Н.П. ВАГИН, А.А. ИОНИН, О.А. РУЛЁВ

Н.П. ВАГИН, А.А. ИОНИН, О.А. РУЛЁВ1, Л.В. СЕЛЕЗНЕВ, Д.В. СИНИЦЫН, Н.Н. ЮРЫШЕВ
1ГНЦ
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва
РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, Троицк, Московской обл.
ОБРАЗОВАНИЕ СИНГЛЕТНОГО И АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА В СВЧ-РАЗРЯДЕ
В химических кислород-йодных лазерах в качестве энергетического донора для излучающего атомарного
йода выступает молекула синглетного кислорода (СК) в электронно-возбужденном состоянии O2(а1g). Причем выход СК может доходить до 60% [1]. В СВЧ-разряде, помимо СК и других возбужденных состояний
кислорода, образуется атомарный кислород, который оказывает существенное влияние на реакции с йодсодержащими молекулами:
CH3I + O = IO + CH3,
IO + O = I + O2
I + O2(а1g) = I* + O2
Однако данные реакции проходят очень быстро, что может поме70
Интенсивность свечения, отн. ед.
шать реализации генерации на молекуле I* ( = 1.315 мкм) с большого
объема активной среды при ограниченной скорости прокачки газа (в
60
наших экспериментах ~32 м/с). На рис. 1 представлена иллюстрирую0.8 тор
50
щая этот факт зависимость интенсивности люминесценции I * по длине
1.26 тор
измерительной трубки вдоль газового потока после СВЧ-разрядной
40
1.8 тор
камеры.
30
В экспериментах по измерению концентрации атомарного кислорода к возбужденной в СВЧ-разряде смеси O2:He = 1:2 при давлении
20
около 1 тора в измерительной трубке добавлялась газовая смесь
10
CH3I:He = 1:300. При полном давлении 2.25 тора в измерительной
Длина, см
трубке свечение гасло, исходя из чего была определена концентрация
0
иодида [CH3I] ~1.2*1014 см-3 необходимого для этого. При этом кон0
10
20
30
центрация атомов кислорода оценивалась ~2.4*10 14 см-3 или 0.58% от
Рис. 1. Интенсивность люминесценции
[О2]. Для удаления атомарного кислорода в поток газа после СВЧйода в зависимости от положения приемразряда можно добавлять молекулы NO2 [2] Концентрация молекул
ника по длине измерительной трубки
NO2 необходимая для удаления атомов кислорода в наших экспериментах была в два раза выше, чем концентрация иодида CH3I при том же давлении смеси O2:He = 1:2 в СВЧразряде.
Другой проблемой является получение максимального выхода СК. В наших экспериментах на выход СК
существенно влияли как давление и состав смеси, так и мощность СВЧ-разряда. Для смеси O2:He = 1:2 при
давлении газа в СВЧ-резонаторе ~3.8 тор ([О2] ~4.1*1016 см-3) выход СК составляет около 6.6% (концентрации СК 2.7*1015 см-3). Выход СК определялся по сравнению интенсивностей свечения в измерительной
трубке при добавлении известного количества СК из химического генератора СК.
В экспериментах с чистым кислородом концентрация атомов кислорода составила 2.24*10 14 см-3 или
0.19 % от [О2] с учетом того, что давление в измерительной трубке составляло 2.1 тор, а давление в СВЧ
резонаторе 3.7 тора ([О2] ~12*1016 см-3). Сравнивая интенсивность свечения I* в начале измерительной трубки при подмешивании CH3I в поток смеси O2:He = = 1:2 в одном эксперименте и чистого кислорода в другом, мы обнаружили что интенсивность свечения в чистом кислороде в 2 раза меньше, чем в смеси. Следовательно, оценка выхода СК в чистом кислороде дает величину примерно в шесть раз меньше, чем в смеси
O2:He = 1:2, т.е. около 1%. Данные значения концентраций СК и атомов кислорода были получены при
мощности СВЧ-генератора около 100 Вт. Однако экспериментально было показано, что наибольший выход
СК наблюдался при мощности около 30 Вт (~12.5% при давлении смеси ~1 тор в измерительной трубке).
Работа поддержана Международным научно-техническим центром (проект № 2415-Р), Российским Фондом Фундаментальных исследований (проект № 05-02-17656), грантом Президента РФ (МК-930.2004.2) и
Фондом содействия отечественной науке.
Список литературы
1. Вагин Н.П., Фролов М.П., Юрышев Н.Н. //Квант. электроника. 1991. Т.18. №7. С.832.
2. Carroll D.L., Verdeyen J.T., King D.M., et al. //Appl. Phys. Lett. 2004. V.26. №8. P.1320.