Цепной характер химических реакций; химическая и лазерная длина цепи.

Реакции, используемые в химических лазерах, имеют цепной характер, химически активный центр (атом или радикал) воспроизводится в процессе реакции. Предположим, что в смесь, состоящую из молекул введены химически активные центры, например атомы Можно ожидать, что в этой смеси будет протекать цепной процесс

При создании определенного количества химически активных центров этот цепной процесс может стать достаточно быстрым, так что будет обеспечено условие возникновения генерации на переходах в молекулах Поскольку упомянутое определенное количество химически активных центров сохраняется (воспроизводится) в цепном процессе, появляется возможность за счет многократного использования некоторого количества воспроизводимых химически активных центров вовлечь в реакцию огромное число молекул и создать тем самым много лазерно активных центров . В этом случае можно превратить в когерентное оптическое излучение настолько большой запас химической энергии, содержащейся в смеси что он

перекроет затраты энергии на создание химически активных центров.

На практике необходимо, однако, учитывать тот факт, что реальный цепной процесс не бесконечен. Во-первых, происходит гибель химически активных центров поэтому первоначально созданное количество этих центров обеспечивает появление ограниченного числа лазерно активных центров. Отношение называют химической длиной цепи. Наличие конечной химической длины цепи означает, что необходимо не только инициировать, но и поддерживать химическую реакцию, создавая новые химически активные центры взамен вышедших из игры.

Во-вторых, происходит гибель лазерно активных центров за счет процессов релаксации. В связи с этим вводят понятие лазерной длины цепи глаз, определяемой отношением скорости возникновения возбужденных лазерно активных центров к скорости релаксации этих центров Последняя, как правило, больше скорости уменьшения числа химически активных центров, так что Поэтому именно лазерная длина цепи обычно определяет КПД химического лазера.

Быстрое уменьшение числа химически активных центров и процессы релаксации могут привести к тому, что цепной характер процесса вообще не проявится. Так, например, процесс в смеси характеризуется настолько малой лазерной длиной цепи, что должен по сути дела рассматриваться как нецепной процесс. Если, однако, в указанной смеси заменить хлор на более активный реагент фтор, то процесс приобретет цепной характер.

Для удлинения лазерно-химических цепей целесообразно использовать в химических лазерах не простые, а разветвленные цепные реакции, т. е. реакции, в которых происходит не простое, а расширенное воспроизводство (размножение) химически активных центров. Известно, что при определенных давлениях и температурах в смеси могут протекать химические реакции типа обеспечивающие ветвление цепей. Можно полагать, что использование таких реакций позволит создать химический лазер, у которого отношение энергии

Рис. 1.44

лазерного излучения к энергии, затраченной на инициирование и поддержание химической реакции, будет существенно больше единицы.