Исследование возможностей получения нанопорошков с помощью эксимерного лазера - Физика и энергетика дипломная работа

Главная

Физика и энергетика
Исследование возможностей получения нанопорошков с помощью эксимерного лазера

Способы создания активной среды электроразрядных эксимерных лазеров. Системы прокачки рабочей смеси. Реакции на галогенидах газов. Характеристики электроразрядного XeCl лазера. Формирование излучения с узкой спектральной линии в селективном резонаторе.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Интенсивное развитие микроэлектроники и возможность эффективного применения в этой области электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров вызывает у исследователей интерес к дальнейшему изучению и совершенствованию таких типов лазеров. Основными требованиями предъявляемые к эксимерным лазерам являются: высокий КПД, надежность и компактность конструкции, а также продолжительное время работы в частотном режиме.
В настоящее время в литературе имеется большое количество экспериментальных и теоретических работ посвященных исследованиям импульсно-периодических электроразрядных XeCl-лазеров. В этих работах отмечается: сложность достижения высокого кпд лазера, формирующиеся низкокогерентного излучения в режиме свободной генерации, трудность удержания горения однородного объемного разряда в течение длительности накачки.
В последние годы в связи с развитием технологий синтеза наноструктурированных объемных материалов с улучшенными механическими и новыми электромагнитными и оптическими свойствами [1], значительное внимание уделяется получению наноразмерных порошков.
Значительный вклад в развитие этого научного направления внес Г. Глейтер, которым собственно впервые и был введен термин «наноструктурные материалы», означающий объекты со структурой, размеры зерен которой составляют менее 100 нм. Технологии получения подобных материалов, а также способы их мониторинга и диагностики получили название «нанотехнологии».
Анализ зарубежных исследований, проведенных в последние годы в области нанотехнологий, свидетельствует о высоких перспективах развития и последующего промышленного применения в машиностроении следующих технологий: изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий точной формы; создание наноструктурных инструментальных материалов для производства режущих инструментов, сочетающих высокие значения твердости и ударной вязкости; создание наноструктурных защитных износо- и коррозионно-стойких покрытий; создание полимерных композитов, обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью. Достижения в разработке и изготовлении наноструктур различного назначения в наибольшей степени определяются уровнем развития нанотехнологий, которые позволяют получать наноструктуры необходимой конфигурации и размерности. Существует большое количество методов получения наноразмерных частиц, такие как: метод газовой конденсации, лазерный, высокоэнергетическое разрушение, термический синтез, термическое разложение и т.д. их подробный анализ приведен, например, в работах [2,3]
С нашей точки зрения, одним из наиболее перспективных способов получения нанопорошков из диэлектриков, является лазерный синтез. В связи с этим, целью настоящей работы является исследование возможностей получения нанопорошков с помощью эксимерного лазера.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:
1. Выявить влияние характеристик разряда на лазерное излучение, а также определить оптимальные условия горения разряда для получения высокого значения кпд и удельного энергосъема с активной среды.
2. Исследовать формирование угловой направленности и узкой спектральной линии выходного излучения в короткоимпульсном XeCl лазере, при использовании дисперсионного резонатора.
3. Исследовать возможность формирования качественного излучения в XeCl лазере и определить эффективность применения УФ излучения для получения нанопорошков.
1 . Особенности работы и применения электроразрядных эксимерных лазеров
1.1 Способы создания активной среды электроразрядных эксимерных лазеров
лазер электроразрядный спектральный резонатор
Впервые генерация на эксимерных молекулах получена в 1975 г. [4]. Излучательный переход в эксимерных молекулах происходит между верхним электронным состоянием, которое имеет потенциальный минимум, и нижним слабосвязанным состоянием, обуславливает широкую полосу усиления. Широкая полоса и малое время жизни молекулы в возбужденном состоянии порядка ~ 10 -8 - 10 -9 с, требуют для создания активной среды высоких энерговкладов ~10 -2 Дж/см 3 [5]. Равномерное возбуждение при таких давлениях может достигаться несколькими способами. Например:
Накачка разрядом, контролируемым пучком электронов.
Возбуждение самостоятельным разрядом с предварительной ионизацией.
Первые два способа накачки являются наиболее перспективными при получении импульсов излучения с энергией десятки-сотни джоулей.
При создании лазеров работающих с большой частотой повторения и высокой средней мощностью, более перспективны электроразрядные лазеры.
Одной из особенностей электроразрядных эксимерных лазеров (ЭЭЛ) это - сложность удержания объемного сильноточного разряда высокого давления в течение длительного времени, из-за развития неоднородностей в разряде приводящих к его контрагированию [6].
Накачка в таких лазерах осуществляется от генераторов, которые формируют импульс возбуждения в единицы-десятки наносекунд и напряжением в десятки и сотни киловольт. К таким схемам накачки относятся LC- инвертор [7, 8] и схема с перезарядкой емкости на емкость [9-12].
Во всех схемах присутствуют 2 контура:
Контур с малой индуктивностью, включающий в себя обострительную (разрядную) емкость и разрядный промежуток.
Контур с большой индуктивностью, включающий в себя накопительную емкость и коммутирующие элементы.
Несмотря на схожесть элементов использующихся в схемах каждая схема имеет свои особенности использования.
LC - генератор или генератор с инвертированием напряжения на накопительных емкостях.
LC - схема приведена на рис 1а. Накопительные конденсаторы С 1 и С 2 заряжаются через сопротивление R з или индуктивность. При коммутации разрядника в контуре LC 1 начинается колебательный процесс и через время LC 1 происходит перезарядка емкости С 1 , в результате на высоковольтном электроде возникнет напряжение больше напряжения пробоя разрядного промежутка.
К достоинствам этой схемы питания следует отнести небольшие значения питающих напряжений, более высокое по сравнению со схемой перезарядки емкости на емкость, нарастание напряжения на разрядном промежутке. Однако при перезарядке емкости С 1 , через коммутатор начинает течь большой ток. Что накладывает свои условия на выбор коммутаторов, в качестве которых в такой схеме чаще всего используют искровой разрядник. Но такие разрядники имеют большие потери, малый срок службы, порядка 10 5 импульсов. Кроме того, в данной схеме присутствует удвоенное число накопительных конденсаторов, что ведет к увеличению габаритов и стоимости изделия.
В настоящее время в литературе имеется большое количество экспериментальных результатов, полученных в результате исследований импульсно-периодических электроразрядных с автоматической УФ-предионизацией XeCl-лазеров. Например, в работе [13] описан XeCl лазер с LC-генератором включающий в себя магнитное звено сжатия и тиратрон ТГИ 1-1000/25. В этом случае, схема возбуждения позволила реализовать фронт роста напряжения до 30 кВ, за время не более 80 нс, на имеющимся межэлектродном зазоре 21 мм. Полученная энергия в импульсе достигала 120 мДж, при КПД накопленной энергии в обострительных конденсаторах до 2%. В работах [14,15] авторами изучалось влияния величины предыонизации на устойчивость горения разряда, а также зависимость эффективности работы лазера от интенсивности накачки. Следует отметить, что в работе [15] показывается, что при длительности импульса накачки ~ 20-30 нс для XeCl лазера, с увеличением мощности накачки от 1.25 до 3 МВт/см 3 , КПД лазера падает от 2.3 до 1.7%.
В отличие от режима одиночных импульсов, импульсно периодический режим работы (ИПР) имеет свои особенности обусловленные влиянием возмущений, вызванные предыдущими разрядными импульсами на последующие. Согласно [16] данное влияние вызывается следующими явлениями:
Адиабатического расширения пробки нагретого газа
Влияния пограничных слоев на электродах
Наличие возмущений плотности газа при ИПР, приводит к неоднородному распределению плотности газа в разрядном объеме, и как следствие происходит контрагирование разряда, приводящее к неоднородности распределения выходного излучения по сечению пучка, уменьшения выходной мощности излучения, к механическим повреждениям электродов и т.д. Для избежания выше перечисленных последствий, необходимо осуществлять смену газа в разрядном промежутке.
В работе [16] проводится теоретическая оценка скорости прокачки газа в разрядном промежутке. Расчет показывает что, скорость прокачки должна быть таковой, чтобы к моменту начала следующего импульса успевала происходить смена газа в промежутке в полтора раза больше чем размер электродов в направлении прокачки. В этом случае влияние адиабатического расширения пробки нагретого газа от предыдущих разрядных импульсов на последующие, будет незначительно.
В работе [17] исследовались различные конструкции камер прокачки изображенных на рис 2. Газовый поток, в обеих камерах создавался диаметральным вентилятором, который приводился в движение электродвигателем через магнитную муфту. Скорость потока в камере а у заземленного электрода составляла 3 м/с а у высоковольтного электрода 4-5 м/с (при 1500 об/мин). Рост мощности лазера при увеличении частоты прекращался при достижении частоты повторения импульсов 175 Гц. Авторы связывают это с тем, что пробка нагретого газа не успевает выйти из разрядного промежутка. В камере изображенной на рис 3б граничная частота составила порядка 400 Гц (скорость прокачки 24 м/с), а уменьшение мощности объяснялось влиянием акустических колебаний, для подавления которых необходимо устанавливать глушители.
1 - охлаждающий элемент; 2 - диаметральный вентилятор; 3 - электроды
Кроме скорости прокачки важным параметром является профиль газового потока в разрядном промежутке. В лазере, работающем в ИПР скорость прокачки в центре разрядного промежутка составляла 30 м/с и плавно спадала к краям [18]. При этом мощность генерации, линейно возрастающая при увеличении частоты следования импульсов, спадала до нуля уже при частоте 20 Гц. При применении сглаживающей решетки (с прозрачностью 0.6) скорость потока составляла 6 м/с, а неоднородность не превышала 10%. При таких условиях частота следования импульсов без уменьшения мощности составляла 100 Гц.
Кроме наличия сглаживающей сетки на однородность газового потока влияет также форма конструкции камеры прокачки и плавность сопряжения электродов со стенками газового канала. В работе [19], была разработана камера прокачки изображенная на рис 3. В отличие от обычной системы прокачки, эта схема содержит вихреобразователь, в выходном патрубке. Аэродинамическая характеристика такого вентилятора имеет примерно в 3 раза большее относительное давление в области малых производительностей. Следует отметить что при, скорости прокачки газа 24 м/с (частота вращения вентилятора 5800 об/мин) при частоте повторения импульсов 6.1 кГц наблюдалось резкое падение мощности. Уменьшение мощности авторы связывают с образованием высокоионизированной плазмы (вследствие меньшей скорости прокачки у электродов), в приэлектродных слоях, которая искажает поле, формируемое электродами.
Кинетика реакций в лазере на молекуле XeCl достаточно сложна. Участие в процессах многих частиц, и их продуктов - различных ионов, возбужденных частиц, всевозможных соединений этих элементов вызывает сотни реакций, каждая из которых характеризуется своей скоростью. Естественно, что абсолютно все реакции, протекающие в лазерной среде учесть невозможно, поэтому ограничиваются некоторым конечным набором реакций, имеющих значительное воздействие на процессы в активной среде. Но это всего лишь модель реальности, которая позволяет с некоторой точностью предсказать поведение активной среды. Например, модели современных исследований насчитывают до 400 реакций, которые разделены на группы по определенному признаку - единому физическому принципу данной группы. Выделяют 8 основных группы плазмо-химических реакций.
1) Таунсендовская ионизация - основная реакция, вызванная электрическим разрядом: Xe + e Xe + + 2e.
При концентрации электронов менее 10 13 см -3 идет только таунсендовская ионизация, а ступенчатая ионизация начинает доминировать после 10 14 см -3 , поскольку накапливается Xe * . При ступенчатой ионизации возможен рост концентрации электронов в плазме при уменьшающейся напряженности электрического поля.
2) Возбуждение уровней HCl. Колебательные уровни HCl возбуждаются электронами с малой энергией HCl (0) + e HCl (i) + e,
поэтому происходит увеличение концентрации молекул HCl (1) , HCl (2) и HCl (3) , а плотность молекул HCl (0) убывает.
3) Диссоциативное прилипание. HCl (i) + e H + Cl - .
Реакция каждого i-го уровня молекулы HCl(i) характеризуется определенной скоростью процесса. Обозначим константы скоростей реакций K i для каждого i-го уровня молекулы HCl (i) . Следующее соотношение K пр (0) 0, однако одновременно с развитием разряда происходит нарастание прилипания - уход электронов из плазмы. Но скорость ионизации в плазме продолжает увеличиваться за счет включения ступенчатой ионизации.
4) Ион-ионная рекомбинация. Сечение столкновения положительного иона Хе + и отрицательного Сl - очень велико благодаря кулоновской силе притяжения.
Реакция Xe + + Cl - XeCl ** - играет существенную роль в образовании эксимерных молекул несмотря на то, что концентрации ионов Xe + и Cl - в плазме сравнительно невелики. Молекула XeCl ** образуется на высших возбужденных уровнях в соответствии с полной энергией системы состоящей из двух заряженных ионов Xe + и Cl - Такое состояние очень неустойчиво, вернее пока отдельные ионы находятся на расстоянии порядка 1 А считают, что они находятся в состоянии XeCl ** . При этом если система не потеряет часть энергии отталкивающие силы не позволят ионам образовать связь, т.е. оказаться в потенциальной яме. Потерять энергию молекула может в результате столкновения с некоторой частицей XeCl ** + Ne XeCl (в) + kT.
В качестве М может выступать любая частица, но в основном эту роль играет Ne:
Все условия должны быть такими, чтобы нарабатывалась максимальная концентрация рабочих эксимерных молекул XeCl (в) , т.е. константа скорости этой последней реакции должна быть достаточно велика, чтобы успеть до разлета ионов осуществить реакцию.
Неон легко вступает в реакцию с ксеноном: Xe + + Ne XeNe + ,
т.к. энергетически такое связанное состояние более выгодно. Эта реакция идет с большой скоростью. Значительное влияние оказывают реакции Xe + + Xe Xe 2 + ,
причем последняя реакция вносит вклад в образование рабочих молекул.
5) Ионизация и диссоциация молекулы HCl.
HCl + e HCl + + 2e - ионы молекулы HCl не принимают участие в образовании полезных молекул.
HCl (0) + e H + Cl + e - еще более неприятная реакция, т.к. для ее осуществления требуются электроны с малой энергией. Конечно, эти реакции обратимы, но не за время накачки.
Отрицательные эффект имеет образование устойчивой молекулы Cl + Cl Cl 2 , которая достаточно агрессивно реагирует с примесями и стенками камеры и безвозвратно теряется из лазерной смеси. Кроме того она поглощает лазерное излучение, т.е. снижает энергосъем с устройства.
6) Тушение молекулы XeCl * + M Xe + Cl + M.
В качестве М может выступать любая частица: атом, молекула или ион. Если скорости реакций этой группы окажутся высокими, то будет видно явное отрицательное влияние.
7) Поглощение лазерного кванта. HCl, Xe * , Xe + имеют поглотительные уровни энергии соответствующие энергии квантов излучения эксимерных молекул. Чем меньше будет их концентрация в плазме, тем меньше будет поглощение, и как следствие больше энергосъем. Эти компоненты появляются в плазме в процессе накачки, и при большой энергии накачки ограничивают мощность излучения сверху.
8) Спонтанный распад рабочих молекул XeCl (в,с) .
Время жизни молекулы XeCl (в,с) составляет ф = 13 нс. Пока не произошел распад необходимо индуцированно снять с нее возбуждение. Регулировка этого процесса - настройка резонатора, добротность которого должна быть достаточной для создания фотонной лавины и получения лазерного излучения.
Столкновения незаряженных частиц и образование молекулы XeCl*
Основные реакции ион-ионной рекомбинации с образованием XeCl**
В разряде имеется два основных процесса образования эксимерной молекулы XeCl*. Первым таким процессом считают ион-ионную рекомбинацию положительных атомных или молекулярных ионов благородных газов и отрицательных ионов галогена (реакции 2, 3). Константы скоростей этих реакции очень высоки, ввиду кулоновского притяжения разноименно заряженных ионов.
В результате ион-ионной рекомбинации образуется неустойчивый комплекс XeCl**. Вернее считается, что существует XeCl**, пока Xe + и Cl - находятся на расстоянии порядка межатомного, поскольку кинетической энергии Xe + и Cl - достаточно, чтобы разлететься. Фактически для образования эксимерной молекулы XeCl (b, c) необходимо, за то время пока Xe + и Cl - находятся на межатомном расстоянии отвести излишнюю энергию из состояния XeCl** столкновением с какой-нибудь частицой. Чаще всего такой частицей является атом буферного газа неона. Реакции колебательной релаксации обеспечивают такое девозбуждение, имея высокие константы скоростей.
Молекула XeCl** может быть сформирована в результате столкновений незаряженных частиц (1). Константы скоростей этих реакций на 3 порядка меньше констант ион-ионной рекомбинации, однако эти реакции имеют значительное влияние из-за более высоких концентраций реагирующих компонентов по сравнению с ион-ионной рекомбинацией. Также как и в первом случае необходимо релаксировать энергию XeCl** до состояния XeCl (b, c).
1.5 Электрические схемы ввода энергии в объемный разряд
При вводе энергии, первоначально запасенной в емкостном накопителе, в газовый объем лазера сопротивление межэлектродного промежутка уменьшается тем быстрее, чем больше вводимая электрическая мощность W B . Таким образом, специфичность электрических схем, содержащих газоразрядный промежуток, состоит в наличии переменного сопротивления, разряда R p , зависящего от параметров как схемы, так и самого самостоятельного объемного разряда.
Колебательный режим ввода энергии крайне нежелателен из-за увеличения времени ввода энергии в и развития неустойчивостей в объемном разряде при в > ну .
Обычно в электроразрядных системах стремятся к режиму согласования, при котором
Решение задачи ввода в разряд определенной энергии E в = CU 0 2 /2 за короткое время в ~ ну в режиме согласования (с учетом того факта, что использование очень высоких значений U o технически неудобно) предполагает сведение к минимуму индуктивности разрядного контура L . Помимо использования схемы накачки с сосредоточенными L и С в технике формирования мощных электрических импульсов с амплитудой напряжения от нескольких единиц до нескольких сотен киловольт используют коаксиальные и полосковые линии.
Конкретная электроразрядная схема обычно содержит «ключ» (разрядник или тиратрон), при включении которого импульс напряжения передается на электроды газоразрядного промежутка. Такой ключ, отделяющий линию от протяженных электродов в случае одноканального исполнения, может резко ухудшать условия согласования и соответственно режим ввода энергии. Другим существенным недостатком использования системы ввода энергии, в которой емкостный накопитель отделен от электродов одноканальным разрядником, является различие индуктивности контуров для токов, протекающих в областях ближних и дальних по отношению к разряднику (рис. 4, а). Обеспечение пробоя разрядника многими синхронно развивающимися каналами в варианте схемы, изображенной на рис. 4, а, - задача довольно сложная.
Указанного недостатка частично лишена ЭЛС, изображенная на рис. 4, б, которая в настоящее время широко используется. ЭЛС содержит два контура - малоиндуктивный и контур с большей индуктивностью, определяемой наличием разрядника. Накопитель малоиндуктивного контура с емкостью С о может быть выполнен в виде полосковой линии или набран из керамических конденсаторов, расположенных вдоль всей длины электродов. Этот накопитель импульсно заряжается при коммутации основного накопителя С (СС 0 ), и при достижении на С о напряжения пробоя газового промежутка запасенная в Со, С энергия передается в разряд. Быстрое нарастание тока обусловлено малым ~ именно малоиндуктивного контура. Недостатком такой ЭЛС является медленное нарастание напряжения на газоразрядном промежутке, определяемое временем зарядки накопителя малоиндуктивного контура, что приводит к малому значению достигаемого перенапряжения К п и обеднению прикатодной области начальными электронами. Следствием этого является ухудшение условий формирования объемного разряда.
В варианте ЭЛС, изображенной на рис. 4, в, малое время нарастания напряжения на электродах обеспечивается многоканальным разрядником. При импульсной, т.е. относительно быстрой, зарядке малоиндуктивного накопителя осуществление многоканального пробоя, как будет показано ниже, достигается сравнительно легко. Именно в подобной электроразрядной схеме получены рекордные уровни энергии генерации в моноимпульсном режиме.
Многообразие задач, в которых могут быть использованы эксимерные ЭЛС, определяет их конкретное устройство.
Принципиальные схемы электроразрядных лазерных систем
1.6 Объемный разряд в инертных газах и их смесях с галогеносодержащими молекулами
Сложные и многочисленные процессы, протекающие в импульсном газовом разряде, сильно зависят от параметров разряда, в частности от таких, как подводимое к разряду напряжение, давление и сорт газа. При малом перенапряжении (К п = U / U n = 1,01, где U - напряжение на электродах, U пр - пробивное напряжение) и атмосферном давлении имеет место таунсендовский механизм пробоя в виде совокупности электронных лавин. В принципе, протекание тока в этом случае может иметь объемный характер. При низком давлении такой разряд обычно называют тлеющим. При перенапряжении К п 1,1 лавина может переходить в стример-нитевидный канал, хорошо регистрируемый визуально. Если не предпринимать специальных мер, разряд при стримерном механизме пробоя обычно завершается развитием локализованной в пространстве искры.
Однородность протекания тока между протяженными электродами определяется рядом факторов, находящихся в довольно сложной взаимосвязи. К основным факторам следует отнести условия предварительной ионизации, режим ввода энергии в разряд, геометрию активного объема и тип электродов (металлический, плазменный). Условия предварительной ионизации включают прежде всего уровень создаваемой до начала развития основного разряда концентрации электронов п ео и однородность их распределения в газоразрядном объеме. Режим ввода энергии определяется начальным перенапряжением К п , временем ввода энергии в разряд в , характерным значением электрической мощности, выделяемой в разряде ( W B = jE , где j - плотность тока; E -напряженность электрического поля). Геометрия активного объема, характеризуемая обычно параметром d / S (где d - межэлектродное расстояние; S - площадь электрода), в значительной степени определяет условия согласования волнового сопротивления схемы питания с сопротивлением ОР. Тип электродов, а также их профиль влияют на распределение поля в межэлектродном объеме и, в какой-то степени, на устойчивость ОР. Перечисленные факторы, определяющие характеристики протекания тока ОР, в свою очередь зависят от состава газовой смеси, давления, уровня вкладываемой мощности, требуемых параметров лазерного излучения, прежде всего его длительности.
можно подразделить на две группы: 1) слаботочные - разряды типа коронного или возникающего при зарядке распределенной емкости диэлектрика; 2) сильноточные - такие, как открытая искра или завершенный разряд по поверхности диэлектрика.
Использование более сильноточных источников УФ-излучения в виде ряда сильноточных искр, равномерно распределенных по длине электродов, позволило увеличить энерговклад и удельную энергию лазерного излучения приблизительно на порядок по сравнению с системой, в которой предыонизация осуществлялась коронным разрядом. Распределенность искровых источников (~ 20 шт.), создающих УФ-подсвеку, достигалась установкой сбоку вдоль каждой из сторон электродов с профилем Роговского ряда емкостей.
И в настоящее время именно электроразрядные лазерные системы с искровой сильноточной предыонизацией нашли широкое применение при создании лазеров с апертурой ~ 110 см 2 .
При увеличении межэлектродного расстояния источники УФ излучения следует (во избежание каскадного пробоя) удалять на большое расстояние от основного промежутка. Это резко сказывается ни уровне предыонизации при использовании газовых смесей с большим коэффициентом поглощения УФ-излучения. Расположение источников сбоку от электродов ограничивает возможность увеличения и ширины основного разряда, так как в этом случае пробой основного газового промежутка происходит в областях, расположенных наиболее близко к источнику УФ-излучения
В литературе предложено несколько процессов, объясняющих появление фотоэлектронов в газовом объеме при УФ-облучении. Коротко укажем некоторые из них.
1. Фотоэмиссия электронов из катода. Работа выхода для многих материалов, из которых изготовляются катоды, как правило, низка, поэтому фотоэмиссия может возникать при такой длине волны ультрафиолетового излучения, когда оно способно глубоко проникать в газ при высоком давлении.
2. Процесс двухступенчатой или многоступенчатой ионизации компонент газовой смеси, при котором на образование одного электрона затрачивается несколько фотонов.
3. Возбуждение атомов или молекул, способных при столкновении
с другими тяжелыми частицами образовывать свободные электроны.
4. Фотоионизация примесей с достаточно низким потенциалом ионизации.
К достоинствам предыонизации рентгеновским излучением можно отнести следующие: 1) увеличенная по сравнению с УФ-излучением глубина проникновения -квантов, что обеспечивает большую однородность распределения начальных электронов при увеличении межэлектродного расстояния, если рентгеновский предыонизатор расположен под одним из электронов; 2) рентгеновский источник может быть помещен достаточно далеко от газоразрядного объема, что при расположении его сбоку исключает развитие каскадного пробоя и расширяет возможности конструкторских решений; 3) исключается отрицательное влияние возмущений плотности газа, вызываемых искровым УФ-предыонизатором при импульсно-периодическом| режиме работы лазеров.
К недостаткам следует отнести: 1) технологически более сложное устройство рентгеновского предыонизатора по сравнению с источниками УФ-излучения; 2) наличие ограничений на длительность импульса рентгеновского предыонизатора и на концентрацию создаваемых начальных электронов.
Исторически первый и наиболее распространенный способ получения рентгеновского излучения состоит в бомбардировке вещества мишени заряженными частицами, ускоренными до достаточно большой энергии. При этом могут иметь место два механизма возникновения рентгеновского излучения.
При первом механизме рентгеновское излучение возникает как тормозное излучение заряженных частиц, взаимодействующих с полем атомов вещества. Спектр такого тормозного излучения имеет непрерывный характер, причем граничное значение длины волны не зависит от атомного номера вещества мишени и определяется только энергией заряженных частиц hv г p = Е кин .
Второй механизм состоит в возбуждении электронов внутренних электронных оболочек атомов вещества мишени и последующем излучении этих атомов. Спектр имеет линейчатый характер, однозначно определяемый атомным номером Z.
1.8 Некоторые осо бенности получения нанопорошков
Метод испарения вещества излучением лазера с последующей конденсацией пара известен с 1970 года [20]. Однако из-за низкой производительности и высоких затрат энергии этот способ получения нанопорошков нашел применение лишь в лабораторных условиях [21,22]. Основная часть потерь энергии связана с поглощением и рассеиванием излучения плазмой и парами испаряемого материала над поверхностью мишени. Использование импульсных лазеров позволяет существенно увеличить производительность и снизить потери энергии за счет уменьшения длительности излучения и повышения частоты следования импульсов. При этом происходит более эффективный вынос паров из горячей зоны и обеспечивается уменьшение размера частиц [23,24].
В работе [25] лазера показано, что испарение мишени импульсным СО 2 лазером является достаточно эффективным способом получения слабоагломерированных нанопорошков сложных соединений с характерным размером ~10 нм и узким распределением частиц по размерам. Анализ результатов показывает, что основным фактором, определяющим производительность установки, имеющей определенные характеристики, является удельная энергия, требующаяся для испарения материала.
В работе [26] показывается, что импульсный режим излучения должен обеспечивать не только снижение размера частиц за чет увеличения интенсивности излучения и более эффективного выноса пара из горячей зоны, но и по крайней мере не более высокие затраты энергии, чем режим постоянного излучения. Связано это с тем, что вероятность элементарного акта испарения экспоненциально увеличивается с ростом температуры расплава, а значит и пиковой плотности мощности излучения (27)
Импульсный СО 2 лазер позволяет
Исследование возможностей получения нанопорошков с помощью эксимерного лазера дипломная работа. Физика и энергетика.
Приемы Работы С Лабораторным Штативом
Эссе На Тему Петр Реформатор
Реферат по теме Образование в России XIX века
Реферат: Исследование эмоционального благополучия детей дошкольного возраста
Как Написать Аргумент В Сочинении Рассуждении
Реферат На Тему Философское Учение О Ценностях (Аксиология)
Курсовая Работа Анализ Финансового Состояния Организации Смартс 2022
Реферат: Daisy Miller Essay Research Paper Henry James
Реферат: Современные мужские стрижки. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Современное состояние и тенденции развития консталтинговых услуг
Реферат по теме Совет директоров хозяйственного общества
Реферат: Инвестиции в человеческий капитал 3
Курсовая работа по теме Интернет-сервис в современном офисе
Реферат: Собор Святой Софии. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Программно-технические средства CALS-технологий
Реферат по теме Доктрина Монро
Армия Эссе
Дипломная работа: Анализ современного состояния и разработка мер по совершенствованию налоговой системы РФ
Контрольная Работа По Математике 4 Козлова
Дисциплина Труда И Трудовой Распорядок Реферат
Образы моря и паруса в творчестве М.Ю. Лермонтова - Литература курсовая работа
Юридические факты в гражданском праве - Государство и право дипломная работа
Социально-биологическая сущность человека - Социология и обществознание контрольная работа