6.11. Kimyəvi lazerlər
Kimyəvi lazerlərdə inversiya kimyəvi reaksiya zamanı
yaranır. Kimyəvi lazer kimyəvi enerjini birbaşa koherent
şüalanma enerjisinə çevirir. Lazerlərdə əvvəlcə doldurma
enerjisini lazerin işçi mühitinə daxil etməli və sonra isə onu işçi
mühitdən koherent şüalanma şəklində almaq lazımdır.
Enerjinin çox miqdarda daxil edilməsi asan deyildir. Kimyəvi
lazerdə bu başqa cürdür: kimyəvi qarışıqda lazımi qədər enerji
artığı vardır. Yalnız koherent şüalanma şəklinə çevrilməsi üçün
effektli üsul tapmaq lazımdır. Vahid çəkisinə görə kimyəvi
qarışığın enerjisi elektrik və ya maqnit yığıcılarının
enerjisindən qat –qat çoxdur. Kimyəvi reaksiyalar prosesində
ayrılan enerjinin ən təbii akkumulyatoru molekulların rəqsi
sərbəstlik dərəcəsidir. Buna görə də kimyəvi lazerlərin
əksərində rəqsi səviyyələr arasındakı keçidlərdən istifadə
olunur.
Birinci kimyəvi lazer molekulyar H
2
və Cl
2
qatışığı ilə
keçən reaksiyaya əsaslanır. H
2
+Cl
2
zəncirvari kimyəvi proseslə-
rin klassik nümunəsidir. UB şüalanma ilə Cl
2
molekulu
parçalanır:
Cl
h
Cl
UB
2
2
bunlar uzun zəncirvari reaksiyanı başlayırlar:
H
HCl
H
Cl
2
2
;
Cl
HCl
H
Cl
2
və s. Birinci pillədə HCl molekulları həyəcanlaşmamışdır.
İkincidə çoxlu enerji ayrılmaqla HCl molekulları həyəcanlaşır
və bunun hesabına generasiya baş verir. Elə görünür ki, hər şey
111
qaydasındadır, zəncirvari proses elə birbaşa kimyəvi lazerdə
işlədi. Əslində isə xlorun atomlarının yaranmasına sərf olun-
muş enerji lazer şüalanmasının enerjisindən 10
3
dəfə çoxdur.
Məlum olur ki, bu reaksiyada birinci pillə zəif kedir və buna
görə də bütünlükdə zəncirin inkişafı sürətə görə həyəcanlaşmış
molekulların aktivsizləşmə prosesinə nəzərən geri qalır. Lazer
nöqteyi –nəzərindən H
2
və Cl
2
molekullarının qarışığında olan
kimyəvi reaksiya zəncirvari deyil.
H
2
molekulu və ftor qarışığından istifadə edərək böyük
xemolazer uzun zəncirvari reaksiya tapmaq mümkün oldu.
Zəncirvari prosesin inkişafı kinetik nöqteyi –nəzərindən hidro-
gen və xlor qarışığında zəncirin inkişafına tamamilə oxşardır:
F
Q
F
2
2
;
)
(
)
(
)
(
2
2
D
H
F
D
H
D
H
F
F
F
D
H
F
D
H
)
(
)
(
2
və s. Zəncirdə hər iki pillədə rəqsi –həyəcanlaşmış H(D)F*
molekullardır. H və F reaksiya etdiyi zaman ayrılan enerji H və
Cl enerjisindən üç dəfə çoxdur və ən vacibi odur ki, H və F
arasındakı reaksiyanın hər iki pilləsinin sürəti relaksasiya
proseslərinin sürətindən böyükdür. Bu da F –H prosesində
uzun xemolazer zəncirinin əmələ gəlməsinə imkan yaradır.
Göstərilən nümunədə sərbəst (F) radikallar enerji sərf etmə
hesabına yaranır. Lakin sərbəst F xalis kimyəvi yolla da alına
bilər. Misal üçün, nəzərə çarpacaq F sərf etməklə H
2
və F
2
qarışığı düzəldək. Bu qarışıq yandıqda çoxlu miqdarda enerji
ayrılır və qarışıq qızacaq. 1500 – 2000 K və p=1÷20 atm. halda
bütün sərf olunmuş molekulyar F atomlara dissosiasiya edir,
belə ki, qarışığın əsas komponentləri HF və F –dır. Bu
mərhələdə molekulların heç bir qeyri –tarazlıq həyəcanlaşması
baş vermir –kimyəvi reaksiyanın bütün enerjisi F
2
-nin dissosia-
siyasına və qarışığın qızmasına sərf olunur. Çoxlu miqdarda F
almaqla qeyri –tarazlıq həyəcanlaşmış HF
*
molekulları və
nəhayət lazer şüalanması əldə etməklə
H
HF
H
F
2
-ın
sürətli prosesi yaratmaq olar. Bunu necə etməli? Radikalların
112
iştirakı ilə gedən reaksiyalar çox sürətlidir və reagentlərin
qabaqcadan qarışdırılması mümkün deyil. Burada sürətli qaz
axınında reagentlərin qarışma texnikası köməyə gəlir. İmpuls
təsirli
kimyəvi
lazerlərin
quruluşunun
əsas
hissələri
aşağıdakılardır:
1. Reaktor. Burada sürətli kimyəvi reaksiya gedir və
bunun nəticəsində fəal mühit yaranır; 2. Optik rezonator; 3.
Reaksiyanı törədən sistem; 4. Reagent qarışığının hazırlanması
və reaktora daxil olunması; 5. İşlənmiş məhsulların çıxarılması
sistemi.
Reaksiyanın törənməsi impuls lampasından gələn UB
şüalanma ilə həyata keçirilir. Bunu habelə yüksək enerjili
elektronlar seli və ya elektrik cərəyanının reaktordakı kimyəvi
reagent qarışığından keçməsi ilə almaq olar. Aşağıdakı
qatışıqlardan istifadə etmək olar: H
2
+F
2
; D
2
+F
2
; D
2
+F
2
+CO
2.
.
Çox vaxt inert bufer qazından istifadə olunur ki, bu qatışığın
qızmasına və fəal mühit yaradan relaksasiya proseslərin
sürətlənməsinə səbəb olur.
Zəncirvari HF reaksiyası əsasında lazerin xarakteristika-
larını araşdıraq. Aydındır ki, optimal iş rejimini tapmaq olar:
yüksək xüsusi enerji ayrılması 100 C/l·atm reaksiyanın
başlanmasına sərf olunan kiçik enerji qiymətinə uyğundur.
Tətbiq olunan lazerdə reaksiyanın başlamasına sərf olunan hər
bir coul enerjiyə lazer 9.4 C şüalandırır. Bu istifadə olunan
qatışıqda xemolazer zənciri vastəsilə həyata keçirilir.
Reaksiyanın daha güclü törənməsi hesabına sürətlənməsi lazer
şüalanmasının böyük kimyəvi f.i.ə. 22% ilə rekord xüsusi
enerjisinə 400 C/l·atm nail olmağa imkan verir. Lakin
reaksiyanın törənməsinə sərf olunan enerji artır: sərf olunan hər
bir coul enerji lazer şüalanmasının 1,5 C enerjisinə çevrilir.
Şüalanma enerjisinin qeyri –mütanasib artımı aşağıdakı kimi
izah olunur: 1. Reaksiya prosesi zamanı H
2
və F
2
komponentlərinin konsentrasiyası yavaş –yavaş azalır, reaksiya
yavaşıyır. 2. Qatışıq çox qızır, bu da fəal mühitə mənfi təsir
113
göstərir. Nəhayət, həyəcanlaşmış molekulların aktivsizləşməsi-
ni sürətləndirərək sərf olunan HF molekullar eləcə də mühiti
pozurlar. Bu vəziyyət eyni zamanda H
2
-ni D
2
ilə əvəz etdikdə
və qatışığa (D
2
+F
2
) karbon qazının molekullarını əlavə etdikdə
də baş verir. Hal –hazırda aşağıdakı impus lazerləri yaradıl-
mışdır: SF
6
+H
2
və H
2
+Br
2
və s.
Fasiləsiz generasiya əldə etmək üçün reaktordakı
reagentləri tez dəyişmək və fasiləsiz rejimdə kimyəvi fəal
mərkəzləri yaratmaq lazımdır. Reaksiyalar tez getdiyindən
reaktordakı maddələri dəyişmək məqsədi ilə axının səsə yaxın
və ya ifrat səs sürətləri yaratmaq vacibdir. Fasiləsiz kimyəvi
lazerlər kimyəvi fəal mərkəz mənbəyindən, sərbəst atom və ya
molekulyar radikalların digər komponentlə qatışıq sistemindən
(burada digər komponentlə reaksiya həyəcanlaşmış molekullar
verir), fəal mühit yaradan reaktordan və nəhayət optik
rezonatordan ibarətdir. Bundan başqa giriş komponentlərin
daxil olması və istifadə olunmuş reagentlərin çıxarılması
lazımdır. Reaksiyası istiliklə başlanan HF(DF) lazerin quruluşu
ilə tanış olaq. Atomar yaranan yanma kamerasına molekulyar
F
2
, H
2
və He daxil edilir. Ftorun miqdarı hidrogenə nisbətən
çoxdur. Kamerada hidrogenin ftorda adi tarazlıq yanması baş
verir. Bu zaman F
2
artığın dissosiasiyasına lazımi istilik ayrılır.
Yanma kamerasında komponentlərin nisbəti elə götürülür ki, F
molekulların artığının tam dissosiasiyası təmin edilsin. Bunun
üçün
T
1500 ÷ 1800
K tələb olunur. Çox qızdırılmış qatışıqda
mühit yaratmaq üçün reaksiyadan istifadə etmək olmaz çünki
qatışığı soyutmaq vacibdir. Bunun üçün qatışığı selin ifrat səs
sürətlərə qədər qovaraq ucluqlar çeşidindən buraxırlar. Ucluq
çıxışında
D
molekulları
selə
qarışdırılır,
nəticədə
D
DF
D
F
2
bu reaksiya generasiya edən rəqsi –
həyəcanlaşmış molekullar yaradır. Burada əsas məsələ
qarışdırılmadır, bu da tez edilməlidir. Bunun üçün ucluq bloku
mono yox, kiçik ucluqlardan ibarət olan qəfəsdir. Bu kiçik
ucluqlar ümumi seli kəsiyi kiçik 1÷2 mm olan axınlara bölür.
114
D molekulları da reagentlərin effektli qarışması məqsədi
ilə eləcə kəsiyi kiçik olan axın formasında verilir. Ucluq
blokunda axının qovulması digər məsələləri də həll edir. Sel
kiçik sürətdə olduqda onun istiqamətində generasiya zonasının
eni kiçik olur, bunun üçün də lazer şüasının alınması çətinləşir.
Əks halda onun eni santimetr tərtibindədir. Bu isə yaxşı
keyfiyyətli şüanın alınması üçün kifayətdir. İfrat səs sürəti ilə
yayılan sel maddənin sürətli axınını təmin edir, bu da nisbətən
ucluq qəfəslərinin kiçik səthlərində güclü şüalanma alınmasına
imkan verir. He nə üçündür? Ftorun D ilə reaksiyasında böyük
enerji alınır. Bunun bir hissəsi (15) lazer şüası ilə aparılır, qalan
hissəsi isə seli qızdırır. Qaz dinamikasından məlum olduğu
kimi qızma ifrat səs axınıını kəskin şəkildə sürətini azalda bilər,
ifrat səs axın prosesini boğa da bilər (onları səsə çatdırana
qədər). Bu isə generasiyaya lazım olan şərtləri poza bilər. İfrat
səs axınının kimyəvi reaksiyada iştirak etməyən inert qaz ilə
qarışdırılması 1 ton qaz selində ayrılan istiliyi azaldır, bu da
qızmanın qarşısını alır.
Ftor və He seli ilə çıxan HF reaksiya prosesində eyni
zamanda alınan məhsuldur. Bu lazerdə şüalandırıcı yox, əksinə
lazer zonasında həyəcanlaşmış molekulları aktivsizləşmiş
etməklə mənfi rol oynayır. Bunun üçün yanma kamerasında
hidrogen istifadə olunduqda lazer zonasına D əlavə edilir. Əgər
generasiya HF –da alınırsa, onda yanma kamerasına ya D, ya
da reaksiya məhsulları arasında rəqsi həyəcanlaşmış HF
*
-u
söndürən molekullar olmayan başqa yanacaqlar əlavə edilir.
Müəllif əlyazmanı redaktə etdiyinə görə sevimli anasına
Hürriyyət Dadaş qızı Qasımovaya öz dərin minnətdarlığını və
fizika fakültəsinin əməkdaşları H. Əhmədova, A. Kazımzadəyə
təşəkkürünü bildirir.
115
MÜNDƏRİCAT
Giriş
6
1. Şüalanma ilə maddənin qarşılıqlı təsiri
7
1.1. Spontan və məcburi şüalanma
7
1.2. Udulma. Udma əmsalı
10
1.3. Xarici sahədə kvant keçidləri
14
2. Spektral xəttlərin forması
19
3. İnversiya yaradılması üsulları
23
4. Optik rezonatorlar
28
5. Lazerin iş prinsipi
35
6. Lazerlərin növləri
50
6.1. Bərk cisimli lazerlər: bərk cisimli mühitlər
yaqut neodium lazerlərinin enerji səviyyələrinin
sxemi, spektri və quruluşu
50
6.2. Yaqut lazeri
59
6.3. Neodim lazeri
63
6.4. Neytral atomlar əsasında qaz lazerləri
64
6.5. İon lazerləri
75
6.6. Molekulyar lazerlər
80
6.7. Eksimer lazerlər
92
6.8. Metal buxarı əsasında lazerlər
94
6.9. Yarımkeçirici lazerlər
98
6.10. Boyayıcı maddələr əsasında lazerlər
105
6.11. Kimyəvi lazerlər
110
116
Программно –методическое издание
ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Составители: Р.Дж. Касумова, Р.А. Кaрaмалиев
Издательство Бакинского университета, 1991
(на азербайджанском языке)
Proqram –metodiki nəşr
KVANT ELEKTRONİKASININ ƏSASLARI
Tərtibçilər: R.C. Qasımova, R.Ə. Kərəməliyev
Çapa imzalanmışdır 16.X.91. Mətbəə kağızı № I.
Kağız formatı 60x84. fiziki çap vərəqi 5,0. Nəşr çap vərəqi 5,0.
Sifariş 369. Tirajı 100. Qiyməti 1 man.
BDU nəşriyyatının mətbəəsi
370145. Bakı, akad. Z. Xəlilov küçəsi 23
Dostları ilə paylaş: |