Способ получения излучения примеси в газах при низких температурах

 

Изобретение относится к оптике излучающих сред и может быть использовано для накачки лазергапс сред и целей аналитической спектроскопии. Цель - увеличение интенсивности излучения и повьшение эффективности использования энергии возбуждения. На охлаждаемую поверхность подают постоянный поток газовой смеси. Над поверхностью поддерживают давление меньше давления газа в тройной точке. Температуру поверхности сохраняют температуре сублимации подаваемого газа в отвердевшем состоянии. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.

А1 (19) (и) (я)) 4 С 01,У 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4091 27 2/31-25 (22) 14.07.86 (46) 23.01.88. Бюл. Ф 3 (7!) Физико-технический институт низких температур АН УССР (?2) В.Н.Самоваров и И.Я.Фуголь (53) 628.9(088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИМЕСИ В ГАЗАХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (57) Изобретение относится к оптике излучающих сред и может быть использовано для накачки лазерных сред и целей аналитическои спектроскопии.

Цель — увеличение интенсивности излучения и повышение эффективности использования энергии возбуждения. На охлаждаемую поверхность подают постоянный поток газовой смеси. Над поверхностью поддерживают давление меньше давления газа в тройной точке.

Температуру поверхности сохраняют равной температуре сублимации подаваемого газа в отвердевшем состоянии.

1 ил.

1368659 2

Изобретение относится к оптике излучающих сред, а именно к способам получения спектров излучения различных веществ в смеси, например, с инертными газами„ азотом, водородом, и может быть использовано для накачки лазерных сред, получения эксимерных и эксиплексных молекул для целой аналитической спектроскопии и т.д.

Цель изобретения — повьппение интенсивности.спектров излучения широкого класса примесных атомов и молекул (в том числе с диссоциативным заселением термов), а также повьппение эффективности использования вкладываемой в возбуждение энергии без существенного ограничения мощностей возбуждения.

Реализация способа возможна за счет соблюдения одновременно указанных условий: существования постоянного потока смеси на поверхность и поддержания температуры этой поверхности вблизи критических значений, близких к температуре сублимации отвердевшего подаваемого газа, и поддержания давления над поверхностью, меньшего давления газа в тройной точке. Вблизи температуры сублимации твердой фазы конденсация сопровождается многократным обменом частиц между газом и твердой фазой, т.е. происходит последовательная смена сорбции и десорбции частиц. Если электронным пучком первоначально возбуждается твердая фаза, то диссоциативное излучение примесной молекулы может происходить уже в газовой фазе после десорбции. Это тем более возможно, что характерные времена десорбции составляют 10 " — 10 с, а время высвечивания значительно больше (10 8 — 10 с) .

Существование постоянного потока частиц на поверхность поддерживает динамическое равновесие между сорбцией и десорбцией. В тоже время известно,,что наибольшие начальные плотности возбуждений атомарного и молекулярного типа, которые затем -перехватываются примесью, достигаются в твердой, а не в газовой фазе. Поэтому, например, коэффициент .преобразования энергии электронного пучка в плотность собственных возбуждений криоматриц (типа Ar Kr+, Xe>) достигает 30Ж, а в газе не превьппает 15Х.

Однако в газе значительно легче идут процессы диссоциации и ослаблены

1Г

55 безызлучательные потери. Таким образом, возбуждение одновременно существующих газовой и твердой фаз в пред-, лагаемом способе приводит к увеличению коэффициента использования энергии возбуждения, уменьшению потерь излучения, увеличению вероятности диссоциативного заселения термов.

Как следствие происходит гигантское увеличение интенсивности излучения.

Этот эффект максимален при температуре, равной температуре сублимации твердой фазы газа. В предлагаемом способе отпадают существенные ограничения на величину вкладываемой энергии, ибо увеличение мощности возбуждения только смещает вниз по температуре критическую область сублимационного режима.

На чертеже показано устройство, с помощью которого может .быть реали зован предлагаемый способ.

Устройство содержит криостат l c регулируемой температурой, электронную пушку 2, трубку 3 напуска газа, прогреваемую ячейку Кнудсена 4, содержащую примесное вещество, сапфировую или медную подложку 5.

Способ выполняют следующим образом.

Охлаждают подложку 5 до температуры сублимации фазы, подаваемого газа, известной для каждого газа из (Р-Т) кривых равновесия твердое тело — газ. Например, для неона температура сублимации при давлении 10

1О мм рт.ст. составляет 9-11 К. Через трубку 3 напуска создают поток инертного газа на подложку 5. Одновременно из ячейки Кнудсена 4 создают поток примесных молекул, например

HgIg. При этом оба потока смешиваются на подложке. Давление P в криостате с потоком газа остается постоянным в течение измерений за счет вымораживания части несконденсированных на подложке частиц на других, охлажденных до 5 К, элементах конструкции.

Электронный пучок из пушки 2 направ— ляют на подложку 5 и затем проводят регистрацию получаемого излучения.

Температуру подложки поддерживают все время в течение измерений.

Данные измерений и их анализ свидетельствуют о том, что предлагаемый способ дает увеличение интенсивности свечения не менее, чем в 100 раз на примере HgI в неоне, что дает повы1368659 4 свечение может быть получено уже шение эффективности использования энергии возбуждения. При этом еще остается воэможность дальнейшего увели-. чения интенсивности излучения за счет увеличения мощности возбуждения без нарушения режима работы. Значительное увеличение интенсивности свечения происходит также для примесных состояний атома ртути (возникающих в результате диссоциации исходных молекул HgI ) и для молекул Л, состав. ляющих небольшую примесь в исходном ионе. Характер свечения в предлагаемом способе заметно отличается от ха- 15 рактера свечения в режиме твердой фазы. Спектр близок к чисто газовому, но имеет и отличительные особенности.

Эти особенности подтверждают, что спектр формируется в условиях частич- щ ной конденсации газа с последующей десорбцией. Таким образом, при использовании предлагаемого способа увеличивается эффективность использования вкладываемой в возбуждение - 25 энергии, сильно возрастает интенсивность излучения. Интенсивное свечение может быть получено даже от диссоциирующих молекул. Это особенно важно, так как позволяет говорить о 30 воэможности заметного увеличения КЩ лазерных систем на подобных молекулах. Предлагаемый способ не требует больших расходов газа. Интенсивное ммоль при скоростях потока около 0,1 — — —, мин причем для всех инертных газов, азота, водорода в смеси с различными веществами. Именно смеси с этими газами являются наиболее распространенными в лазерной технике, в аналитической спектроскопии и т.д. Значительное увеличение интенсивности свечения, при прочих равных условияхвозбуждения, существенно сокращает и время измерений.

Формула и з обретения

Способ получения излучения примеси в газах при низких температурах путем конденсации смеси на охлаждаемой поверхности и возбуждения полученного твердого образца электронным пучком, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности излучения и повышения эффективности использования энергии возбуждения, создают постоянный поток смеси на охлаждаемую поверхность, над которой поддерживают давление, меньшее давления газа в тройной точке, а ее температуру сохраняют равной температуре сублимации подаваемого газа в отвердевшем состоянии.