрядный лазер с управляемым разрядником низкого давления РУ-75/0,5 // Приборы и техника эксперимента. -1994. № 4. — С. 108-111.

33. Верховский B.C., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Универсальные импульсные лазеры серии «Фотон»//Квантоваяэлектроника.-1995.-Т. 22. № 1.-С. 9-11.

34. Панченко А.H., Соснин Э.А., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Ломаев М.И. Мощные коаксиальные эксилампы со средней мощностью более 100 Вт // Письма в журнал технической физики. -1995. -Т. 21. Вып. 20. — С.77-80.

35. Ломаев М.И., Полякевич A.C., Тарасенко В.Ф. Влияние давления смеси на эффективность излучения молекул ХеС1 при накачке продольным тлеющим разрядом // Оптика атмосферы и океана. -1996. — Т. 9. № 2. — С. 207-210.

36. Ломаев М.И., Панченко А Н., Скакун B.C., Соснин Э.А.. Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного излучения с накачкой импульсными и непрерывными разрядами // Оптика атмосферы и океана. -1996. — Т. 9. № 2. — С. 199-206.

37. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Спектры излучения тлеющего разряда в смесях инертный газ — СНзВг и I?// Оптика атмосферы и океана. -1997. — Т. 10. № 11. — С. 1271-1273.

38. Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin Е.А., Tarasenko V.F., Adamson M.G., Myers B.R., and Wang F. T. Excilamp producing up to 130 W of output power and possibility of its applications // Laser and Particle Beams. -1997. — Vol. 15. No. 2. — P. 339-345.

39. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы с накачкой барьерным разрядом // Оптика атмосферы и океана. -1998. — Т. 11. № 2-3. — С. 277-285.

40. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Цилиндрические эксилампы с накачкой тлеющим разрядом // Журнал технической физики. -1998. — Т. 68. № 2. — С. 64-68.

41. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Отпаянные эффективные эксилампы, возбуждаемые емкостным разрядом // Письма в журнал технической физики. — 1999. -Т. 25. Вып. 21.-С. 27-32.

42. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Эксилампы, возбуждаемые емкостным разрядом // Оптика атмосферы и океана. -1999. — Т. 12. № 11. -С. 1047-1049.

43. Tarasenko V.F., Chernov Е.В., Erofeev M. V., Lomaev MA., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A., Shitz D. V. UV and VUV excilamps excited by glow, barrier and capacitive discharges // Appl. Phys. -1999. — Vol. 69A. — P. 327-329.

44. Скакун B.C., Кривоносенко A.H., Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Источник!> мощного УФ излучения с малой длительностью импульса // Оптика атмосферы и океана. — 2000. -Т. 13. № 3.- С. 309-315.

45. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Импульсные лазеры на атомарных переходах инертных газов при накачке самостоятельным поперечным разрядом // Изв. вузов. Физика. -2000. № 5. -С.60-63.

46. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного ультрафиолетового излучения // Изв. вузов. Физика. — 2000. № 5. — С. 70-72.

47. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., .ШитцД.В. KrCl -эксилампы емкостного разряда с малой длительностью импульса излучения // Оптический журнал. — 2001. — Т. 68, № 10.-С. 75-77.

48. Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Импульсная KrCl эксилампа с плотностью мощности 1 кВт/см2//Журнал технической физики.-2001. -Т.71. Вып. 10. -С. 137-140.

49. Ломаев М.И. Определение энерговвода в эксилампах с возбуждением барьерным разрядом Н Оптика атмосферы и океана. -2001.- Т. 14. № 11.-С. 1091-1095.

50. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Мощная и эффективная KrCI-эксилампа барьерного разряда // Письма в журнал технической физики. — 2002. — Т. 28. Вып. 1. — С. 74-80.

51. Arnold Е„ Lomaev М.1., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Shitts D.V. and Yakovlenko S.I. Formation of a Volume Discharge in a Xenon Single — Barrier Excilamp with a Low — Curvature Cathode // Laser physics. — 2002. — Vol. 12. No. 5. — P. 1-7.

52. Лисенко А.А., Ломаев MM. Спектры излучения эксиплексных ламп емкостного, барьерного и тлеющего разрядов в смесях Kr-Clj, Xe-Clj, Xe-Brj, Xe-I2 // Оптика атмосферы и океана. -2002.-Т.-15. № 3. — С. 293-297.

53. Скакун B.C., Ломаев ММ., Тарасенко В.Ф. Кг~С1 и Хе-С1 эксилампы с мощностью излучения 1.5 кВт, возбуждаемые тлеющим разрядом // Письма в журнал технической физики. — 2002. — Т. 28. Вып. 21. — С. 42-47.

54. Ломаев ММ., Скакун B.C., Соснин А.Э., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В., Ерофеев М.В. Эксилампы -эффективные источники спонтанного УФ — и ВУФ — излучения // Успехи физических наук. -2003.-Т. 173. №2.-С. 201-217.

55. Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ломаев М.И. О формировании барьерного разряда в KrCl-эксилампе // Изв. вузов. Физика. — 2003. — Т. 46. № 7. — С. 94-96.

56. Skakun V.S., Lomaev M.I., Tarasenko V.F., Shitts D. V., Johnson G.L, and Wang F. T. High-Power UV Excilamps Excited by a Glow Discharge // Laser and Particle Beams. — 2003. No. 21.-P. 115-119.

57. Arnold E., Lomaev Ml., Lisenko A.A., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Shitts D. V., and Yakovlenko S.l. Volume discharge formation in a one-barrier xenon excimer lamp // Laser Physics. — 2004. — Vol. 14. No. 6. — P. 809-8 J 7.

58. Ломаев MM., Тарасенко В.Ф., Ткачев A.H., ШитцД.В., Яковленко СМ. О формировании конусообразных микроразрядов в KrCI и ХеС1 эксилампах // Журнал технической физики. -2004. -Т. 74. Вып. 6.-С. 129-133.

59. Boichenko A.M., Lomaev M.I., Tarasenko V.F., and Yakovlenko S.I. The effect of the excitation power on the emission efficiency of barrier-and glow discharge pumped exciplex and excimer lamps // Laser Physics. — 2004. — Vol. 14. No. 8. — P. 1036-1049.

60. Рыбка Д.В., Бакшт EX., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Импульсный источник мощного спонтанного излучения в ультрафиолетовой области спектра // Приборы и техника эксперимента. -2004. №6.-С. 136-137.

61. Лисенко А.А., Ломаев ММ., Тарасенко В.Ф. УФ излучение в азоте при возбуждении безэлектродным разрядом // Изв. вузов. Физика. — 2004. № 12. — С. 83-S4.

62. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И. Тарасенко В.Ф., Криишан М., Томпсон Дж. Характеристики излучения импульсного разряда в ксеноне // Журнал технической физики. -2005. — Т. 75. Вып. 2.-С. 131-134.

63. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в области 200+350 нм, возбуждаемый однополяр-ным импульсом тока // Письма в журнал технической физики.-2005.-Т. 31. Вып. 10.-С. 70-75.

64. Бакшт Е.Х., Ломаев ММ., Панченко А.Н., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в УФ области спектра: режимы возбуждения // Квантовая электроника. — 2005. — Т. 35. № 7. — С. 605-610.

65. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение плазмы объемного нано-секундного разряда в ксеноне, криптоне и аргоне при повышенном давлении // Квантовая электропика. -2006. — Т. 36. № 6. — С. 576-580.

66. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Мощная лампа на димерах ксенона II Письма в журнал технической физики. — 2006. — Т. 32. Вып. 11. — С. 68-73.

67. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Лисенко A.A. Безоконная эксилампа вакуумного ультрафиолетового диапазона И Письма в журнал технической физики. — 2006. -Т. 32. Вып. 13.-С. 74-79.

68. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение димеров ксенона, криптона и аргона в послесвечении объемного наносекундного разряда при повышенных давлениях // Письма в журнал технической физики. -2006. — Т. 32. Вып. 19. — С. 52-57.

69. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О формировании субнаносекундных импульсов тока пучка большой плотности в газовом диоде при низких давлениях // Письма в журнал технической физики. — 2006. — Т. 32. Вып. 21.-С. 69-75.

70. Алексеев S.A., Кувшинов В.А., Лисенко A.A., Ломаев М.И. и др. Фотореактор на основе Хег-эксилампы И Приборы и техника эксперимента. -2006. № 1.-С. 142-146.

71. Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Определение спектральной плотности энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах // Приборы и техника эксперимента. — 2006. № 3. — С. 111-114.

72. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В. Ф„ ШитцД.В., Скакун В. С., Ерофеев М.В., Лисенко A.A. Эксилампы барьерного и емкостного разрядов и их применение (обзор) II Приборы и техника эксперимента. — 2006. № 5. — С. 5-26.

73. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф.. ШитцД.В. О формировании барьерного разряда в эксилампах // Журнал технической физики. — 2007. — Т. 77. Вып. 8. — С. 86-92.

74. Ломаев М.И., Месяц Г.А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х. Мощный короткоим-пульсный источник спонтанного излучения на димерах ксенона // Квантовая электроника. — 2007. — Т. 37. № 6. — С. 595-596.

75. Зверева Г.Н., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О возможности применения объемного разряда, инициируемого пучком электронных лавин, для создания лазера на димерах криптона // Оптика и спектроскопия. — 2007. — Т. 102. № 1. — С. 46-53.

76. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Ток разряда и ток сверхкороткого пучка электронов при объемном наносекундном разряде в неоднородном электрическом поле // Письма в журнал технической физики. — 2007.-Т. 33. Вып. 5. -С. 71-78.

77. Бакшт Е.Х., Тарасенко В.Ф., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Сверхкороткий лавинный электронный пучок в азоте и гелии, генерируемый на плоской части импульса напряжения // Письма в журнал технической физики. — 2007. — Т. 33. Вып. 9. — С. 29-36.

78. Айзетитат Г.И., Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Лелеков М.А., Ломаев М.И. и др.Регистрация коротких импульсов рентгеновского излучения при наносекундном разряде в воздухе атмосферного давления // Приборы и техника эксперимента. — 2007. № 5. С. 125-129.

79. Бакшт Е.Х., Балзовский Е.В., Климов А.И., Куркан И.К, Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В. Ф. Коллекторный узел для измерения тока пучка электронов субнаносекундной длительности // Приборы и техника эксперимента. — 2007. № 6. — С. 100-103.

80. Baksht E.Kh., Boichenko A.M., Galakhov I.V., Zolotovskii V.I.. Lomaev M.L, Osin V.A., Rybka D.V., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Yakovlenko S.I. Spectra] characteristics of a high-current pulsed discharge in xenon // Laser Physics. — 2007. — Vol. 17. No. 6. — P. 782-797.

81. Baksht E.Kh., Tarasenko V.F., Lomaev М.1., Rybka D.V., Tkachev A.N., and Jakovlenko S.I. Generation regimes for the runaway-electron beam in gas//Laser Physics.-2007.-Vol.l7. No.9.- P. 1124-1128.

82. Lisenko A.A., Lomaev M.I., Skakun V.S. and Tarasenko V.F. Effective emission of Хег and Kr? bounded by a dielectric barrier // Physica Scripta. — 2007. — Vol. 76. No. 2. — P. 211-215.

83. Бакшт E.X., Бураченко А.Г., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Генерация субнаносе-кундных импульсов убегающих электронов в азоте и гелии при напряжении на промежутке 25 кВ // Журнал технической физики. — 2008. — Т. 78. Вып. 1. — С. 98-103.

84. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Одно- и двухбарьерные эксилампы ВУФ диапазона на димерах ксенона // Журнал технической физики. -2008. — Т. 78. Вып.2. -С. 103-107.

85. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф. О влиянии давления гелия на амплитуду и длительность тока пучка электронов в газовом диоде // Журнал технической физики. — 2008. — Т. 78. Вып. 12. — С. 29-34.

86. Бакшт Е.Х, Бураченко А.Г., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Панарин В.А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Датчики для измерения нано — и субнаносекундных импульсов тока // Известия ТПУ. -2008.-Т. 313. №4.-С. 69-71.

87. Тарасенко В.Ф., Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Ломаев М.И. Генерация и измерение субнаносекундных пучков электронов в газонаполненных диодах // Приборы и техника эксперимента. — 2008. № 2. — С. 62-68.

88. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Петин В.К., Рыбка Д.В., Шляхтун С.В. Распределение по энергиям убегающих электронов пучка, генерируемого при наносекундном разряде в воздухе атмосферного давления // Физика плазмы. — 2008.

— Т. 34. № 12.-С. 1110-1119.

89. Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Erofeev M.V., Lomaev M.I., RybkaD.V., Sorokin D.A., andTarasenko V.F. Nanosecond discharge in sulfur hexafluoride and the generation of an ultrashort avalanche electron beam // Laser Physics. — 2008. — Vol. 18. No. 5. — P. 1-6.

90. Boichenko A.M., Lomaev M.L, and Tarasenko V.F. The nature of emitting microdischarges in barrier

— discharge lamps // Laser Physics. — 2008. — Vol. 18. No. 6. — P. 738-748.

91. Tarasenko V.F., Baksht E.H., Burachenko A. G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I., and Rybka D.V. Supershort avalanche electron beam generation in gases // Laser and Particle Beams. — 2008. — Vol. 26. No. 4.-P. 605-617.

92. Baksht E.Kh., Kostyrya I.D., Lomaev M.L, Rybka D. V, and Tarasenko V.F. Electron flux distribution in an ultrashort avalanche electron beam generated at atmospheric air pressure // Physics of Wave Phenomena. — 2008. — Vol. 16. No! 3. — P. 199-206.

93. Tarasenko V.F., EX. Baksht, A.G.Burachenko, I.D. Kostyrya, Lomaev M.L, andD. V. Rybka / Generation of supershort avalanche electron beams and formation of diffuse discharges in different gases at high pressure // Plasma Devices and Operation. — 2008. — Vol. 16. No. 4. — P. 267-298.

94. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И., Бойченко А.М., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Ткачев А Н. О накачке лазеров и ламп разрядами на основе волны размножения электронов фона // Труды ИОФАН. — 2008. — Т. 63. — С. 148-182.

95. Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Козырев А.В., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Петин В.К., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Шляхтун СВ. Спектры электронов и рентгеновских квантов при диффузном наносекундном разряде в воздухе атмосферного давления // Журнал технической физики. — 2009. — Т. 79. Вып. 1. — С. 51-59.

96. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.А., Тарасенко В.Ф., Кривоногова К.Ю. Излучателъные характеристики азота при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком убегающих электронов // Оптика и спектроскопия. -2009. — Т. 107. № 1. — С. 40-47.

97. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Генерация субнаносекундных пучков электронов в воздухе атмосферного давления // Письма в журнал технической физики. — 2009. — Т. 35. Вып. 21. — С. 79-87.

98. Тарасенко В.Ф., Бураченко А.Г., Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Ломаев М.И.. Рыбка Д.В. Коаксиальный срезающий разрядник, заполненный воздухом атмосферного давления, с длительностью спада импульса напряжения < 100 пс // Приборы и техника эксперимента. -2009. № 3. - С. 59-62.

99. Tarasenko V., Avdeev S., Erofeev M., Lomaev M., Sosnin E., Skakun V., Shilz D. High power UV and VUV excilamps and their Applications // Acta Physica Potonica A. -2009. -Vol. 116. No.4. -P. 333-335.

100. Tarasenko V., Baksht E., Burachenko A., Kostyrya /., Lomaev M., and Rybka D. Optical properties of runaway electron preionized diffuse discharges and their applications for excilamps and lasers // Acta Physica Polonica A. — 2009. — Vol. 116. No. 4. — P. 460-463.

101. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev MA., and Rybka D.V. Supershort avalanche electron beams in discharges in air and other gases at high pressure // Transactions on Plasma Science. — 2009. — Vol. 37. No. 6. — P. 832-838.

102. Baksht E.Kh., Burachenko A.G., Kostyrya ¡.D., Lomaev М.1.. Rybka D.V., Shulepov M.A. and Tarasenko V.F. Runaway — electron — preionized diffuse discharge at atmospheric pressure and its application Il J. Phys. D: Appl. Phys. — 2009. — Vol. 42. 185201. — P. 1-9.

103. Креков Г.М., Крекова M.M., Лисенко A.A., Суханов А.Я., Ерофеев М.В., Ломаев М.И>, Тарасенко В. Ф. Потенциальные возможности импульсных эксиламп для дистанционного зондирования загрязненной атмосферы //Оптика и спектроскопия. -2009. — Т. 107. № 5. — С. 736-744.

104. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Диффузные разряды в неоднородном электрическом поле при повышенных давлениях, инициируемые убегающими электронами // Журнал технической физики. -2010. -Т. 80. Вып. 2. — С. 51-59.

105. Ломаев М.И., Лисенко А.А., Тарасенко В.Ф. Излучение окиси углерода в вакуумной ультрафиолетовой области спектра при возбуждении природного газа емкостным разрядом // Оптика и спектроскопии.-2010.-Т. 108.№6.-С. 795-798.

106. Гкрасимое Г.Н., Крылов Б.Е., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение в аргоне и криптоне на длине волны 147 нм при возбуждении диффузным разрядом, инициируемым убегающими электронами// Квантовая электроника. -2010. — Т. 40. № 3. — С. 241-245.

Тираж 100. Заказ 1497. Институт сильноточной электроники. 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Ломаев, Михаил Иванович

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Механизмы достижения инверсной, заселенности в газофазных средах при накачке электрическим разрядом^.

1.1.1. Инверсная заселенность в режимах ионизационной и рекомбинационной неравновесности.

1.1.2. Столкновительная очистка нижнего лазерного уровня

1.1.3. Пеннинговские плазменные лазеры.

1.2. Эксилампы — эффективные источники спонтанного УФ и ВУФ излучения.

1.2.1. Анализ работ по исследованию и применению эксиламп

1.2.2. Спектроскопия, механизмы образования эксимерных и эксиплексных молекул.

1.2.3. Особенности различных способов возбуждения эксиламп

1.3. Источники спонтанного УФ и ВУФ излучения с повышенной импульсной мощностью

1.3.1. Тепловые импульсные источники излучения

1.3.2. Люминесцентные импульсные источники излучения.

1.4. Преимущества и недостатки методик определения, некоторых параметров газоразрядной плазмы

1.4.1. Определение параметров энерговвода в газоразрядную плазму барьерного разряда.

1.4.2. Измерения энергетических характеристик оптического излучения.

1.4.3. Измерения концентрации и температуры электронов газоразрядной плазмы спектральными методами.

1.5. Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ,

МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ

2.1. Методики измерений и расчетов.

2.1.1. Способы и экспериментальные установки для определения пе и Те газоразрядной плазмы спектральными методами.

2.1.2. Определение тока разряда и падения напряжения на разрядном промежутке

2.1.3. Определение мощности и энергии возбуждения в безэлектродных лампах.

2.1.4. Определение спектральных, временных и энергетических характеристик излучения

2.1.5. Расчет мощности и энергии излучения в случае широкополосного спектра излучения

2.2. Экспериментальные установки.

2.2.1. Источники питания и конструкция электроразрядных лазеров.

2.2.2. Источники питания и конструкции эксиламп импульсно-периодического и непрерывного действия.

2.2.3. Источники питания и конструкции импульсных ламп высокой плотности мощности излучения.

2.3. Условия проведения экспериментов, оценки погрешности измерений.113>

2.3.1. Система откачки и напуска газов

2.3.2. Оценки погрешностей измерений

ГЛАВА 3; АКТИВНЫЕ СРЕДЫ ЛАЗЕРОВ НА- АТОМАРНЫХ ПЕРЕХОДАХ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ. МНОГОВОЛНОВОЙ РЕЖИМ ГЕНЕРАЦИИ.

3.1. Активные среды для получения генерации на атомарных переходах инертных газов в смесях с NF3.

3.1.1. Получение и оптимизация генерации в смесях R — NF3.

3.1.2. Определение концентрации и температуры электронов плазмы лазера спектральными методами.

3.1.3. Механизм достижения инверсной населенности в смесях R — NF

3.2. Многоволновой режим генерации.

3.2.1. Получение одновременной генерации на X = 540.1 нм и

3.2.2. Получение одновременной генерации на А, = 337 нм N21 и

X = 585.3 нм Nel; на X = 337 нм N2 и X = 706.5 нм Не1.

3.2.3. Влияние добавок НС1 на спектр генерации в смеси Не — NF3.

ГЛАВА 4. ЛАМПЫ УФ ДИАПАЗОНА.

4.1. Особенности электродных и безэлектродных ламп.

4.1.1. Особенности барьерного и емкостного разрядов

4.1.2. Особенности тлеющего разряда

4.2. KrCl- XeCl-эксилампы барьерного и тлеющего разряда.

4.2.1. KrCl- XeCl-эксилампы тлеющего разряда.

4.2.2. KrCl- XeCl-эксилампы барьерного разряда

4.3. Динамика формирования барьерного разряда в смесях инертный газ

4.4. Характеристики ламп с рабочими средами на основе паров

4.5. Характеристики ламп с рабочими средами N2, Ar — N2, возбуждаемых емкостным и барьерным разрядами

4.6. Ресурс KrCl- XeCl-эксиламп

ГЛАВА 5. ЛАМПЫ ВУФ ДИАПАЗОНА.

5.1. Ксеноновые одно — и двухбарьерные лампы.

5.1.1. Формирование объёмного разряда и эффективность излучения в ксеноновой однобарьерной эксилампе

5.1.2. О причинах формирования объёмного разряда в однобарьерных лампах.

5.1.3. Ксеноновая двухбарьерная эксилампа с эффективной системой охлаждения

5.2. ВУФ эксилампы, возбуждаемые коронным барьерным разрядом.

5.3; Аг2- Кг2-эксилампы лампы открытого разряда

5.4. Рабочая среда для получения излучения на переходах (4+) системы СО

ГЛАВА 6. ЛАМПЫ ПОВЫШЕННОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ.

6.1. Особенности источников повышенной импульсной мощности излучения.

6.1.1. Рабочие среды.

6.1.2. Формирование излучения при повышенных давлениях и высоких мощностях возбуждения.

6.2. Импульсные разряды в газах повышенного давления.

6.2.1. Объемные разряды, инициируемые пучком электронов лавин.

6.2.2. Одно- и двухбарьерные разряды.

6.2.3. Искровой разряд в инертных газах.

6.3. Амплитудно-временные и спектральные характеристики излучения при сильноточном разряде в газах повышенного давления.

6.3.1. Характеристики излучения при возбуждении ОРИПЭЛ.

6.3.2. Эксилампы с возбуждением барьерным разрядом с повышенной энергией и мощностью излучения.

6.3.3. Характеристики излучения при возбуждении искровым разрядом.

Введение диссертация по физике, на тему «Газоразрядные источники спонтанного и вынужденного излучения с рабочими средами на основе инертных газов и галогенов»

Источники спонтанного и вынужденного оптического излучения — устройства, преобразующие энергию какого — либо вида (как правило, электрическую)-в энергию электромагнитных волн в оптическом диапазоне длин волн, находят все большее применение в науке, технике, медицине, обороннош промышленности и многих других областях. Соответственно, они привлекают заметное внимание и интенсивно исследуются.

Вынужденное излучение получено при использовании различных способов и систем накачки активных сред, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях, в том числе, в газофазном [1, 2]. Одной из возможностей для создания инверсной заселенности в газофазной среде является использование переохлажденной рекомбинирующей плазмы. Успешный запуск плазменного лазера высокого давления в видимой области спектра на X = 585.3 нм атома неона с накачкой электронным пучком, осуществленный в 1985 г [9, 10], привлек повышенное < внимание к данному классу лазеров. Вследствие решающей роли реакции Пеннинга в разгрузке нижнего, а процессов рекомбинации - в заселении верхнего лазерного, уровней этот тип лазеров получил название пеннинговских плазменных лазеров (ГТГТЛ).

По механизму расселения нижнего лазерного уровня (НЛУ) ПГТЛ относятся к достаточно многочисленному классу столкновительных лазеров, в которых акты девозбуждения осуществляются в процессах столкновения рабочей частицы с тяжелыми частицами—»тушителями» [18]. Конкретные механизмы столкновительного тушения НЛУ достаточно разнообразны — радиационная очистка НЛУ, девозбуждение электронами или ионизующейся примесью. В литературе отмечалась также возможность очистки НЛУ посредством химических реакций, в частности, с участием молекул галогенов [I]. Экспериментальная реализация данного типа столкновительного девозбуждения НЛУ была впервые осуществлена в электроразрядных лазерах с активными средами на основе смесей инертных газов (Не, Аг) с трифторидом азота №3 [32]. Амплитудно-временные и энергетические характеристики полученного лазерного излучения, а также условия накачки указывали на иной (по отношению к ППЛ) механизм достижения инверсной населенности в данных активных средах. Возможность увеличения мощности лазерного излучения в видимой области спектра, а также реализации режима многоволновой генерации обусловили актуальность дальнейших исследований кинетики процессов, определяющих накачку и инверсию населенностей в активных средах Я — №3 (Я = Не, N6, Аг).

Наряду с лазерами не менее широко используются искусственные источники спонтанного излучения — лампы [147]. Они применяются при создании новейших технологий обработки полупроводников, синтеза новых материалов и модификации их свойств, фотостимулирования различных химических процессов, в фотобиологии, фотомедицине, в новейших технологиях обеззараживания промышленных отходов, воды, воздуха, при создании осветительных установок и многих других областях.

В» течение последних 15-20 лет наблюдается интенсивное развитие источников спонтанного излучения ультрафиолетового (УФ) и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) диапазонов, в которых используется неравновесное излучение эксимерных и эксиплексных молекул — димеров и галогенидов инертных газов [14, 62]. Удельные энергетические параметры излучения таких источников, названных эксилампами, существенно превышают характеристики традиционных источников спонтанного излучения в данных областях спектра, таких, как водородные и дейтериевые лампы, лампы низкого давления на резонансных переходах инертных газов.

К началу исследования эксиламп в рамках диссертационной работы как отечественными, так и зарубежными научными группами был проведен цикл работ по созданию, исследованию и применению эксиламп [254, 69, 49, 50]. Их дальнейшее совершенствование актуально в силу растущих потребностей в мощных и недорогих источниках УФ и ВУФ излучения в различных областях науки и техники [73, 303]. В научной и технологической практике все чаще требуются источники коротковолнового излучения с заданным спектральным составом, изменяемыми временными и энергетическими параметрами излучения, высоким уровнем эффективности и ресурсом. В то же время, многообразие возможных условий возбуждения эксиламп, влияние на их выходные характеристики многих, часто взаимозависимых, факторов, трудности с созданием теоретических моделей, описывающих в целом как процессы возбуждения, так и плазмохимические реакции, существенно осложняют создание эксиламп с необходимыми для практических применений выходными параметрами [171]. Так, например, в литературе отмечалась перспективность возбуждения люминесценции эксимеров сильноточным тлеющим разрядом повышенного давления [40]. Однако, вследствие контрагирования самостоятельного разряда в тяжелых инертных газах повышенного давления при использовании традиционных схем возбуждения разряда до проведения настоящей работы такой способ не был реализован на практике. Для ряда наиболее востребованных на практике эксиламп (КгС1-, ХеС1-, ХеВг-эксилампы барьерного разряда) были актуальны также исследования» влияния на «их выходные характеристики режима возбуждения (формы и амплитуды импульса напряжения, частоты следования импульсов), а также состава и давления рабочих сред.

Таким образом, к началу выполнения настоящей работы с точки зрения изучения и создания газоразрядных источников оптического излучения были актуальны следующие направления исследований. Во-первых, поиск новых рабочих сред, энерговвод в которые осуществляется посредством самостоятельного газового разряда. Во-вторых, исследование физических процессов в данных средах и повышение выходных характеристик газоразрядных источников излучения с рабочими средами на основе инертных газов и их смесей с галогенами при использовании различных режимов возбуждения, включая ранее не использовавшиеся для этой цели. В связи с этим, тематика настоящей диссертационной работы, связанная с поиском новых и изучением наиболее перспективных из известных рабочих сред, исследованием протекающих в них физических процессов, а также с оптимизацией выходных параметров газоразрядных источников излучения представляется актуальной.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы было изучение физических процессов, протекающих в рабочих средах газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения при их возбуждении, в том числе при использовании ранее не применявшихся режимов возбуждения; расширение класса газофазных рабочих сред данных источников излучения; повышение их выходных характеристик. При этом основное внимание «было уделено рабочим^ средам-источников спонтанного и вынужденного излучения на основе инертных газов и их смесей с галогенами.

Достижение цели работы предполагало решение следующих задач:

1). Определение механизма достижения1 ииверсной населенности в активных средах К — №3 (К = Не, Аг) при накачке поперечным разрядом с УФ предыонизацией; исследование амплитудно-временных и спектральных характеристик лазерного излучения в активных средах Я — №з;„ Я — №3 — N2 в одно — и многоволновом режимах.

3). Исследование эксиламп с известными рабочими средами, возбуждаемыми тлеющим, одно- и двухбарьерным разрядами, в частности: исследование зависимости эффективности излучения эксиламп тлеющего разряда от удельной мощности возбуждения и давления рабочей смеси; определение влияния частоты следования и формы импульсов напряжения, а также однородности горения разряда на эффективность работы эксиламп барьерного разряда; выявление факторов, определяющих условия формирования однобарьерного разряда в ксеноне и величину эффективности излучения димеров ксенона.

6). Разработка методик расчета: а) мгновенных значений* мощности и энергии возбуждения в емкостном, барьерном, коронном барьерном разрядах; б) спектрального распределения энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах.

Научная новизна работьгзаключается в том, что впервые:

1). Определен механизм достижения инверсной населенности в активных средах Не (Ые, Аг) — при накачке сильноточным объемным разрядом. Экспериментально реализован режим многоволновой генерации в активных средах № — №3, Не (Ие) — №3 — N2, Не — №3 — НС1 (Авторские свидетельства: № 8Ш455962, приоритет от 29.06.87; № 8Ш748599, приоритет от 19.01.90).

2). Предложены и экспериментально реализованы более эффективные по сравнению с ранее использовавшимися рабочие среды газоразрядных источников спонтанного излучения: а) смеси Хе — 12, Не — 12, Хе — Не — 12 йод-содержащих ламп, обеспечивающих увеличение мощности излучения в УФ области спектра (Патенты: № 1Ш 2151442 С1, приоритет от 18.02.98; №БШ 2154323 С1, приоритет от 1.06.98.); б) смесь Аг — N2, позволяющая увеличить мощность и эффективность излучения на (2+) системе азота при возбуждении емкостным и барьерным разрядами по сравнению с результатами, получаемыми в чистом азоте; в) природный газ для получения свечения полос (4+) системы СО в области л

150 — 200 нм с мощностью до 5 мВт/см и эффективностью до 2 %.

3). Определено влияние формы импульса возбуждения и степени однородности барьерного разряда на эффективность работы КгС1-, ХеС1-эксиплексных барьерных ламп. Установлено, что наличие микроразрядов является необходимым условием получения высокой эффективности излучения в данных эксилампах.

4). Установлена динамика формирования барьерного разряда и мощности излучения в КгС1-, ХеС1-, ХеВг-эксилампах.

Для возбуждения источников спонтанного излучения предложены и экспериментально реализованы: а) высоковольтный наносекундный разряд в инертных газах повышенного давления для получения мощного ВУФ излучения гомо- и гетероядерных димеров инертных газов; б) емкостной и коронный барьерный разряды для получения спонтанного излучения эксимерных и эксиплексных молекул.

В диффузном разряде атмосферного давления получена интенсивная люминесценция на переходах димеров тяжелых инертных газов и на А, — 147 нм гетероядерных димеров АгХе* и КгХе*. Обоснована перспективность использования плазмы данного разряда в качестве активной среды лазера в ВУФ $ * области спектра на переходах димеров криптона и молекул АгХе и КгХе . В плазме высоковольтного наносекундного разряда спектральными методами проведены измерения концентрации электронов и оценки температуры электронов.

Реализован’ режим искрового разряда с импульсом тока без осцилляций, что обеспечило более высокие энергетические параметры излучения искровой лампы (Patent No. US 7, 221,100 В2, опубл. US 2007/0035256 A1 15.02.2007; патент на полезную модель № RU46402 U1, приоритет от 22.02.2005). Установлены оптические переходы, ответственные за формирование спектра излучения плазмы искрового разряда в ксеноне.

Научная ценность полученных в работе результатов состоит в том, что:

Разработаны физические основы создания электроразрядных лазеров на атомарных переходах инертных газов, в том числе в многоволновом режиме. Экспериментально продемонстрирована возможность столкновительной очистка НЛУ в плазмохимических реакциях с участием галогеноносителя NF3. Расширен класс излучательных сред газоразрядных источников излучения -предложен ряд новых рабочих сред, обеспечивающих увеличение выходных характеристик источников спонтанного излучения в УФ и ВУФ областях спектра.

Установлена физическая причина зависимости эффективности излучения КгС1-ХеС1-эксиламп барьерного разряда от формы,, частоты импульсов возбуждения; а также степени однородности горения разряда.

Установленная, закономерность формирования, разряда в КгС1-, ХеС1-, ХеВг-эксилампах барьерного разряда может проявляться; для барьерного разряда и в других газовых средах.

Экспериментально реализовано возбуждение ряда рабочих сред некоторыми типами самостоятельного разряда,. ранее не использовавшимися < для этой цели: высоковольтным наносекундным разрядом, емкостным и .коронным барьерным разрядами.

Экспериментально показана возможность зажигания диффузного разряда в тяжелых инертных газах при повышенных давлениях без источника предварительной: ионизации. На этой основе указана возможность получения * индуцированного излучения на димерах криптона и; молекул АгХе и КгХе с электроразрядной накачкой.

Экспериментально продемонстрирована возможность увеличения эффективности энерговвода и эффективности излучения димеров инертных« газов при возбуждении коронным барьерным разрядом по сравнению с режимом возбуждения коронным разрядом постоянного тока.

Спектральными методами получена информация о концентрации и температуре’ электронов плазмы ¡высоковольтного наносеку ндного разряда в гелии и азоте. Ряд экспериментальных результатов, полученных в рамках настоящей работы, стимулировал выполнение теоретических исследований нескольких проблем, актуальных с точки зрения создания газоразрядных источников излучения:

— моделирование 12-эксилампы тлеющего и емкостного разрядов;

— исследование влияния удельной мощности возбуждения на эффективность КгС1-, ХеС1- и Хе2-эксиламп барьерного разряда;

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1). Существенно улучшены выходные параметры эксиламп: а) в KrCl- и Хе2-эксилампах барьерного разряда достигнута средняя плотность мощности излучения до 100 мВт/см2 и 120 мВт/см2, соответственно; созданы KrCl-, Хе2-эксилампы барьерного разряда с мощностью излучения до 100 Вт, 50 Вт, соответственно; б) в йодных лампах емкостного разряда при плотности мощности до 10 мВт/см» достигнут ресурс работы не менее 500 часов; в) созданы эксилампы тлеющего разряда мощностью на молекулах KrCl* -1.5 кВт, ХеСГ -1.1 кВт.

3). Созданы импульсные источники спонтанного излучения с повышенной плотностью мощности излучения: а) на димерах инертных газов при возбуждении высоковольтным о наносекундным разрядом — до 1 МВт/см ; б) на основе искрового разряда в ксеноне — до 700 кВт/см2 на внутренней и до 400 кВт/см» на внешней поверхности колбы; в) на основе однобарьерного разряда-до 1.1 кВт/см2.

4). Разработанные источники излучения были использованы на практике: а) Xe2-, KrCl-, XeCl-эксилампы барьерного разряда применялись: при разработке технологических) процессов «по изготовлению полупроводниковых приборов; при воздействии на поток природного- газа и для облучения метанольных растворов (ООО «Томскнефтехим», г. Томск); при разработке высоковольтных коммутаторов на основе кристаллов алмаза (компания-Alameda Applied Science, г. Сан-Леандро, США); при создании облучателей, используемых в медицине (компания DermOptics SAS, г. Ницца, Франция)г б) импульсная искровая ксеноновая лампа применялась при исследовании процессов формирования наночастиц железа и углерода в результате фотолиза пентакарбонила железа и недокиси углерода (Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, г. Москва). в) созданный на основе однобарьерной ксеноновой эксилампы фотореактор был использован для воздействия на жидкости и газы.

5). Разработанные методики’ расчета мгновенных величин) мощности и энергии возбуждения как функций времени в безэлектродных типах разрядов, а также расчета спектрального распределения энергии полихроматического излучения в? абсолютных единицах применимы при проведении исследований не только эксиламп, но и других объектов, в которых требуется определение указанных параметров.

Достоверность защищаемых положений и выводов диссертации обеспечивается:

1). Комплексным характером исследований при взаимном соответствии результатов экспериментов и теоретического анализа исследуемых явлений:

— зависимости эффективности излучения Хе2-, XeCl-эксиламп барьерного разряда от удельной мощности возбуждения;

— спектрального состава и мощности излучения искровых источников;

— величин мощности излучения на димерах криптона в плазме диффузных разрядов атмосферного давления.

2). Воспроизводимостью результатов измерения величин тока и напряжения, а также их временной формы (погрешность калибровки и время нарастания переходной характеристики делителей напряжения и токовых шунтов не превышали 10 % и ~ 250 пс, соответственно).

3). Воспроизводимостью результатов измерения мощности и энергии как лазерного, так и спонтанного излучения:

— погрешность измерения мощности и энергии лазерного излучения не превышала 10 % при использований приборов ИМО-2Н, ИКТ-1Н;~

— получением равноценных данных в пределах доверительного интервала (18%) при использовании различных методик при измерении полихроматического излучения [71];

— погрешность измерения величины плотности мощности с помощью фотоприемника С8026 Hamamatsu Photonics составляла от 8 до 10 % в зависимости от выбора фотоприемной головки;

— погрешность измерения величины энергии излучения, фотоприемником «OPH1R» (Ophir Optronics LTD, Inc.) не превышала 5 %.

4). Совпадением в пределах ~ 5 % измерений величины средней мощности возбуждения в эксилампах барьерного разряда тремя независимыми способами [49].

5). Однотипностью регистрируемой закономерности развития барьерного разряда во всех исследованных рабочих средах.

6). Согласием полученных результатов с данными других авторов при близких экспериментальных условиях, в частности, согласием по основным закономерностям зажигания диффузных разрядов в газах повышенного давления при высоком перенапряжении [336], величине эффективности излучения в ксеноне при возбуждении коронным разрядом [313], условиям достижения максимальной эффективности KrCl-эксилампы барьерного разряда [374]. Сведения о внедрении результатов и предложения по их использованию.

1989 г.), на кафедре физики плазмы Томского государственного университета, г. Томск, (1988 г.). Лазер ЛИДА-Т был внедрен в Институте общей физики АН СССР, г. Москва, (1990 г.). Импульсная ксеноновая лампа внедрена в Институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, г. Москва, (2004 г.). Импульсные одно- и двухбарьерные KrCl-экси лампы. переданы, в компанию Alameda Applied Science (CA USA) в рамках контракта в 2000 г. Эксилампы барьерного и емкостного разряда переданы в компанию DermOptics SAS (Ницца, Франция) в 2003 г., в ЗАО «ИЦ Эксимер», Санкт-Петербург (2007 г.), в компании USHIO Inc., Япония (2004 г.), Sen Engineering CO., LTD, Япония (2003 — 2009 гг.). Акты внедрения включены в Приложение диссертации.

Noble Light, Германия (1999 г.) и USHIO Inc., Хиого, Япония (2004 г.) — мировыми^ лидерами по производству светотехнической продукции, включая» эксилампы. Созданные образцы KrCl-и Хеч-экснламп были успешно использованы для воздействия на поток природного газа и для облучения метанольных растворов [376, 377]. Созданные установки использовались также в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ студентами Томского государственного университета.

Полученные результаты могут быть использованы при создании электроразрядных лазеров на атомарных переходах инертных газов, мощных эффективных эксиламп непрерывного и квазинепрерывного действия, а также газоразрядных источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетных НИР, проводившихся в Лаборатории оптических излучений (ЛОИ) ИСЭ СО РАН в период 1986 — 2009 гг., а также в ходе проведения ряда работ в области фундаментальных и прикладных исследований, поддержанных: 1). Проектами РФФИ: «Эффективное излучение эксиплексных молекул в электроразрядной плазме низкого давления», № 96-02-16668-а, (1996-1998 гг.);

Исследование и создание эффективных газоразрядных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра», № 05-08-33621-а, (2005 — 2007 гг.).

2). Проектом INTAS № 96-0351 (1997 — 1999 гг.).

3). Проектами МНТЦ (ISTC): № 1270 (2001-2003 гг.), № 2706 (2004-2006 гг.), № 3583р (2007-2010 гг.).

4). Проектами IPP-CRDF: № В506095 (2000-2001 гг.); CRDF № RP2-538-TO-02 (2002-2005 гг.).

5). Средствами по контрактам с зарубежными компаниями: Heraeus Noblelight

GmbH, Германия (2 контракта, 1999 г.); Alameda Applied Sciences Corporation, США (3 контракта, 1999-2000 гг.); DermOptics SAS, Франция (2 контракта, 2003-2005 гг.); USHIO Inc., Япония (2004 г.); Sen Engineering CO., LTD, Япония (12 контрактов, 2003-2009 гг.).

6). Средствами по хоздоговорам с российскими партнерами: с Институтом теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, г. Москва (2003-2004 гг.); с Физическим Институтом РАН в рамках программы «Фундаментальные проблемы нано- и пикосекундной электроники большой мощности», г. Москва (2005 г.); с ЗАО «ИЦ Эксимер», г. Санкт-Петербург (2007 г.). Личный вклад автора. В исследованиях, представленных в диссертации, автору принадлежит выбор направлений исследования в рамках общего направления и постановка задач, анализ и интерпретация полученных результатов. Результаты исследований получены автором лично или при его определяющем участии. На различных этапах в работе принимали участие сотрудники ЛОИ ИСЭ СО РАН: А.Н. Панченко, B.C. Скакун, Д.В. Шитц, М.В. Ерофеев, Э.А. Соснин — при исследовании эксиламп барьерного, емкостного и тлеющего разрядов; Е.Х. Бакшт, Д.В. Рыбка — при проведении исследований искровой лампы, а также эксиламп при возбуждении высоковольтным наносекундным разрядом при большом перенапряжении. B.C. Скакун и автор настоящей работы предложили в 1998 г. использовать емкостной разряд для возбуждения эксиламп. В работе использовался s токовый шунт на полосковых линиях, изготовленный по предложению И.В. Пегеля

1 (ИСЭ СО РАН, г. Томск). Моделирование ряда эксиламп УФ и ВУФ диапазонов, а также источника излучения на основе искрового разряда было выполнено

A.M. Бойченко, С.И. Яковленко, А.Н. Ткачевым (Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН, г. Москва). Моделирование усилительных свойств плазмы ОРИПЭЛ в криптоне было выполнено Г.Н. Зверевой (ГОИ им. С.И. Вавилова, г. С.Петербург). Автор работы получил полезные консультации от С.Д. Коровина (ИСЭ СО РАН, г. Томск) при разработке методики определения энерговвода в барьерном разряде, а также от A.M. Янчариной (СФТИ им. В.Д. Кузнецова, г. Томск) при освоении методики* измерений концентрации и температуры электронов спектральными методами. В pa3pä6ÖTKe методики расчета спектральной плотности мощности в1 абсолютных единицах автору принадлежат идея и вывод используемых аналитических выражений. Решающее влияние на выбор общего направления исследований и возможность проведения большинства исследований, результаты которых представлены» в настоящей работе, было оказано заведующим ЛОИ ИСЭ СО РАН В.Ф. Тарасенко.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано более 100 работ, включая более 90 публикаций в журналах из списка ВАК и 17 патентов, из них 4 международных.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и симпозиумах: Всесоюзном совещании «Инверсная населенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» (г. Томск, Россия, 1986 г.); Всесоюзном семинаре «Процессы ионизации, с участием возбужденных атомов» (г. Ленинград, Россия, 1988 г.); VI Всесоюзной конф. «Оптика лазеров» (г. Ленинград, Россия, 1990 г.); Международной конф. «Laser Optics» (С.-Петербург, Россия, 1993 г.); I—IX Международных конф. «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (г. Томск, Россия, 1992, 1995, 1998, 1999,2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.); IX конф. по физике газового разряда (г. Рязань, Россия, 1998 г.); 10-й международной конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов (г. Томск, Россия, 1999 г.); the 5- (2000 г.) and 7й (2004 г.) Russian-Chinese Symp. on Laser Physics and Laser Technologies (Tomsk, Russia); международной конф. «LASE 2003» (Photonics West, San Jose, CA USA, 2003 г.); XIV (Liverpool, UK, 2002 г.), XV (Toulouse, France, 2004 г.), XVI (Xi’an, China, 2006 r.) Intern. Confer, on Gas Discharges and their Applications; the VIII (Greifswald, Germany, 1998 г.), IX (Ithaca, NY, USA, 2001 r.) and XI (Shanghai, China, 2007 r.) Intern. Symp. of Science and Technology of Light Sources;

13ш — 15— Intern. Symp. on High Current Electronics (Tomsk, Russia, 2004, 2006, 2008 гг.); 13^ Intern. Conf. on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Tomsk, Russia, 2006 г.); X Intern. Conf. on Gas Discharge1 Plasma and Their Technological Applications (Tomsk, Russia, 2007 г.); XVI IEEE Intern. Pulsed Power and Plasma Science (PPPS) Conf. (Albuquerque, New Mexico, 2007 г.); the 35ш IEEE Intern. Conf. on Plasma Science (ICOPS) (Karlsruhe, Germany, 2008 г.); 24th Summer School and Intern. Symp: on the Physics of Ionized Gases (SPIG) (Novi Sad, Serbia, 2008 г.); на X Харитоновских чтениях — международной конф. «Мощные лазерьь и исследования физики высоких-плотностей энергии», РФЯД-ВНИИЭФ (г. Саров, Россия, 2008 г.); на Симпозиуме «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ — 2008) (г. Лоо, Россия, 2008 г.); the VII Intern. Conf. on High — Power Laser Ablation (Taos, NM, USA, 2008 г.); the 11~ Intern. Symp. on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (Hakone XI) (Oleron Island, France, 2008 г.); the 36- Intern. Conf. onPlasma Science (ICOPS) (San Diego, CA, USA, 2009 г.); the 17- IEEE Intern. Pulsed Power Conf. (PPC) (Washington, USA, 2009 г.).

Структура, и« объем работы. Диссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения и Приложения. Она содержит 346 страниц, включая Л 49 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 377 наименований, из них 73 — работы автора.

Заключение диссертации по теме «Оптика»

Основные результаты диссертационной работы заключается ,в следующем: (

1). Определен’ механизм достижения инверсной населенности в активных средах Не (Ые, Аг) — №3 при накачке сильноточным объемным разрядом. Экспериментально реализована столкновительная очистка нижнего лазерного уровня в реакциях гарпунного типа; в активных средах Не (№) — №3 — N2, N6 — №3 реализован многоволновой режим генерации.

2). Расширен класс излучательных сред газоразрядных источников излучения — предложены и экспериментально реализованы более эффективные по сравнению с ранее использовавшимися рабочие среды, обеспечивающие увеличение выходных характеристик источников спонтанного излучения в УФ и ВУФ областях спектра: а) смеси Хе — 12, Не — 12, Хе — Не — 12 йод-содержащих ламп, обеспечивающих существенное увеличение мощности излучения на атомарной линии* йода в УФ области спектра; б) смесь Аг~ — N2, позволяющая существенно увеличить мощность и эффективность излучения на (2+) системе азота при газоразрядном возбуждении по сравнению с результатами, получаемыми в чистом азоте; в) при возбуждении емкостным разрядом природного газа обнаружено свечение полос (4+) системы 60 в области 150—200-нм с мощностью до 5 мВт/см? при эффективности ~ 2 %.

3). Для возбуждения источников спонтанного излучения предложено использовать: а) высоковольтный наносекундный разряд в инертных газах повышенного давления для получения мощного ВУФ излучения димеров инертных газов; б) емкостной и коронный барьерный разряды — для возбуждения люминесценции эксиплексных и эксимерных молекул, соответственно.

Установлено, что возбуждение тяжелых инертных газов высоковольтным наносекундным, а также коронным барьерным разрядами имеет ряд преимуществ с точки’ зрения генерации оптического излучения в ВУФ области спектра. В первом случае удается существенно (в ксеноне — до 1 МВт/см?) увеличить мощность излучения. Во втором случае имеется возможность зажигания коронного разряда без ограничительного сопротивления, что практически вдвое (дс~ 40 % в случае возбуждения ксенона) увеличивает величину технического КПД устройства по отношению к ранее полученным результатам при использовании коронного разряда постоянного тока.

4). Экспериментально показана возможность зажигания диффузного разряда в газах при повышенных давлениях (в гелии — до 15 атм) без источника

280 предварительной ионизации при использовании высоковольтных наносекундных импульсов с удельной мощностью и энергией возбуждения, соответственно, до л л сотен МВт/см и ~1 Дж/см-. При данных условиях возбуждении в аргоне, криптоне, ксеноне атмосферного давления удельные мощности излучения в полный телесный угол достигают ~ 100, ~ 350, ~ 500 kBt/cmj соответственно. В эмиссионном спектре газоразрядной плазмы в спектральном диапазоне от 120 до 850 нм до ~ 90 % энергии излучения сосредоточено в полосах переходов димеров инертных газов с полушириной не более ~ 20 нм. При- увеличении-давления ксенона до 12 атм достигнуто увеличение мощности’ излучения до ~ 1МВт/см3 и сокращение длительности импульса излучения на полувысоте до ~ 8 не в ВУФ области спектра.

При возбуждении бинарных смесей аргона и криптона с малыми добавками ксенона кроме излучения димеров аргона и криптона зарегистрировано узкополосное излучение на X ~ 147 нм гетероядерных димеров* АгХе* и КгХе*. Экспериментально обоснована перспективность использования плазмы разряда данного типа в качестве активной среды лазера ВУФ диапазона спектра на переходах димеров криптона, молекул АгХе* и КгХе*.

В плазме высоковольтного наносекундного разряда спектральными методами проведены измерения концентрации электронов и оценки температуры. Установлено, что при возбуждении азота высоковольтным наносекундным разрядом низкая эффективность излучения является следствием короткой (не более ~ 3 не) длительности фазы эффективной наработки молекул азота в состоянии С3Пи за счет прямого электронного удара из основного состояния, а динамика населенности состояния С3Пи молекулы азота на спаде импульса излучения определяется радиационным и столкновительным тушением. Реализован режим искрового разряда с импульсом тока без осцилляций, что обеспечило увеличение мощности излучения искровой лампы. Плотность мощности излучения в диапазоне от 200 до 400 нм на внешней границе плазменного образования в режиме свободного расширения плазмы разряда составила ~1 МВт/см2.

Установлено, что форсирование возбуждения газа сокращением фронта импульса тока (менее 1 мкс) и ограничение энергозапаса на уровне ~ 30 — 40 Дж при возбуждении искровой ксеноновой лампы (внутренний диаметр 3 мм, межэлектродный зазор 4 мм, давление ксенона 550 Тор) позволяет избежать «запирания» УФ излучения и достичь плотности мощности излучения в УФ области спектра ~ 400 кВт/см2 на внешней и ~ 700 кВт/см2 на внутренней поверхностях колбы лампы. На основе экспериментальных данных и результатов моделирования определено; что в искровом-разряде в-ксеноне при удельной мощности и энергии возбуждения, соответственно, ~ сотни МВт/см3 и ~ десятки Дж/см3 спектр излучения формируется в основном за счет фоторекомбинационных переходов из квазиконтинуальных состояний одно- и двухкратных ионов ксенона.

Проведен цикл исследований эксиламп с известными рабочими средами и возбуждением тлеющим, одно- и двухбарьерным разрядами: а) определена зависимость эффективности излучения ХеС1-эксилампы тлеющего разряда от удельной, мощности возбуждения и давления рабочей смеси. Показано, что при возбуждении тлеющим разрядом эффективность излучения молекул ХеСГ 10 % реализуется при давлениях рабочей смеси 0.5-4 Тор; б) экспериментально исследованы зависимости выходных характеристик КгС1-, ХеС1-эксиламп барьерного разряда как от режима возбуждения — формы и амплитуды импульса напряжения, частоты следования импульсов, так и состава и давления рабочей среды, геометрии разрядного промежутка, режима теплоотвода. Установлено, что наличие микроразрядов является необходимым условием получения высокой эффективности работы КгС1-ХеС1-эксиламп на основе барьерного разряда. Равномерное распределение той же вводимой мощности возбуждения по объему в условиях однородного разряда приводит к снижению эффективности; в) проведен комплекс исследований, направленных на изучение факторов, определяющих условия формирования однобарьерного разряда в ксеноне и величину эффективность излучения димеров ксенона. В результате моделирования однобарьерного разряда в ксеноне при условиях, близких к

282 реализованным в эксперименте, установлено, что слой плотной плазмы вблизи катода выполняет роль плазменного катода, а развитие разряда характеризуется наличием волны ионизации, направленной от катода с малым радиусом кривизны к аноду. Накопление заряда электронов на диэлектрическом барьере при токопрохождении приводит к запиранию электронного тока. При снятии внешнего напряжения накопленный заряд обеспечивает протекание тока в обратном направлении.

11). При проведении работы разработаны и созданы: а) электроразрядные лазеры ДИЛАН и ЛИДА; б) модульные эксилампы тлеющего разряда с мощностью излучения 1.6 кВт (КгС1-эксилампа) и 1.1 кВт (ХеС1-эксилампа); в) эксилампы барьерного разряда: КгС1-эксилампа с мощностью излучения ~100 Вт; Хе2-эксилампа с мощностью излучения до 50 Вт с размером излучающей области 20 х 24 см» и плотностью мощности излучения до 100 мВт/см2; г) эксилампы аксиально-симметричной и плоской безоконной (с размером излучающей области 23 х 23 см2) конструкций для получения излучения на димерах аргона и криптона, излучение которых не пропускается кварцевыми стенками эксиламп традиционных конструкций; д) импульсная искровая ксеноновая лампа с пиковой мощностью излучения в диапазоне от 190 до 250 нм до ~ 200 кВт; е) на основе однобарьерной ксеноновой эксилампы создан фотореактор для воздействия на жидкости илитазы при давлении до 40 атм.

Таким образом, можно» заключить, что при проведении*- настоящей работы решена крупная научно-техническая задача исследования и создания газоразрядных источников с улучшенными выходными параметрами излучения в оптической части спектра. Расширен класс газофазных рабочих сред источников спонтанного излучения, возбуждаемых различными типами самостоятельного разряда в газе, включая ранее не применявшиеся для данной цели; исследованы физические процессы в наиболее перспективных рабочих средах газоразрядных источников’ спонтанного и вынужденного излучения и определены их выходные характеристики; создан ряд мощных» эффективных эксиламп непрерывного и квазинепрерывного действия, а также газоразрядных источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности в УФ и ВУФ областях.

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в Томском государственном университете, Институте общей физики АН СССР, (г. Москва), Институте сильноточной электроники СО РАН, (г. Томск), Институте кардиологии ТНЦ РАМН, (г. Томск), в ЗАО «ИЦ Эксимер», (г. Санкт-Петербург), Институте теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, (г. Москва), а также в зарубежных организациях: компаниях Alameda Applied Science (США), DemiOptics SAS (Франция), USHIO Inc. (Япония), Sen Engineering CO LTD (Япония).

В заключение автор выражает глубокую признательность научному консультанту — д.ф.-м.н, профессору В.Ф. Тарасенко, а также коллегам по Лаборатории оптических излучений ИСЭ СО РАН — А.Н. Панченко, B.C. Скакуну, Е.Х. Бакшту, Д.В. Шитцу, Д.В. Рыбке, Д.А. Сорокину, Э.А. Соснину и М.В. Ерофееву за помощь, оказанную при проведении настоящей работы.

Газоразрядная плазма является одним из объектов, широко используемых в качестве рабочих и активных сред. Преимуществом генерации плазмы посредством электрического разряда в газе по сравнению с иными способами — ударными)волнами, взрывами, лазерным излучением и другими способами является технологичность, возможность работы в импульсно-периодическом режиме, относительная простота, а» также возможность в широких пределах изменять длительность, удельные энергетические, а также спектральные характеристики излучения плазмы. В этом случае для получения плазмы част используются различные типы электрического разряда в газе.

Помимо выбора типа энерговвода в излучающую среду принципиальными с точки зрения создания источника излучения с заданными спектральными, временными и энергетическими параметрами излучения являются характеристики используемой рабочей среды. Одними из наиболее эффективных в УФ и ВУФ областях спектра являются среды на основе неравновесного излучения димеров и галогенидов* инертных газов. Настоящая работа посвящена- исследованию газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения с рабочими» и активными1 средами на основе инертных газов и их смесей с галогенами.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Ломаев, Михаил Иванович, Томск

1. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. -М.: Атомиздат, 1978.-256 с.

2. Справочник по лазерам / Под ред. A.M. Прохорова. В 2-х томах. Т. 1. -М.: Советское радио, 1978. -504 с.

3. Bridges W.B., and Chester A.N. Visible and UV Laser Oscillation of 118 Wavelengths in Ionized Neon, Argon, Krypton, Xenon, Oxygen, and Other Gases // Appl. Optics. -1965. -Vol. 4. No. 5.-P. 573-530.

4. Pixton R.M., and Fowles G.R. Visible laser oscillation in helium at 7063 A // Phys. Letters. -1969. Vol. 29A. -P. 654-655.

5. Schmieder D., Brink D.J., Salamon T.I., and Jones E.G. A high pressure 535.3 nm neon hydrogen laser // Optics Communications. -1981. -Vol. 36. No. 3. -P. 223-226.

6. Schmieder D., and Salamon T.I. A visible helium plasma recombination laser // Optics Communications. -1985. -Vol. 55. No. 1. -P. 49-54.

7. Иванов И.Г., JIamyui E.JI., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -256 с.

8. Бункин Ф.В., Держиев В.И., Месяц Г.А., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., ФеденевА.В., Яковленко С.И. Мощный Ne-H2 лазер с накачкой от малогабаритного промышленного ускорителя // Квантовая электроника. -1985. Т. 12. № 10. -С. 1993-1994.

9. Бункин Ф.В., Держиев В.И., Месяц Г.А., Муравьев И.И., Скакун B.C., Тарасенко В. Ф„ Феденев A.B., Яковленко С.И., Янчарина A.M. Пеннинговские плазменные лазеры на переходах неона // Известия АН СССР, серия физическая. -1986.-Т. 50.-С. 1064-1074.

10. Эксимерные лазеры / Под ред. Ч. Роудза. -М.: Мир. 1981.-245 с.

11. Китаева В.Ф., Одинцова А.И., Соболев H.H. Ионные аргоновые квантовые генераторы непрерывного действия // УФН. -1969. Т. 99. Вып. 3. -С. 361^416.

12. Jcivan A., Bennett W.R., and Herriott D.R. Population Inversion and Continuous Optical Maser Oscillation in a Gas Discharge Containing a He-Ne Mixture // Physical Review Letters. -1961. -Vol. 6. No. 3. -P. 106-110.

13. Яковленко С.И. Плазма для лазеров / В сб. Физика плазмы. Т. 3 Итоги науки и техники. -М.: Изд-во ВИНИТИ АН СССР, 1982. -С. 57-118.

14. Bennet W.R. Inversion mechanism in gas lasers // Apply Optics Supplement on Chemical Lasers. -1965. -P. 3-33.

15. Елецкий A.B., Смирнов Б.М. Физические процессы в газовых лазерах. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -152 с.

16. Васильев Б.И, Ястребков A.B. О возможности NH3 -лазера высокого давления // Квантовая электроника. -1984. Т. 11. № 5. -С. 1052-1060.

17. Бохан П.А. Процессы релаксации и влияние метастабильных состояний атомов и ионов металлов на механизм генерации и энергетические характеристики лазеров // Квантовая электроника. -1986. Т. 13. № 9. -С. 1837-1847.

18. Бердникое А.Н., Доржиев В.И., Муравьев И.PI., Яковленко С.И., Янчарина A.M. Пеннинговский плазменный лазер на новых переходах атома гелия в видимой области спектра // Квантовая электроника. -1987. Т. 14. № 11. -С. 2197-2200.

19. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация на длинах волн 583.3, 540.1 нм неона и на 428 нм иона азота при накачке поперечным разрядом // Оптика и спектроскопия. -1986.-Т. 61. Вып. 5.-С. 1102-1105.

20. Ломаев ММ., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Исследование генерации в неоне при накачке самостоятельным разрядом с УФ предыонизацией // Квантовая электроника. -1987. Т. 14. № 5. -С. 993-996.

21. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Письма в ЖТФ . -1988. Т. 14. В. 11. -С. 1045-1048.

22. Горюнов Ф.Г., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Янчарина A.M. Генерация на атомарных переходах инертных газов при накачке самостоятельным разрядом. Томск, 1988. -23 с. (Препринт / Томский филиал СО АН СССР, № 50).

23. Ломаев М.И., Нагорный Д.Ю., Тарасенко В.Ф., Феденев A.B., Кириллин Г.В. Генерация на атомарных переходах инертных газов в смесях с NF3 // Квантовая электроника. -1989. Т. 16. № 10. -С. 2053-2056.

24. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Янчарпна A.M. Спектроскопия активных сред на основе смесей инертных газов с NF3 // Известия СО АН СССР, сер. тех. наук. —1989. Вып. 6.-С. 125-132.

25. Ломаев М.И. Электроразрядные лазеры на переходах Hei, Nel, Arl, FI, N2+ со столкновительной очисткой нижнего лазерного уровня водородом и NF3. Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. -Томск, 1992. -126 с.

26. Пастор A.A., Романов Л.А., Сердобинцев П.Ю. Исследование рекомбинационного режима заселения возбужденных состояний неона в смеси неон водород в импульсном поперечном разряде // Вестник ЛГУ. -1984. № 10. -С. 102 — 104.

27. Бункин Ф.В., Держиев В.И., Латуш Е.Л., Муравьев И.И., Сэм М.Ф., Чеботарев Г.Д., Яковленко С.И. Инверсия и генерация па переходе Ne I X = 585,3 нм в разрядах с жесткой составляющей // Квантовая электроника. -1986. Т. 13. № 12. -С. 2531 -2533.

28. Salomon T.I., Schmieder D. The Inversion mechanism of the 585.3 nm neon laser // Opt. Commun. -1987. -Vol. 62. No. 5. -P. 323-327.

29. Boichenko A.M., Skakun KS., Tarasenko V.F., Fomin E.A., Yakovlenko S.I. Cylindrical Excilamp Pumped by a Barrier Discharge // Laser Physics. -1994. -Vol. 4. No 3. -P. 635-637.

30. Алехин A.A., Баринов B.A., Герасько Ю.В., Костенко О.Ф., Любченко Ф.Н., Тюкавкин A.B., Шалашков В.И. Непрерывные плазмохимические источники света. / Под ред. Ф.Н. Любченко. -М.: «БИОР», 1997. -160 с.

31. Протасов Ю.С. Плазменные источники излучения высокой спектральной яркости / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том IV. / Под ред. В.Е. Фортова.-М.: Наука, 2000. -С. 232 262.

32. Wieser J., Murnick D.E., Ulrich A., Huggins H.A., Liddle A., and Brown W.L. Vacuum ultraviolet rare gas excimer light sources // Rev. Sci. Instrum. -1997. -Vol. 68. No. 3. -P. 1360- 1364.

33. Wilkinson P.G., Tanaka Y. New Xenon-Light Source for the Vacuum Ultraviolet // J. Opt. Soc. Am. -1955. -Vol. 45. -P. 344-349.

34. Шуаибов А.К., Дащенко А.И., Шевера И.В. Характеристики поперечного, высокочастотного разряда на смеси ксенона с хлором // Физика плазмы. -2004. -Т. 30. № 5.-С. 475^480.

35. Newman D.S. and Brennan M.J. The Dielectric Barrier Discharge: A Bright Spark for Australia’s Future//Aust. J. Phys. -1995. -Vol. 48. -P. 543-556.

36. Борисов B.M., Водчгщ В.А., Ельцов A.B., Христофоров О.Б. Мощные высокоэффективные KrF-лампы с возбуждением скользящим и барьерным разрядами // Квантовая электроника. -1998. Т. 25. № 4. -С. 308-314.

37. Бойченко A.M., Тарасенко В.Ф., Фомин Е.А., Яковленко С.И. Широкополосные континуумы в инертных газах и их смесях с галогенидами // Квантовая электроника. -1993. Т. 20. № 1. -С. 7-30.

38. Головицкий А.П. Возможности создания эффективных излучателей на основе непрерывного тлеющего разряда в смесях инертных газов и галогенов // Письма в ЖТФ.-1992.-Т. 18. Вып. 8.-С. 73-76.

39. Jones R.B, Schloss J.H, Eden J.G. Discharge-excited free jet source of rare gas-halide and oxide molecules // J. Appl. Phys. -1992. -Vol. 71. No. 4. -P. 1674-1682.

40. Ломаев М.И.’, Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шшпц Д.В. Отпаянные эффективные эксилампы, возбуждаемые емкостным разрядом // Письма в ЖТФ. -1999. Т. 25. В. 21. -С. 27-32.

41. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения // Успехи физических наук. -2003, — Т. 173. № 2. -С. 201-217.

42. Curtis W.E. A New Band Spectrum Associated with Helium // Proc. Roy. Soc. London. -1913. Ser. A89. -P.146-149.

43. Goldstein F. Uber ein noch beschriebenes, anscheinend dem Helium angehörendes, Spektrum // Verh. Deutsche Phys. Ges. -1913. -Vol. 15. -P. 402^113.

44. HopfieJd J.J. New ultra-violet spectrum of helium // Astrophys. J. -1930. -Vol. 72. -P.133-145.

45. Mulliken R.S. Potential curves of Diatomic Rare-Gas Molecules and» Their Iona and Particular Reference to Xe2* // J. Chem. Phys. -1970. -Vol. 52. -P. 5170-5182.

46. Stevens В., Hutton E. Radiative life-time of the pyrene dimer and the possible role of excited dimers in energy transfer processes // Nature. -1960. -Vol. 186. No. 4730. -P. 1045-1046.

47. Басов Н.Г., Данилычев B.A., Попов Ю.М., Ходкевич Д.Д. Квантовый генератор в вакуумной области спектра при возбуждении жидкого ксенона электронным пучком // Письма в ЖЭТФ. -1970. Т. 12. № 10. -G. 473-474.

48. Rhodes С. Review of ultraviolet laser physics // IEEE J. Quantum Electronics. -1974. -Vol. 10. No. 2.-P. 153- 174.

49. Лакоба И.С., Яковленко С.И. Активные среды эксиплексных лазеров (Обзор) // Квантовая электроника. -1980. Т. 10. -С. 389-410.

50. Смг1рнов Б.М. Эксимерные молекулы // УФН. -1983. Т. 139. Вып. 1. -С. 53-81.

51. Газовые лазеры / Под редакцией И. Мак-Даниэля и У. Нигена. -М.: Мир, 1986. -550 с.

52. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Степанов Ю.Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -216 с.

53. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Логинов А.В., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбужденных молекул инертных газов // УФН. -1992. Т. 162. № 5. -С. 123- 159:

54. Волкова Г.А., Кириллова Н.Н., Павловская Е.Н., Подмошенский И.В., Яковлева А.В. Лампа для облучения в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // Бюл. изобр. -1982. №41.-С. 179.

55. Shevera V.S., Shuaibov А.К., Malinin A.N., and Gerts S.Yu. Investigation of the efficiency of the formation of monohalides of inert gases in pulsed discharge through a dielectric // Opt. Spectrosc. (USSR). -1980. -Vol. 49. -P. 662-663.

56. Malinin A.N., Shuaibov A.K., Shevera V.S. Excitation of a mixture of mercury vapor and halogen-containing molecules in a pulsed discharge through a dielectric // J. Appl. Spectrosc. -1980. -Vol. 32. -P. 313-316.

57. Eliasson В., Kogelschatz U. Modeling and Applications of Silent Discharge Plasmas // IEEE Transactions on Plasma Science. -1991. -Vol. 19. No. 2. -P. 309-323.

58. Von Arx C., Kogelschatz U. High-power radiator // US Patent 5,198,717. March.30, 1993.

59. Kogelschatz U. High-power radiator// US Patent 5,386,170. Jan. 31, 1995.

60. Gellert В., Kogelschatz U. Generation of Excimer Emission in Dielectric Barrier Discharges // Appl. Phys. B. -1991. -Vol. 52. -P. 14-21.

61. Kogelschatz U. Dielectric-barrier Discharges: Their History, Discharge Physics, and Industrial Applications // Plasma Chemistry and Plasma Processing. -2003. -Vol. 23. No. 1. -P. 1-45.

62. Kogelschatz U. High-power radiator // US Patent 5,214,344. May 25, 1993.

63. Kogelschatz U., Salger J. High-Pressure Plasmas: Dielectric-Barrier and Corona Discharges Properties and Technical Applications. In: Low Temperature Plasma. Fundamentals, Technologies, and Techniques (2nd Edn.). / Ed. By R. Hippler, H. Kersten,

64. M. Schmidt, К.Н. Schoenbach. WILEY-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim, 2008. — Vol. 2. -P. 439-462.

65. Zhang J.-Y, Boyd I. W. Efficient excimer ultraviolet sources from a dielectric barrier discharge in rare-gas/halogen mixtures // J. Appl. Phys. -1996. Vol. 80 (2). -P. 633-638.

66. Boyd I.W., Zhang J. Y. New large area ultraviolet lamp sources and their applications // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research- B. -1997. -Vol. 121.-P. 349-356.

67. Zhang J.-Y, Boydl.W. Lifetime investigation ofexcimei UV sources //Applied Surface Science. -2000. Vol. 168. -P. 296-299.

68. Boyd I.W., Zhang J. Y., Kogelschatz U. Development and applications of UV excimer lamps. Photo-Excited Piocesses, Diagnostics and Applications. / Ed. by A. Peled. Kluwer Academic. The Netherlands, 2003. -P. 161-199.

69. Энциклопедия низкотемепратурной плазмы. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Том XI-4. Газовые и плазменные лазеры / Под< ред. С.И. Яковленко. -М.: Физматлит, 2005. -С. 471-636.

70. Ломаев М.И, Соснш Э.А., Тарасенко В.Ф., Ulumif Д.В., Скакун В. С, Ерофеев М.В., Лисенко А.А. Эксилампы барьерного и емкостного разрядов и их применения // Приборы и техника эксперимента. -2006. № 5. -С. 5 26.

71. Шуаибов А.К, Шевера И.В., Шимон Л Л., Соснин Э.А. Современные источники ультрафиолетового излучения: разработка и применение. -Ужгород: Ужгородский национальный университет, 2006. -225 с.

72. Falkenstein Z., Coogan J. The development of a silent discharge-driven XeBr* excimer UV light source // J. Phys. D: Appl. Phys. -1997. Vol. 30. -P. 2704-2710.

73. Zhang J.—Y., Boyd I.W. Efficient Xel excimer ultraviolet sources from a dielectric barrier discharge // J. Appl. Phys. -1998. Vol. 84. No. 3. -P. 1174-1178.

74. Волкова Г.А., Зверева Г.Н. Исследование параметров барьерного разряда в смесях^ . Кг -12, Хе- Т2 // Оптика и спектроскопия. -2004. Т. 96. № 3. -С. 419-427.

75. Arnold Е., Dreiskemper R., and Reber S. High-Power Excimer Sources Proc. Of the 8th Internatinal Symposium on the Science and Technology of LIGHT SOURCIES LS-8. Greifswald. Germany, 30 Aug.- 3 Sept. 1998. -P. 90-98.

76. Eliasson В., Egli W., Kogelschatz U. Modeling of Dielectric Barrier Discharge Chemistry // Pure and Applied Chemistry. -1994. Vol. 66. No. 6. -P. 1275-1286.

77. Kogelschatz U., Eliasson В., Egli W. From ozone generators to flat television screens: history and future potential of dielectric barrier discharges // Pure Appl. Chem. -1999. -Vol. 71. No. 10.-P. 1819-1828.th

78. Vollkommer F., Hitzschke L. Dielectric Barrier Discharge // Proc. Of the 8- Internatinal Symposium on the Science and Technology of LIGHT SOURCIES LS-8. Greifswald. Germany, 30 Aug.- 3 Sept. 1998. -P. 51-60.

79. Kogelschatz U. Filamentary, Patterned, and Diffuse Barrier Discharge // IEEE Transactions on Plasma Science. -2002. Vol. 30. No. 4. -P. 1400-1408.

80. Gibalov V.I., Pietsch G.J. The development of dielectric barrier discharges in gas gaps and on surfaces // J. Phys. D: Appl. Phys. -2000. Vol. 33. -P. 2618-2636.

81. Brauer I., Pvmset C., Pui-wins H. -G., Boeuf J. P. Simulations of self-organized filaments in a dielectric barrier glow discharge plasma // J. Appl. Phys. -1999. Vol. 85. No. 11.-P. 7569-7572.

82. Akashi H., Oda A., Sakai Y. Modeling of Multifilament Formation in Dielectric Barrier Discharge Excimer Lamp // IEEE Transactions on Plasma Science. -2005. Vol. 33. No. 2. -P. 308-309.

83. Boichenko A.M., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Exciplex rare-halide lasers // Laser Physics.-2000. Vol. 10. No. 6.-P. 1159-1187.

84. О da A., Sakai Y:, Akashi H., andSugawara H. One-dimensional modeling of low-frequency and high-pressure Xe barrier discharges for the design of excimer lamps // J. Phys. D: Appl. Phys. -1999. Vol. 32. -P. 2726-2736.

85. Carman R.J., and Mildren R.P. Computer modeling of a short-pulse excited dielectric barrier discharge xenon excimer lamp (k ~ 172 ran) // J. Phys. D: Appl. Phys. -2003. -Vol. 36.-P. 19-33.

86. Bogdanov E.A., Kudryavtsev A.A., Arslanov R.R., and Kolobov V.I. Simulation of pulsed dielectric barrier discharge xenon excimer lamp // J. Phys. D: Appl. Phys. -2004. -Vol. 37.-P. 2987-2995. ‘

87. Beleznai Sz., Mihajlik G., Agod A., Maros I., Jithasz R., Nemeth Zs., Jakab L., and Richter P. High-efficiency dielectric barrier Xe discharge lamp: theoretical and experimental investigations // J. Phys. D: Appl. Phys. -2006. Vol. 39. -P. 3777-3787.

88. Boichenko A.M., Yakovlenko S.I., Tarasenko V.F. Electron beam-excited Xe excilamp’s optimal characteristics // Laser and Particle beams. -2000. Vol. 18. -P. 655-660.

89. Mildren R.P., Carman R.J. Enhanced performance of a dielectric barrier discharge lamp using short-pulsed excitation // J. Phys. D: Appl. Phys. -2001. Vol. 34. -P. LI — L6.

90. Nakamura I, Kannari F, Obara M. Improvement of the KrF(B-X) excimer lamp with 248 and 193 nm dual wavelength emission using an Ar buffer // Appl. Phys. Lett. -1990. Vol. 57. -P. 2057-2059.

91. Tanaka Y„ Jursa A.S. Combining of the Rare-Gas Continua // J. Opt. Soc. America. -1960.-Vol. 50.-P. 1118-1119.

92. Зайдель A.H., Шрейдер Е.Я. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1967. -472 с.

93. Shuaibov A.K Multiwave excimer lamps using XeF/XeCl/KrF/KrCl molecules // Technical Physics. -1998. Vol. 43. No. 12. -P. 1459-1462.

94. Malinin A.K, Guivan N.N., and Shimon L.L. Emission Spectra of Working Mixtures of a HgBr/HgCl Excimer Lamp // Optics and Spectroscopy. -2000. Vol. 89. No. 6. -P. 829-833.

95. Шуаибов А.К., Дагценко A.M. Условия одновременного образования хлоридов Аг, Кг, Хе в многоволновом излучателе с накачкой поперечным-разрядом-// Квантовая электроника. -2000. Т. 30. № 3. -С. 279-281.

96. Guivan N.N., Janca J., BrabJec A., Stahel P., Stavicek P., Shimon L.L. Planar UV excilamp excited by a surface barrier discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. -Vol. 38.-P. 3188-3193.

97. Шуаибов A.K, Грабовая И.А. Электроразрядная ультрафиолетовая лампа на смеси ксенон-йод // Журнал прикладной спектроскопии. -2005. Т. 72. № 2. -С. 247-250.

98. Шуаибов А.К., Шевера И.В. Эксиплексно-галогенные широкополосные лампы на смесях инертных газов с молекулами хлора и фреона-12 // ЖТФ. -2007. Т. 77. Вып. 9. -С. 93-101.

99. Рыкстин Н.Н., Углов А.А., Зуев КВ., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. -М.: Машиностроение, 1985. -496 с.

100. Excimer Laser Technology / Ed. by D. Basting and G. Marowsky. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. -434 P.

101. Mehnert R. UV Curing Equipment-Monochromatic UV Lamps, in UV and EB Curing Technology and Equipment / Ed. by J. Wiley. S1TA. 1999. Chapter 4. -P. 83-105.

102. Falkenstein Z Another Route to the Ultraviolet // Photonics Spectra. -2001. -Vol.35. Is.ll.-P. 108-110.

103. Hitzschke L. and Vollkommer F. Product Families based on Dielectric Barrier Discharge // Proc. of the 9th International Symposium on the Science and Technology of Light Sources. Cornell University. Ithaca, NY, USA, 12-16 August 2001. -P. 411-421.

104. Laroussi M., Dobbs F.C., Doblin M.A., Ball L.G., Moreira K.R., Dyer F.F., Richardson J.P. Decontamination of Water by Excimer UV Radiation // IEEE Transactions on Plasma Science. -2002. Vol. 30. No. 4. -P. 1501- 1503.

105. Oppenlander T. Photochemical Purification of Water and Air, Advanced Oxidation Processes (AOPs): Principles, Reaction Mechanisms, Reactor Concepts. New York/Weinheim: Wiley-VCH, 2003. ISBN 3-527-30563-7.

106. Oppenlander T Mercury-free sources of VUV-UV radiation application of modern excimer lamps (excilamps) for water and air treatment //J. Envirom. Eng. Sci. -2007. Vol. 6. -P. 253-264.

107. Lazzaro D., Murra P., Felici D., Fu S. Spatial distribution of the light emitted by an excimer lamp used for ultravioletB photo-therapy: experiment and modeling // Rev. Sci. Instrum. -2004. Vol. 75. Is. 5. -P. 1332-1336.

108. Muzzi F., Baldesi A. Apparatus with ultraviolet spectrum lamp for the treatment of psoriasis // Int. Pat. Class. A61N5/06, Int. Publ. No. WO 03/024526 Al.

109. Oppenlander Т., Gliese G. Mineralization of Organic Micropollutants (Homologous Alcohols and Phenols) in Water by Vacuum-UV-Oxidation (H20-VUV) with an Incoherent Xenon-Excimer Lamp at 172 nm // Chemosphere. -2000. -Vol. 40.-P. 15-21.

110. Айзенберг Ю.Б. Световые приборы. Справочная книга по светотехнике. / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -С. 111-136.

111. Смирнов Б.М., Яценко А.С. Димеры. -Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН. 1997. -148 с.

112. Гордон Е.Б., Егоров В.Г., Михелъсо В.Т., Наливайко С.Е., Павленко B.C., ПеэтВ.Э., Трещалов А.Б. О гарпунном канале образования эксимерных молекул в электроразрядном ХеС1-лазере // Квантовая электроника. -1988. Т. 15. № 2. -С. 285-288.

113. Eliasson В., Kogelschatz U. Nonequilibrium volume plasma chemical processing // IEEE Transactions on Plasma Science. -1991. Vol. 19. -P. 1063-1077.

114. Райзер Ю.П., Шиейдер М.Н., Яценко Н.А Высокочастотный емкостной разряд: Физика. Техника эксперимента. Приложения: Учеб. пособие: Для вузов. -М.: Изд-во Моск. физ.-техн. ин-та. Наука. Физматлит. 1995. -320 с.

115. Протасов Ю.С., Чувашев С.И. Динамика частиц и особенности процессов переноса в низкотемпературной плазме / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том 1. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 101-126.

116. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда: Пер. с англ. / Под ред. Д.А. Франк-Каменецкого. -М.: Атомиздат, 1961. -323 с.

117. Мак-Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах: / Пер. с англ. Под ред. М.С. Рабиновича-М.: Мир, 1969. -205 с.

118. Kiimagai И., Obara М. New high-efficiency quasi-continuous operation of an ArF(B-X) excimer lamp excited by microwave discharge // Appl. Phys. Lett. -1989. -Vol. 54.-P. 2619-2621.

119. Kutamura M, Mitsuka K, Sato H. XeCl (B-X) Excimer Lamp Excited by Microwave Discharge // Appl. Surface Science. -1994. Vol. 79/80. -P. 507.

120. Kumagai H., and Toyoda K. Properties of new high-efficiency vacuum ultraviolet fluorine lamp excited by microwave discharge // Appl. Phys. Lett. -1991. Vol. 59. -P. 2811-2813.

121. Schoenbach K, El-Habachi A., Shi W., and Ciocca M. High-pressure hollow cathode discharges It Plasma Sources Sci. Technol. -1997. Vol. 6. -P. 468-477.

122. El-Habachi A., Schoenbach K.H. Emission of excimer radiation from direct current, high-pressure hollow cathode discharges // Appl. Phys. Lett. -1998. Vol. 72. No. 1. -P. 22-24.

123. Schoenbach КН., El-Habachi A., Moselhy M.M., Shi W., Stark R H. Microhollow cathode discharge excimer lamps // Physics of Plasmas. -2000. Vol. 7. No. 5. -P. 2186-2191.

124. Zhu IV., Takano N. Schoenbach K.H., Guru D., McLaren J., Heberlein J., May R.and Cooper J. R. Direct current planar excimer source // J. Phys. D: Appl. Phys. -2007. -Vol. 40.-P. 3896-3906.

125. Райзер Ю.11. Физика газового разряда. Учеб. руководство. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. -592 с.

126. Taylor R.S, Leopold К.Е., Tan К.О. Continuous B-X excimer fluorescence using direct current discharge excitation // Appl. Phys. Lett. -1991. Vol. 59. No. 5. -P. 525-527.

127. Головицкий А.П., Кан С.H. Характеристики ультрафиолетового эксимерного излучения непрерывного тлеющего разряда низкого давления // Оптика и спектроскопия. -1993. Т. 75. Вып. 3. -С. 604-609.

128. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Излучательные характеристики поднормального тлеющего разряда в смесях инертных газов и галогенов // Оптика и спектроскопия. -1998. Т. 84. № 3. -С. 389-392.

129. Панченко А.Н, Соснин Э.А, Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы тлеющего разряда низкого давления // Патент RU 2089962 Cl. Бюлл. изобр. -1997. № 25.-С. 350.

130. Импульсные источники света /Под ред. И.С. Маршака. -М.: Энергия, 1978. -472 с.

131. Справочная книга по светотехнике. Под ред. Ю.Б. Айзенберга. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -472 с.

132. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. -М.: Энергоатомиздат, 1991. -720 с.

133. Басов Ю.Г. Источники накачки микросекундных лазеров. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -240 с.

134. Фортов В.Е. Динамические методы в физике плазмы // УФН. -1982. -Т. 138. Вып. 3. -С. 361-412.

135. Радиационная плазм о динамика. Т. 1 / Под ред. Ю.С. Протасова. Т. 1. Материалы I Всесоюзного симпозиума по радиационной плазмодинамике. -М.: Энергоатомиздат, 1991.-574 с.

136. Протасов Ю.С., Протасов Ю.Ю. Светоэрозионный источник высокоэнтальпийных газово-плазменных потоков сложного химического состава / ПТЭ. -2003. № 2. -С. 65-71.

137. Протасов Ю.С., Протасов Ю.Ю. Импульсный источник коротковолнового ультрафиолетового излучения высокой плотности мощности / ПТЭ. -2003. № 2. -С. 72-77.

138. Lam S.K., Lo D., Zheng C.E., Yuan C.L., Shanggitan C. Yang, T.L., Kochetov I.V. Parametric study of Xe2* dimer in high-pressure electrical discharges // Applied Physics B: Lasers and Optics. -2002. Vol. 75. No. 6-7. -P. 723-730.

139. Panchenko A.N., Tarasenko V.F., Belokurov A.N., Mendoza P., and Rios I. Planar KrGl excilamp pumped by transverse self-sustained discharge with optical system for radiation concentration // Phys. Scr. -2006. Vol. 74. -P. 108-113.

140. Noggle R.C., Krider E.P., Wayland J.R. A search fort X rays from helium and air discharges at atmospheric pressure // J. Appl. Phys. -1968. Vol. 39. -P. 4746^1748.

141. Тарасова JI.B., Худякова Л.H. Рентгеновское излучение при импульсных разрядах в воздухе//ЖТФ. -1969. Т. 39. Вып. 8. -С. 1530-1533.

142. Tarasenko VF, Yakovlenko S.I. High-powet subnanosecond beams of runaway electrons and volume discharge formation in gases at atmospheric pressure // Plasma Devices and Operations. -2005. Vol. 13. No 4. -P. 231-279.

143. Тарасенко В.Ф., Орловский B.M., Шунайлов С А Формирование пучка электронов в воздухе при атмосферном давлении // Известия вузов. Физика. -2003. № 3. -С. 94-95.

144. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Тарасова Л.В. Характеристики газоразрядного источника световых импульсов наносекундной длительности // ПТЭ. -1977. № 1. -С. 203-205. .

145. Костыря И.Д., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Феденев А В Оптические свойства плазмы при объемном наносекундном разряде атмосферного давления в неоднородном электрическом поле // ЖТФ. -2004. Т. 74. Вып. 8. -С. 35-40.

146. Manley Т.С. The ekectric characteristics of the ozonator discharge // Trans. Electrochem. Soc. -1943. Vol. 84. -P. 83-96.

147. Falkenstein Z., Coogan J J Microdischarge behavior in the silent discharge of nitrogen -oxigen and water-air mixtures // J. Phys. D: Appl. Phys. -1997. Vol. 30.-P. 817-825.

148. Емельянов Ю.М., Филиппов Ю.В. Электрическая теория озонаторов II. Теория динамических характеристик озонаторов // Журнал физической химии. -1957.-Т. 31. №7.-С. 1628-1635.

149. Емельянов Ю.М., Филиппов Ю.В. Электрическая теория озонаторов IV. Об активной мощности озонаторов // Журнал физической химии. -1959. Т. 33. № 5: -С. 1042-1046.

150. Самойлович В.Г., Гибалов В И., Козлов КВ. Физическая химия барьерного разряда. -М.: Изд-во МГУ, 1989. -176 с.

151. Liu S. and Neiger М Excitation of dielectric barrier discharges by unipolar submicrosecond square pulses // J. Phys. D: Appl. Phys. -2001. Vol. 34. -P. 1632-1638.

152. Автаева C.B. Барьерный разряд. Исследование и применение. -Бишкек. Изд-во Киргизско-Российского Славянского Университета, 2009. -152 с.

153. Jumo М., Okamoto М., Takeda М., and Motomura Н. Luminance and efficacy impiovement of low-pressure xenon pulsed fluorescent lamps by using an auxiliary external electrode // J. Phys. D: Appl. Phys. -2001. Vol. 40. -P. 3889-3895.

154. Schwarz-Kiene P., Heering W. Improved power converter for pulsed operation of DBD // Proc. SPIE. -2000. Vol. 4071. -P. 271-282. Int. Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers III, Tomsk (Russia), 13-17 Sept. 1999.

155. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -254 с.

156. Гуревич ММ. Фотометрия (теория, методы и приборы). -Д.: Энергоатомиздат, 1983. -272 с.176. http://www.ophiropt.com/

157. Подмошенский И.В., Пухов A.M., Яковлева A.B. // Журнал прикладной спектроскопии. -1972. Т. XVI. Вып. 3. -С. 415.

158. Малышев В-.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979. -480 с.

159. Диагностика и метрология плазменных процессов / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том II. Раздел V. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 382-634.

160. БекефиД., Дейч К., Якоби Б. Спектроскопическая диагностика лазерной плазмы / В сб. Плазма в лазерах. / Под ред. Д. Бекефи. -М.: Энергоиздат, 1982. -С. 312-409.

161. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы. -М.: Физматлит, 2006. -472 с.

162. Колесников В.Н. Низкотемпературная плазма как объект диагностики / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том II. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 393-411.

163. Колесников В.Н. Спектроскопическая диагностика плазмы в УВИ диапазоне / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том II. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 491-507.

164. Методы исследования плазмы. / Под ред. В. Лохте-Хольтгревена. Перевод с англ. Под ред. С.Ю. Лукьянова. -М.: Мир, 1971. -552 с

165. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. -М.: Мир, 1978. -492 с.

166. Воробьев B.C., Железняк М.Б. Определение концентрации и температуры электронов по абсолютной интенсивности спектральных линий в неравновесной плазме // Оптика и спектроскопия. -1973. Т. 35. Вып. 4. -С. 619-625.

167. Кудрявцев A.A., Скребов В.И. Об определении температуры электронов по абсолютной интенсивности спектральной линии в неравновесной плазме // Оптика и спектроскопия. -1982. Т. 52. Вып. 4. -С. 621-625.

168. Britun N., Gaillard M., Ricard A., Kim Y.M., Kim К. S., Han J. G. Determination of the vibrational, rotational and electron temperatures in N2 and Ar-N2 rf discharge // J. Phys. D: Applied Physics. -2007. Vol. 40. -P. 1022-1029.

169. Загулов Ф.Я., Котов A.C., Шпак В.Г., Юрике Я.Я., Яландин М.И. РАДАН -малогабаритный импульсно-периодический сильноточный ускоритель электронов // ПТЭ. -1989. №2. -С. 146-149.

170. Жовтянский В.А., Пелен КВ., Новик О.М. Практическая спектроскопия рекомбинирующей плазмы в области перехода от ЛТР к ЧЛТР // ЖПС. -1988. Т. 49. № 3. -С. 400—407.

171. Makuchowski J., Pokora L. Theoretical model of TEA nitrogen laser excited by electric discharge. Part 1. Problem formulation // Optica Applicata. -1993. Vol. XXIII. No. 2-3.-P. 113-129.

172. GodargB. Simple High-Power Large-Efficiency N2 Ultraviolet Laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1974. Vol. 10. No. 2. -P. 147-153.

173. Шваб А. Измерения на высоком напряжении. Пер. с нем. Кужекина И. П. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -264 с.

174. Клаассен КБ. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. / Перевод с английского Е.В. Воронова и A.JI. Ларина. -М.: Постмаркет, 2000. -352 с.

175. Ломаев М.И. Определение энерговвода в эксилампах с возбуждением барьерным разрядом // Оптика атмосферы и океана. -2001. Т. 14. № 11. -С. 1091-1095.

176. Liu S. and Neiger М. Electrical modeling of homogeneous dielectric barrier discharges under an arbitrary excitation voltage // J. Phys. D: Applied Physics. -2003. Vol. 36. -P. 3144-3150.

177. Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Определение спектральной плотности энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах // ПТЭ. -2006. № 3. -С. 111-114.

178. Тарасенко В.Ф., Верховский B.C., Федоров А.И., Телъминов Е.Н. Электроразрядный ХеС1 лазер // Квантовая электроника. -1980. Т. 7. № 9. -С. 2039-2041.

179. Мельчеико С.В., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Электрораэрядный KrCl лазер с энергией излучения 0.6 Дж // Письма в ЖТФ. -1986. Т. 12. Вып. 3. -С. 171-175.

180. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Электроразрядный многоволновой лазер ДИЛАН // ПТЭ. -1990. № I. -С. 179-180.

181. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В. Ф. Газовый импульсно-периодический лазер с накачкой поперечным разрядом // Авторское свидетельство № 1498350, 1989.

182. Силовые полупроводниковые приборы. / Пер. с англ. под ред. Токарева В.В. -Воронеж: Элист, 1995. 661с.

183. Ломаев МИ., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Скакун B.C. Газоразрядный источник излучения // Патент на изобретение № 2310947, зарег. 20. 11. 2007. БИ № 32 от 20. 11. 2007.

184. Panchenko A.N., Sosnin Е.А., Tarasenko VF. Improvement of output parameters of glow discharge UV excilamps // Optics Communications. -1999. Vol. 161. -P. 249-252.

185. Бакигт E.X., Панченко АН., Тарасенко В.Ф. Эффективный длинноимпульсный ХеС1-лазер с предымпульсом, формируемым индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника. -2000. Т. 30. № 6. -С. 506 — 509.

186. Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока // Приборы и техника эксперимента. -1999. №4.-С. 5-36.

187. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. -Л.: Энергия, 1978. -262 с.

188. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. -М.: Радио и связь, 1981. -440 с.

189. Willett C.S., Litynski D.M. Power increase in N2 UV and IR lasers by addition of SF6 // Appl. Phys. Lett. -1975. Vol. 26. No. 3. -P. 118-120.

190. Лосев В.Ф., Тарасенко В.Ф. Влияние добавок SFg на характеристики N2 -лазера // ЖТФ. -1976. Т. 46. -С. 2202-2204.

191. Каслин В.М., Петрат Г.Г. Новые линии импульсной генерации и сверхсветимости» на переходах неона в видимой области спектра // ЖПС. -1970. Т. ХП. Вып. 3. -С. 540-542.

192. Sutton B.G., Galvan L., Valenzuela P.R., Suchard S.N. Atomic laser action in rare-gas-SF6 mixtures // IEEE J. Quantum Electronics. -1975. Vol. QE-11. No. 1. -P. 54-57.

193. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. -М.: Мир, 1981. -542 с.

194. Rollins R.S., Jordan D.L. Multi-wavelength operation of rare-gas-halide lasers // J. Phys. D.: Appl. Phys. -1986. Vol. 19. No. 5. -P. 717-720.

195. Shusen M.A., Yongbang Y., Xinxin S. The double laser oscillating with KrCl and XeCl // Rev. Roum. Phys. -1986. Vol. 31. No. 9-10. -P. 881-884.

196. Kovacs M.A., Ultee C.J. Visible laser action in fluorine I // AppLPhys. Lett. -1970. -Vol. 17.No.L-P. 39-40.

197. Тарасенко В.Ф., Бычков Ю.И., Лосев В.Ф., Федоров А.И. Характеристики мощного азотного лазера// Квантовая электроника. -1973. -Т. 15. № 3. -С. 103-105.

198. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Квантовая электроника. -1988. Т. 15. № 10. -С. 1978-1981.

199. Держиев В.И., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Генерация на переходе X = 585,Знм в смеси Ne-NF3 // Оптика и спектроскопия. -1989. Т. 67. Вып. 5.-С. 1188-1189.

200. Бионди М.А. Рекомбинация. В сб. Плазма в лазерах. Под ред. Дж. Бекефи. -М.: Энергоиздат, 1982.-С. 145-176.

201. Бионди М.А. Электрон-ионная рекомбинация в газовых лазерах. В сб. Газовые лазеры. / Под ред. И. Мак-Даниэля и У. Нигена. -М.: Мир. 1986. -С. 216 234.

202. Грим Г. Спектроскопия плазмы. -М.: Атомиздат, 1969. -451 с.

203. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. -М.: Наука, 1982. -376 с.

204. Пастор А.А., Сердобинцев П.Ю., Шубин Н.Н. Исследование роли ступенчатых процессов в начальной стадии импульсного поперечного разряда в неоне // Оптика и спектроскопия. -1986. Т. 60. Вып. 4. -С. 706-710.

205. Brake М., Repetti Th.E. Electron temperatures of intense electron-beam-produced plasma // IEEE Trans. Plasma Sci. -1989. Vol. 17. No.l. -P. 60-61.

206. Вирин JJ.K, Джагацпанян P.В., Карачевцев Г.В., Потапов В.К., Тальрозе В.Л. Ионно-молекулярные реакции в газах. -М7: Наука, 1979. -548 с.

207. Александров А.Ю., Долгих В.А., Керимов О.М, Мызников Ю.Ф., Рудой И.Г, Сорока A.M. Основные механизмы образования инверсии на Зр—3s переходах неона// Квантовая электроника. -1987. Т. 14. № 12. -С. 2389-2395.

208. Thynne J.C.J. Negative Ion Formation by Electron Impact in Nitrogen Trifluoride // J. of Phys. Chem. -1969. Vol. 73. No. 5. -P. 1536-1588.

209. Радциг A.A., Б.М. Смирнов Справочник по атомной и молекулярной физике. -М.: Атомиздат, 1980. -240 с.

210. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. О механизме возникновения инверсии населенностей в смесях He(Ne, Ar)-NF3 при накачке самостоятельным разрядом // Квантовая электроника. -1992. Т. 19. № 2. -С. 146-150.

211. Григорян Ю.И., Папанян В.О., Тараеенко В.Ф. Электроразрядный He-N3 лазер // Квантовая электроника. -1986. Т. 13. № 10. -С. 2015-2024.

212. Collins С.В. The nitrogen ion laser pumped by charge transfer // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1984. Vol. 20. No. 1. -P. 47-63.

213. Радциг A.A., Б.М. Смирнов Параметры атомов и атомных ионов. Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -344 с.

214. Демшредер В. Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента. -М.: Наука, 1985. -608 с.

215. Clunie D.M., Thorn R.S.A., Trezise К.Е. Asymmetric visible super-radiant emission from a pulsed neon discharge // Phys. Lett. -1965. Vol. 14. No. 1. -P. 28-29.

216. Leonard D.A. The 5401 A pulsed neon laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1967. Vol. QE 3. No. 3. -P.133-135.

217. Shipman D. Traveling wave excitation of high power gas lasers // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1967. Vol. QE 10. No. 1. -P. 3-4.

218. Смирнов Б.М. Физика атома и иона. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -216 с.

219. Dougal R.A., Williams P.P. Fundamental processes in’ laser-triggered electrical breakdown of gases // J. Phys. D.: Appl. Phys. -1984. Vol. 17. No. 5. -P. 903-918.

220. Moriarty J. J., Milde H.I., Bettis J.R., Quenther A.ff. Precise Laser Initiated Closure of Multimegavolt Spark Gaps //’ Rev. Sci.» Instrum. -1971. Vol; 42. No. 12.- —P.1767-1776.

221. Ломаев M. И., Тарасенко В. Ф. Рабочая среда двухчастотного электроразрядного лазера // Авторское свидетельство № SU1455962. Заявка № 4271185. Приоритет от 29.06.87. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 1 октября 1988 г.

222. Лисицын В.Н., Ражее A.M. Мощный лазер высокого давления на красных линиях фтора // Письма в ЖТФ. -1977. Т. 3. Вып. 7. -С. 862-864.

223. Kovacs М.А., Mltee C.J. Visible laser action in fluorine I // Appl. Phys. Lett. -1970. -Vol. 17. No. 8.-P. 39-40.

224. Bigio I.J., Begley R.P. High-power visible laser action in neutral atomic fluorine // Appl. Phys. Lett. -1976. Vol. 28. No. 5. -P. 263-264.

225. Lawler J. E., Parker J. W., Anderson L.V., Pitzsimmons W.A. Experimental Investigation of the Atomic Fluorine Laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1979. Vol. QE-15. No. 7. -P. 609-613.

226. Tanaka Y. Continuous Emission Spectrum of Rare Gases in the Vacuum Ultraviolet Region // J. Opt. Soc. Amer. -1955. Vol. 45. -P. 710-716.

227. Волкова Г.А., Кириллова H.H., Павловская E.H., Яковлева А.В. ВУФ лампы на барьерном разряде в инертных газах // ЖПС. -1984. Т. 41. Вып. 4. -С. 691-695.

228. Eliasson В., Kogelschatz U. UV excimer radiation from dielectric barrier discharges //Appl. Phys. B. -1988. Vol. 46. No. 4. -P. 299-303.

229. Kogelschatz U„ Esrom H., Zhang J., Boyd I. W. High-intensity sources of incoherent UV and VUV excimer radiation for low-temperature materials processing // Applied Surface Science. -2000. Vol. 168. -P. 29-36.

230. Герасимов Г.Н. Оптические спектры бинарных смесей инертных газов // УФН. -2004. Т. 174. № 2. -С. 155- 175.

231. Хи Xueji. Dielectric barrier discharge properties and applications // Thin Solid Films. -2001. — Vol. 390. -P. 237—242.

232. Коновалов И.Н., Тарасенко В.Ф. Излучение смесей Ar (Ne) : Хе : C2F4Br2 (NF3) при возбуждении электронным пучком // Журнал прикладной спектроскопии. 1981. -Т. 34. Вып. 1.-С. 177-179.

233. Шуаибов А.К, Шимон Л.Л., Шевера И. В. Многоволновая электроразрядная лампа на галогенидах инертных газов // Приборы и техника эксперимента. -1998. № 3. -С. 142-144.

234. Шуаибов А.К., Дащенко А.И. Условия одновременного образования хлоридов Аг, Кг, Хе в многоволновом излучателе с накачкой поперечным разрядом // Квантовая электроника. -2000. Т. 30. № 3. -С. 279-281.

235. Sasaki W., Kubodera S., Kawanaka J. Efficient VUV light sources from rare gas excimer and their applications // Proc. SPIE. -1997. Vol. 3092. -P. 378-381.

236. Liuti G., Mentall J.E. Monochromatic iodine lamp // Rev. Sci. Instr. -1968. -Vol. 39.No. 11.-P. 1767-1768.

237. Harteck P., Reeves R. R, Thompson Jr., and B. A. The iodine lamp: a light source for selective excitation of CO // Z. Naturforschg. -1963. Vol. 19 a. -P. 2-6.

238. Gross U., Ubelis A., Spietz P., Burrows J. Iodine and mercury resonance lamps for kinetics experiments and their spectra in the far ultraviolet // J. Phys. D: Appl. Phys. -2000. -Vol. 33.-P. 1588-1591.

239. Ernst W. E., Tittel F. K., Wilson W. L., Marowsky G. Gain conditions for electron-beam-excited Ar-N2 laser lines at 337.1, 357.7, and 380.5 nm I I Journal of Applied Physics. -1979. Vol. 50. -P. 3879-3883.?

240. Bennett W. R., Flint Jr. and J. Ar ( P2)-N2 (С Г1и) excitation transfer cross section and radiative lifetimes of the nitrogen-molecular-laser transitions // Phys. Rev. A 18. -1978. -P. 2527-2532.

241. Бойченко A.M., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Характеристики эксиплексной KrCl-лампы, накачиваемой объемным разрядом // Квантовая электроника. -1996. Т. 23. № 4. -С. 344-348.

242. Ломаев М.И., Панченко A.H., Соснин Э. А., Тарасенко В.Ф. Цилиндрические эксилампы с накачкой тлеющим разрядом // ЖТФ. -1998. Т. 68. № 2. -С. 64-68.

243. Иванов В. В, Саенко В Б, Рулев Г Б. Применение излучающих микрошнуров плазмы для создания открытых широкоапертурных источников ультрафиолета // Письма в ЖТФ. -1995. Т. 21. Вып. 7. -С. 65-68.

244. Kumagai Н, Obara М. New High-Efficiency Quasi-Continuous Operation of a KrF (B—>X) Excimer Lamp Excited by Microwave Discharge // Appl. Phys. Lett. -1989. -Vol. 54. -P. 2619-2621.

245. Furusawa H, Okada S, Obara M. High-efficiency continuous operation HgBr excimer lamp excited by microwave discharge // Appl. Phys. Lett. -1995. Vol. 66. -P. 1877-1879.

246. He Z, Prelas M. A., Meese J. M., Lin Li-Te. Microwave excitation and applications of an elliptical excimer lamp // Laser and Particle Beams. -1998. Vol. 16, No. 3. -P. 509-524.

247. Eden J.G., ParkS.J., Ostrom N.P., Chen K.F. Recent advances in microcavity plasma devices and arrays: a versatile’ photonic platform // J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. Vol. 38. -P. 1644-1648.

248. Лисенко А.А., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. L-лампа емкостного разряда // Оптика атмосферы и океана. -2004. Т. 17. № 8. -С. 689-691.

249. Kogelschatz U. Silent-discharge driven excimer UV sources and their applications // Applied Surface Science. -1992. Vol. 54. -P. 410-423.

250. Xu Y„ Xu X. One dimensional Self-consistent Model for Xenon Dielectric Barrier Discharge (DBD) // Physica Scripta. -2000. Vol. 62. -P. 76-80.

251. Ломаев М.И., Полякевич А.С., Тарасенко В.Ф. Влияние давления смеси на эффективность излучения молекул ХеСГ при накачке продольным тлеющим разрядом // Оптика атмосферы и океана. -1996. Т. 9. № 2. -С. 207-210.

252. Панченко А.Н., Соснин Э.А., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Ломаев ММ. Мощные коаксиальные эксилампы со средней мощностью более 100 Вт // Письма в ЖТФ. -1995. Т. 21. Вып. 21. -С. 77-80.

253. Boichenko A.M., Skakun V.S., Sosnin E.A., Tarasenko V.F, Yakovlenko S.I. Emission efficiency of exciplex and excimer molecules pumped by a barrier discharge // Laser Physics. -2000. Vol. 10. No 2. -P. 540-552.

254. Boichenko A. M, Lomaev M. I., Tarasenko V. F., Yakovlenko S. I. The Effect of the Excitation Power on the Emission Efficiency of Barrier and Glow-Discharge Pumped Exciplex and Excimer Lamps // Laser Physics. -2004. — Vol. 14. No. 8. -P. 1036- 1049.

255. Тарасенко В.Ф., Д. В. Шитц, Ломаев ММ. О формировании барьерного разряда в KrCl-эксилампе // Известия вузов. Физика. -2003. № 7. -С. 94-96.

256. Ломаев MM. , Тарасепко В.Ф., Ткачев А.Н., Шитц Д.В., Яковленко СМ. О формировании конусообразных микроразрядов в KrCl и ХеС1 эксилампах // ЖТФ. -2004. Т. 74. Вып. 6. -С. 129-133.

257. Ломаев ММ., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. О формировании «барьерного разряда в эксилампах // ЖТФ. -2007. Т. 77. Вып. 8. -С. 86-92.

258. Месяц Г.А., Осипов В.В., Тарасенко В.Ф. Импульсные газовые лазеры. -М.: Наука, 1991. -272 с.

259. Klimkin V.M. Stability of longitudinal repetitively pulsed discharges in metal vapor lasers // Proc. SPIE. -2002. Vol. 4747. -P. 164-179.

260. Xu X.P. and Kushner M. Multiple microdischarge dynamics in dielectric barrier discharges // J. of Appl. Physics. -1998. Vol. 84. No. 8. -P. 4153-4160.

261. Barnes P.N., Kushner M.J. Ion-ion neutralization of iodine in radio-frequency inductive discharges of Xe and I2 mixtures // J. Appl. Phys. -1997. Vol. 82. No. 5. -P. 2150-2155.

262. Шуаибов A.K, Грабовая Я.Л. Электроразрядный ультрафиолетовый эксимерно-галогенный излучатель на смеси гелия и ксенона с парами йода // ЖТФ. -2004. -Т. 74. Вып. 4.-С. 66-69.

263. Feng X., Zhu S. Investigation of excimer ultraviolet sources from dielectric barrier discharge in krypton and halogen mixtures // Phys. Scr. -2006. Vol. 74. -P. 322-325.

264. Ломаев, М.И., Панченко A.H., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы тлеющего разряда. // Патент РФ № 2151442 С1. Приоритет 18.02.98. Рег.20.06.00. Опубл. 20.06.2000. Бюл. №17.

265. Ломаев ММ., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Рабочая среда лампы высокочастотного емкостного разряда. // Патент № RU 2154323 С1. Приоритет 01.06.1998. Per. 10.08.00. Опубл. 10.08.2000. Бюл. №22.

266. Lomaev M. /., Tarasenko V. F. Xe(He) I2 Glow and Capacitive discharge excilamps //Proc. of 9th International Symposium on the Science and Technoloy of Light Sources. Cornel University, Ithaca, NY, USA 12-16 Aug. 2001. -P. 433-434.

267. Lomaev M. /., Tarasenko V. F. Xe(He) I2 Glow and capacitive discharge excilamps //Proc. of SPIE. -2002. — Vol. 4747. -P. 390-398.

268. Лисенко A.A., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. УФ излучение в азоте при возбуждении безэлектродным разрядом // Известия вузов. Физика. -2004. № 12. -С. 83-84.

269. Searles S.K., Hart G.A. Laser emission at 3577 and 3805 A in electron-beam-pumped Ar-N2 mixture //Appl. Phys. Lett. -1974. Vol. 25. No. 1. -P. 79-81.

270. Schreiber A., Kuhn В., Arnold E., Schilling F.J., Witzke H.D. Radiative resistance of quartz glass for VUV discharge lamps // J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. -Vol. 38.-P. 3242-3250.

271. Salvermoser M. and Murnick D.E. High-efficiency, high-power 172 nm xenon excimer light source // Appl. Phys. Lett. -2003. Vol. 83. No. 10. -P. 1932 — 1934.

272. Kogelschatz U. Excimer Lamps: History, Discharge Physics, and industrial Applications // Proc. of SPIE. -2004. Vol. 5483. -P. 272-286.

273. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Лисенко А.А. Безоконная эксилампа вакуумного ультрафиолетового диапазона // Письма в ЖТФ. -2006. Т. 32. Вып. 13.-С. 74-79.

274. Tilford S G., Simmons J.D. Atlas of the Observed Absorption Spectrum of Carbon Monoxide between 1060 and 1900 A // J. Phys. Chem. Ref. Data. -1972. Vol. 1. No. 1. -P. 147-188.

275. Arnold E., Lomaev M.I., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Schitts D.V., and Yakovlenko S.I. Formation of a volume discharge in a xenon single barrier excilamp with a low curvature cathode // Laser Physics. -2002. Vol. 12. No. 9.-P. 1227-1233.

276. Arnold. E., Lomaev M.I., Lisenko A.A., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Schitts D. V., and Yakovlenko S.I. Volume Discharge Formation in a One-Barrier Xenon excimer Lamp // Laser Physics. -2004. Vol. 14. No. 6. -P. 809 — 817.

277. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Одно- и двухбарьерные эксилампы ВУФ диапазона на димерах ксенона // ЖТФ. -2008. Т. 78. Вып. 2. -С. 103- 107.

278. О da A., Sugawara IT., Sakai Y., Akashi Н. Estimation of the output power and efficiency of Xe barrier discharge excimer lamps using a one-dimensional fluid model for various voltage waveforms // J. Phys. D: Appl. Phys. 20 00. Vol. 33. -P. 1507-1513.

279. Shiga Т., Pitchford L.C., Boejl J.P. and Mikoshiba. Study of efficacy in a mercury-free flat discharge fluorescent lamp using a zero-dimensional positive column model // J. Phys. D: Appl. Phys. -2003. Vol. 8. -P. 512-521.

280. Avtaexa S.V., Kulumbaev E.B. Effect of the Scheme of Plasmachemical Processes on the Calculated Characteristics of a Barrier Discharge in Xenon // Plasma Physics Report. -2008. Vol. 34. No. 6. -P. 452-470.

281. Bogdanov E.A., Kudiyavtsev A.A., Arslanov R.R. and Kolobov V.I. Simulation of pulsed dielectric barrier discharge xenon excimer lamp // J. Phys. D: Appl. Phys. -2004. -Vol. 37. -P. 2987-2995.

282. Salvermoser, M., Murnick, D.E. Efficient, stable, corona discharge 172 nm xenon excimer light source // J. of Appl. Physics. -2003. Vol. 94. No. 6. -P. 3722 -3731.

283. Akashi H., Oda A., and Sakai Y. Effect of gas heating on excimer distribution in DBD Xe excimer lamp // Proc. of the 28th ICPIG, July 15-20, 2007, Prague, Czech Republic. -P. 851- 854.

284. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Мощная эксилампа на димерах ксенона // Письма в ЖТФ. -2006. Т. 32. Вып. 11. -С. 68 73.

285. Алексеев С.Б., Кувшинов В.А., Лисенко А.А., Ломаев МИ., Орловский В.М., Панарин В.А., Рождественский Е.А., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф. Фотореактор на основе Хе2 эксилампы // Приборы и техника эксперимента. -2006. № 1. -С. 142-144.

286. Tkachev A.N., Yakovlenko S.I. Simulation of plasma cathode layer parameters of effective excilamps // Laser Physics. -2002. Vol. 12. No. 7. -P. 1022-1028.

287. Lisenko A. A., Lomaev M. I., Skakun V. S., and Tarasenko V.F. Effective emission of Xe2 and Kr2 bounded by a dielectric barrier// Phys. Scr. -2007. Vol. 76. No.3. -P. 211-215.

288. Lisenko A.A., Lomaev M.I., Skakun V.S, Tarasenko’V.F. Effective emission of Xe2 and Kr2 excited by pulsed corona discharge bounded by a dielectric barrier // Proc. SP1E. -2006. -Vol. 6263.-P. 626317-1 -626317-5.

289. Акишев Ю.С., Дементьев A.B., Каральник В.Б., Монич А.Е., Трушкин НИ. О сходстве и различии барьерной короны переменного тока с положительной и отрицательной коронами постоянного тока и барьерным разрядом // Физика плазмы. -2003. Т. 29. №1. -С. 90-100.

290. Ломаев М.И., Лисенко А.А., Скакун B.C., Шитц Д.В., Тарасенко В.Ф., Матсумото Й. Источник спонтанного вакуумного ультрафиолетового излучения // Патент на полезную модель № RU 42694 U1. Приоритет от 21.07.2004. Опубл. 10.12.2004. Бюл. № 34.

291. Lomaev M.I., Lisenko A.A., Skakun VS., Shitz D. V, Tarasenko V.F., Matsumoto Y. Dielectric Barrier Discharge Excimer Light Source // Japanese Patent No. 3887641. Issued on 1.12.2006.

292. Пирс P., Гейдон А. Отождествление молекулярных спектров // Перевод с англ. Под ред. СЛ. Мандельштама и М.Н. Аланцева -М.: Изд-во иностранной литературы, 1949.-240 с.

293. Ubachs W., Hinnen Р. С., Hansen P., Stolte S., Hogervorst W., and Cacciani P. Laser Spectroscopic Studies of the ClE, v = 0 and v = 1 states of CO // Journal of Molecular Spectroscopy. -1995. Vol. 174. -P. 388-396.

294. Hotta A. VUV emission from CO gas discharge // Proc. of the 10th International Symposium on the Science and Technology of Light Sources, Toulouse. 2004. 18-22 July. -P.561-562.

295. Hatta A. VUV Emission Spectroscopy of CO Gas Discharge // J. Light & Vis. Env. -2005. Vol. 29. No. 3. -P. 79-84.

296. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн. II / Под ред. В.Е. Форгова. -М:: Наука, 2000. -С. 1- 381.

297. Биберман JI.M., Норман Г.Э. Непрерывные спектры атомарных газов и плазмы. // УФН. -1967. Т. 91. Вып. 2. -С. 193 — 246.

298. Мнк Д., Карэгс Д. Электрический пробой в газах. / Перевод с англ. Под ред. B.C. Комелькова М.: Изд-во иностранной литературы, 1960. -605 с.

299. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Планарная эксилампа на хлоридах инертных газов с накачкой поперечным самостоятельным разрядом // Квантовая электроника. -2006. Т. 36. № 2. -С. 169- 173.

300. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов // УФН. -1990. Т. 160. Вып. 7. -С. 49 — 82.

301. Wilson C.T.R. The acceleration of р-particles in strong electric fields such as those of thunderclouds // Proc. Cambridge Philos. -1924. Vol. 22. -P. 534-538.

302. Ткачев A.H., Яковленко С.И. Моделирование электронной лавины в гелии // ЖТФ. -2003. Т. 74. Вып. 3. -С. 91-97.

303. Яковленко С.И. Механизм распространения стримера к аноду и к катоду, обусловленный размножением электронов фона // Электронный журнал «Исследовано в России». -2004. № 9. -С. 86-100.

304. Пучки убегающих электронов и разряды на основе волны размножения электронов фона в плотных газах. // Труды Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН. Т. 63. Отв. ред. С.И. Яковленко. М.: Наука, 2007. -186 с.

305. Fridman A., Shirokov A., and Gutsol A. Non-thermal atmospheric pressure discharges II J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. Vol. 38. -P. R1-R24.

306. Ломаев М.И., Месяц Г.А., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х. Мощный короткоимпульсный источник спонтанного излучения на димерах ксенона // Квантовая электроника. -2007. Т. 37. № 6. -С.595-596.

307. Яковленко С.И. Газовые и плазменные лазеры / Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том IV. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: «Наука», МАИК «Наука/Интерпериодика». 2000: -С. 262 291.

308. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Burachenko A. G., Kostyiya ID., Lomaev M.I., Rybka D.V. Supershort Avalanche Electron Beams in Discharges in Air and Other Gases at High Pressure // IEEE Transactions on Plasma Science. -2009. Vol. 37. No. 6. ~P. 832-838.

309. Baksht E.H., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.I., Rybka D.V., Shulepov M.A. and Tarasenko V.F. Runaway-electron-preionized diffuse discharge at atmospheric pressure and its application // J. Phys. D: Appl. Phys. -2009. Vol. 42. 185201.

310. Тарасенко В.Ф., Бакшт E.X., Костыря И.Д., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Диффузные разряды в неоднородном электрическом поле при повышенных давлениях, инициируемые убегающими электронами // ЖТФ. -2010. Т. 80. Вып. 2. -С. 51-59. » ‘

311. Тарасова Л.В., Худякова Л.Н., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Быстрые электроны и рентгеновское излучение наносекундных импульсных разрядов в газах при давлениях 0.1 760 Тор // ЖТФ. -1974. — Т. 44. Вып. 3. -С. 564 — 568.

312. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Ускоритель сверхкороткого лавинного электронного пучка СЛЭП-150 // ПТЭ. -2008. № 4. -С. 159-160.

313. Бойченко A.M., Яковленко С.И. О возможности накачки Хе2*- лазеров и ламп ВУФ диапазона в послесвечении волны размножения электронов фона // Квантовая электроника.-2006.-Т. 36. № 12.-С.1176 1180.

314. Зверева Г.Н., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. О возможности применения объемного разряда, инициируемого пучком электронных лавин, для создания лазера на димерах криптона // Оптика и спектроскопия. -2007. Т. 102. № 1. -С. 46-53.

315. Герасимов Г.Н., Крылов Б.Е., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение в аргоне и криптоне на длине волны 147 нм при возбуждении диффузным разрядом, инициируемым убегающими электронами И Квантовая электроника. -2010. -Т. 40. №3.- С. 241-245.

316. Бабич Л.П., Березин И.А., Лойко Т.В., Тарасов М.Д. Роль ускорительных процессов в формировании объемных наносекундныхъ разрядов в плотных газах // Известия вузов. Радиофизика. -1982. Т. XXY. № 10. -С. 1131- 1137.

317. Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Сорокин Д.В., Тарасенко В.Ф, Кривоногова К.Ю. Излучательные характеристики азота при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком убегающих электронов // Оптика и спектроскопия. -2009.-Т. 107. -С. 37-44.

318. Бычков Ю.И., Лосев В.Ф., Савин В.В., Тарасенко В.Ф. Повышение эффективности N2 лазера //Квантовая электроника. -1975. Т. 2. №2. -G. 2047-2053.

319. Gupta Р.К., Majumder S К., Uppal A. Breast cancer diagnosis using N2 laser excited autofluorescence spectroscopy // Lasers in Surgery and Medicine. -1997. -Vol. 21. No. 5. -P. 417-422.

320. Kossyi I.A., Kostinsky A.Yu., Matveyev A.A., and Silakov KP. Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixtures // Plasma Sources Science and Technology. -1992. Vol.1. No. 3. -P. 207-220.

321. Ерофеев M.B., Ломаев М.И., Соснин ЭА., Тарасенко В.Ф. Импульсная KrCl эксилампа с плотностью мощности 1 кВт/см2 // ЖТФ. -200 h Т. 71. Вып. 10.-С. 137-140.

322. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн. IV. / Под ред. В.Е. Фортова. -М.: Наука, 2000. -С. 231-262.

323. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Импульсный источник мощного спонтанного излучения в ультрафиолетовой области спектра // Приборы и техника эксперимента. -2004. №. 6. -С. 136-137.

324. Бакшт Е.Х-., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Кршинан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в УФ области спектра: режимы возбуждения // Квантовая электроника. -2005. Т. 35. № 7. -С. 605-610.

325. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Кришнан М., Томпсон Дж. Характеристики излучения импульсного разряда в ксеноне // ЖТФ. — 2005.-Т. 75. Вып. 2.-С. 131-134.

326. Рыбка Д.В., Бакшт EX., Ломаев М.И, Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Кршинан М., Томпсон Дж. Мощный источник спонтанного излучения в области 200350 нм, возбуждаемый однополярным импульсом тока // Письма в ЖТФ. 2005. -Т. 31. Вып. 10.-С. 70-75.

327. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение плазмы объемного наносекундного разряда в ксеноне, криптоне и аргоне при повышенном давлении’// Квантовая электроника. -2006. Т. 36. № 6. -С. 576-580.

328. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Излучение димеров ксенона, криптона и аргона в послесвечении объемного наносекундного разряда при повышенных давлениях // Письма в ЖТФ. -2006. Т. 32. Вып. 19. -С. 52-57.

329. Копылова TH., Майер Г.В., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф:, Дегтяренко K.M., Суханов В.В., Телъминов E.H., Ломаев М.И., Мельченко C.B., Кузнецова Р.Т.,

330. Самсонова Л.Г. Мощный узкополосный лазер на красителях с накачкой джоульнымiэксиплексным лазером на хлориде ксенона // Квантовая электроника. —1993. Т. 20. № 7. -С. 657-662.

331. Кумпяк Е.В., Ломаев М.И., Месяц Г.А., Панченко« АН, Поталицын Ю.Ф., Тарасенко В.Ф Запуск искрового разрядника лазерным ультрафиолетовым излучением, передаваемым по световоду // ПТЭ. -1987. № 2. -С. 171-173.

332. Кумпяк Е.В., Ломаев М.И., Мельченко C.B., Месяц Г.А., Поталицын Ю.И., Тарасенко В.Ф., Топтыгин В.В. Запуск мегавольтного газового коммутатора излучением эксиплексного лазера // ЖТФ. -1987. Т. 57. Вып. 4. -С. 675-680.

333. Мельченко C.B., Ломаев ММ., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффект световода в лазерной плазме, образованной на поверхности металлов и диэлектриков // Оптика атмосферы. -1988. Т. 1. № 8. -С. 125-126.

334. Рыбка Д.В., Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Тарасенко В. Ф. Импульсный источник мощного спонтанного излучения в ультрафиолетовой области спектра // ПТЭ. -2004. №. 6.-С. 136-137.

335. Rahmani В., Bhosle S., Zissis G. Dielectric-Barrier-Discharge Excilamp in Mixtures of Krypton and Molecular Chlorine // IEEE Transactions on Plasma Science. -2009. Vol. 37. No. 4. -P. 546-550.

336. Tarasenko V.F., Kagadei V.A., Lomaev ML, Panchenko A.N., Proskurovskii D.I. Application of KrCl excilamp for cleaning GaAs surfaces using atomic hydrogen // Proc. SPIE. -1998. Vol. 3274. -P. 323-330.

337. Медведев Ю.В., Попыгалов Ю.И., Ерофеев В.И., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Истомин В.А. Облучение метанольных растворов Хе2- и KrCL-эксилампами барьерного разряда // Газовая промышленность. -2005. № 2. -С. 63-65.

Газоразрядные процессы в импульсных лазерах на парах металлов
Ультрафиолетовые газоразрядные эксимерные лазеры и их применение в медицине
Импульсные открытые разряды и их применение для создания активных сред лазеров
Исследование и оптимизация источников вакуумного ультрафиолетового излучения на основе плазмы инертных газов
Теория активных сред эксимерных лазеров

Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного ксенона