1. Первичные реакции с электронами, например:

e + He ® He+ +e +e (4)

e + Xe ® Xe* + e (5)

e + HCl ® HCl(v) +e (6)

2. Реакции между частицами буферного газа, например

He* + He + He ® He2 * + He (7)

He+ + 2He ® He2+ + He (8)

Ne* + Ne + Ne ® Ne2* + Ne (9)

3.Реакции с HCl, например:

e + HCl ® HCl(v) +e (10)

e + HCl ® H + Cl- (11)

e + HCl ® HCl+ +2e (12)

4. Реакции с потерями электронов и положительно заряженных ионов: а) диссоциативная рекомбинация:

HeXe+ +e ® Xe* + He (13)

б) тройная рекомбинация, например:

He2+ + e + He ® He* + 2He (14)

в) прилипание электрона к нейтральным частицам, например:

e + HCl ® H + Cl- (15)

Cl +e + Ne ® Cl- +e + Ne (16)

отрицательный и положительный ионы могут рекомбинировать как бинарно (перезарядка):

Cl- + Xe+ ® Xe* + Cl (17)

так и в тройных соударениях:

Xe+ + Cl- + Ne ® XeCl* + Ne (18)

Реакции (15) и (16) протекают достаточно быстро. Следует заметить необычайную зависимость скорости этих реакций от давления. При давлении ниже одной атмосферы константа скорости этих реакций имеет достаточно большое значение. Реакция типа (16) вносит существенный вклад в образование возбужденных молекул галогенидов инертных газов. Это предположение основано на высоких КПД лазеров, наблюдаемых на молекулах ХеСl. Теоретическим обоснаванием эффективности такого процесса является то, что кривая кулоновской потенциальной энергии вдоль которой происходит движение ионов, пересекает большую часть ковалентных кривых на довольно больших межьядерных расстояниях. Это затрудняет переход электрона от отрицательного к положительному иону, препятствуя образованию ковалентной связи.

5. Реакции, в результате которых образуются молекулы ХеСl* . Помимо рекции (17) наиболее важными являются реакции:

Xe* + HCl(v) ® XeCl* + H (19)

NeXe* + Cl- ® XeCl* + Nе (20)

Реакциия (16) наиболее существенна, и основной канал образования ХеСl* проходит именно через нее. Данная реакция аналогична взаимодействию между ионом щелочного металла и ионом галогена.

Реакция (18) протекает только в присутсвии неона либо при использование его как буферного газа. Посредством данной реакции образуется 30% молекул ХеСl* и неудивительно, что замена гелия на неон вкачестве буферного газа повышает энергию в импульсе реальных устройств почти вдвое.

6. Реакции, обуславливающие процессы тушения, протекающие в плазме. К ним, например, относятся реакции:

XeCl* + He ® Xe + He + Cl (21)

XeCl* + Xe ® 2Xe + Cl (22)

XeCl* + HCl(v) ® Xe + HCl + Cl (23)

Наиболее важной, по крайней мере, при низком давлении, является прямое тушение в столкновениях с галогеносодержащими молекулами (21). Константа скорости такой реакции достаточно высока, т. е. тушение происходит при каждом столкновении. Для типичной газовой смеси время тушения 10 нс. Столь быстрое тушение электронно-возбужденных молекул наблюдается давольно часто и связано с передачей энергии тушащей молекуле.

7.Реакции с излучением. Вот некоторые из них:

XeCl* + hn ® Xe + 2hn (24)

Cl- + hn ® Cl +e (25)

He* + hn ® He+ + e (26)

HeXe + hn ® Xe+ + He (27)

8.Реакции с примесями, например:

HCl + O2 ® 4ClO2 + 2H2O (28)

Xe* + O2 ® XeO (29)

Xe* + H2O ® XeO + H2 (30)

Они обусловлены тем, что несмотря на строгие требования к чистоте газов, газовая смесь может содержать до 1% О2,N2 H2,CO2,H2O. Вода является главной вредной примесью в газовых смесях эксимерных лазеров. Из одной молекулы фтора получается 4 молекулы агрессивного фтороводорода:

F2 + 2H2O ® 4HF + O2 (31)

Кроме вышеприведенных реакций в плазме протекает еще значительное количество побочных, которые в основном уводят энергию из основного канала. Все полезные возбужденные состояния достаточно короткоживущие, дополнительно тушатся при взаимных столкновениях и столкновениях с другими образованиями в плазме. Тем не менее, можно считать, что основные реакции, приводящие к образованию возбужденных галогенидов инертных газов, протекают достаточно быстро и эффективно. Учитывая все эти процессы, а так же потери в схеме возбуждения, можно оценить, что в реальных устройствах в образованиe молекул ХеСl, в лучшем случае вкладывается только 8-10% энергии, запасенной первоначально в накопительных емкостях.

2.3.Упрощенная модель кинетики образования XeCl молекул

Для теоретического исследования кинетики образования эксимерных XeCl* молекул нами была использована упрощенная модель, блок-схема которой представлена на рис.2.

Рис.2. Блок-схема упрощенной модели

кинетики образования XeCl*-молекул.

Эта модель включает следующую совокупность плазмохимических реакций:

Xe + e → Xe+ + e + e; (ki)

Xe + e → Xe* + e; (k*)

Xe* + e → Xe+ + e + e; (ks)

Xe* + e → Xe + e; (k2) (32)

HCl(v) + e → Cl- + H; (k0a, k1a, k2a)

Xe+ + e → Xe; (γ)

Xe+ + Cl- + M → XeCl* + M; (βобр)

XeCl* + N → Xe + Cl + N; (τт)

XeCl* → Xe + Cl + hν; (τсп)

В круглых скобках возле каждой реакции указано обозначение ее скоростного коэффициента, а последних двух реакциях - постоянные времени.

Заключение

Выполняя свою курсовую работу, которая посвящена теоретическому исследованию упрощенной кинетической модели XeCl*-лазера, используя научные статьи преподавателей кафедры лазерной физики и спектроскопии, а также другие источники, изучил процессы образования эксимерных молекул. Рассмотрел кинетику образования XeCl* молекул,происходящих в эксимерных лазерах .

Изучил упрощенную кинетическую модель XeCl*-лазера, что является теоретической основой для дальнейшей научно-исследовательской деятельности.

Литература

1. Елецкий А.В. Эксимерные лазеры // УФН. – 1978. – Т.125. – Вып.2. – С.279–314

2. Звелто О. Принципы лазеров. Издание 3. М.:МИР. 1990.- 373с.

3. Карчмарек Ф. Введение в физику лазеров. М.:Мир,1981.-540с.

4. Верховский В.С., Мельченко С.В., Тарасенко В.Ф. Генерация на молекулах XeCl при возбуждении быстрым разрядом // Квант. электрон. – 1981. – Т.8, №2. – С.417–419.

5. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Володенков А.П., Исследование энергети­ческих и временных характеристик генерации XeCl-лазера // Программа и тезисы докладов XIV Литовско-Белорусского семинара.– Прейла: Литва.–1999.–с.16.