Кинетика и тепломассоперенос в газодинамических лазерах, потоках газа и плазмы и при взаимодействии лазерного излучения с материалами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, доктор физико-математических наук Родионов, Николай Борисович

• Родионов, Николай Борисович
• доктор физико-математических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Родионов, Николай Борисович

Введение.

Глава 1. Кинетика и тепломассоперенос в тепловых газодинамических лазерах (ТГДЛ).

§1.1 Методы повышения кпд и эффективности ТГДЛ.

§ 1.2 Математические модели тепловых газодинамических лазеров.

§ 1.3 Аналитический метод расчета энергетических параметров тепловых газодинамических лазеров.

Выводы.

Глава 2. Численное исследование образования инверсии и генерации когерентного излучения в сверхзвуковых потоках на основе смесей с комбинационной столкновительной накачкой.

§2.1 Особенности комбинационной столкновительной накачки.

§2.2 Математическая модель кинетических процессов в смеси D2 -СОг

§2.3. Гомогенный D2 -С02 -ТГДЛ.

2.4 D2 - С02 -ТГДЛ на смешении газов в сверхзвуковом потоке.

§2.5 Математическая модель колебательной кинетики смеси CO-CS2 -Не

§2.6 Гомогенный тепловой газодинамический лазер на смеси CO-CS2-Не

§2.7 ТГДЛ на смеси CO-CS2-He в режиме подмешивания

CS2 в охлажденный сверхзвуковой поток СО-Не.

Выводы.

Глава 3. Тепловые газодинамические лазеры на частичной инверсии.

§3.1 Образование частичной инверсии при охлаждении в сверхзвуковом потоке предварительно нагретого газа.

§ 3.2 Исследование зависимости коэффициента усиления в гомогенном сверхзвуковом потоке смеси D2 - НС1-Не от параметров торможения, состава смеси, формы сопла.

§3.3 Расчет коэффициента усиления в сверхзвуковом потоке смеси D2 -HCl-He(Ar) в рамках ангармонической модели колебательной моды НС1.

§3.4 ТГДЛ на смесях D2 -HCl- Аг(Не) в режиме подмешивания НС1 в охлажденный поток D2 -Аг(Нё).

§3.5. Исследование кинетических и химических процессов в сверхзвуковом потоке смеси Н2 -HCl-Агв сопле Лаваля.

Выводы.

Глава 4. Расчетно-теоретическое исследование теплопереноса при дистанционном разрушении материалов излучением мощных лазеров.

§4.1 Физические модели. Построение математических моделей и алгоритма.

§ 4.2 Взаимодействие непрерывного лазерного излучения с материалами.

§ 4.3. Изучение механизма резки сталей слабо-сфокусированным излучением импульсно-периодического СОг-лазера

§ 4.4 Моделирование тепломассопереноса при дистанционной резке стальных пластин конечной толщины излучением мощного импульсно-периодического

СОг-лазера.

Выводы.

Глава 5. Численное исследование эффектов вихреобразования в потоках газа и газодинамических явлений на поздней стадии лазерной искры.

§5.1 Математическое моделирование неустановившихся аэрогидродинамических течений.

§5.2 Выбор численной схемы.

§5.3. Численное решение уравнений одномерной акустики.

§5.4.Результаты двумерных численных расчетов обтекания потоком газа внутренней полости в канале.

§5.5. Газодинамические эффекты на поздней стадии лазерной искры.

§5.6. Затухание ударной волны в горячей полости.

§5.7. Динамика образования вихря в горячей полости плазмы и его движение.

Выводы.

Глава 6. Исследование химической кинетики и массопереноса в плазменных струях реакторов для осаждения тонких пленок.

§ 6. 1 Анализ течения газа в химическом реакторе с возвратными струями.

§6.2 Особенности диффузионных процессов в реакторах для нанесения тонких пленок.

§6.3 Математическое моделирование гетерогенной кинетики водородных плазменных струй.

§6.4 Моделирование взаимодействия водорода с расширяющейся струей плазмы аргона в режиме подмешивания.

§6.5 Кинетика и массоперенос углеводородов в расширяющихся неравновесных струях плазмы аргона.

Выводы

Глава 7. Теоретическое обоснование метода измерения потока термоядерных нейтронов, основанного на использовании активации газовой струи

§7.1 Математическая и численная модель переноса радиоактивных ядер при турбулентном движении газа жидкости) в трубе.

§7.2 Исследование массопереноса активированных частиц в струе газа.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кинетика и тепломассоперенос в газодинамических лазерах, потоках газа и плазмы и при взаимодействии лазерного излучения с материалами»

Эффективное решение научных и технических проблем ставит исследователей перед необходимостью изучать сложнейшие и уникальные задачи, которые требуют привлечения самых современных технологических достижений, значительных ресурсов и проводить исследования в широком диапазоне параметров. Экспериментальный подход, который как критерий истины является определяющим, весьма дорог и трудоемок. Кроме того, он не дает полного описания явления в том смысле, что существующие экспериментальные методики в ряде случаев не позволяют одновременно определить все параметры, характеризующие явление. К эффективным методам исследования, дополняющим экспериментальный подход, относится математическое моделирование fill], которое позволяет с привлечением сравнительно небольших ресурсов определить возможность и пути решения проблемы, анализировать сложные задачи с учетом одновременного рассмотрения различных физических процессов и проводить исследования в существенно большем диапазоне параметров, чем это позволяет эксперимент.

Применение методов численного моделирования является особенно актуальным в задачах математической физики, физики плазмы, механики сплошных сред (газовой динамики). Глубокое проникновение численных методов в механику сплошных сред, физику плазмы объясняется тем, что уравнения, описывающие происходящие здесь явления, представляют собой наиболее сложную (по сравнению с другими областями математической физики) систему интегральных и дифференциальных уравнений в частных производных. Математические трудности при решении таких проблем связаны с сильной нелинейностью и нестационарностью уравнений, а также с большим числом независимых переменных (пространственно-нестационарные задачи). Эти задачи, включающие в себя различные физические явления, как правило, необходимо рассматривать в сложной геометрии, с учетом большого числа факторов, причем решение должно быть получено с удовлетворительной для практики точностью.

В последние годы мощности ЭВМ существенно возросли, однако успешное решение многих задач с помощью численных методов определяется выбранной моделью и наличием эффективных алгоритмов. С одной стороны, выбранная физическая модель должна отражать основные стороны моделируемого процесса, с другой стороны, позволять строить алгоритм, обеспечивающий устойчивое сходящееся численное решение. Вопросам численного моделирования сложных систем, включающих массоперенос, перенос излучения, кинетические процессы и теплообмен, посвящена данная диссертация. В работе решаются задачи, связанные с разработкой непрерывных газодинамических лазеров, изучением взаимодействия лазерного излучения с материалами, исследованием химических реакторов для нанесения тонких пленок на основе потоков плазмы, использованием газовых струй для диагностики нейтронных потоков в токамаках и т. д. В произвольной геометрии такие задачи могут быть, как правило, решены только численно.

Мощные проточные непрерывные лазеры в последнее время находят все более широкое применение в различных разделах науки и техники. Технология и высококачественная обработка материалов, развитие принципиально новых методов в химической технологии, передача энергии на большие расстояния (в частности, в условиях космоса), - вот далеко не полный перечень областей, где находят применение мощные проточные лазеры. Такие лазеры могут быть электроразрядными или газодинамическими, работать в стационарном или импульсном режимах, иметь замкнутый или открытый газодинамический контур.

В 1966 году [20] был создан первый газодинамический лазер, работающий на смеси CO2-N2-H2O, с непрерывной мощностью 60 кВт. Отличительной особенностью газодинамического лазера является то, что он фактически является прямым преобразователем тепловой энергии в когерентное электромагнитное излучение. Газодинамический лазер с тепловой накачкой (ТГДЛ) отличает простота конструкции и надежность в эксплуатации. Использование термически стойких смесей исключает недостатки, которые характерны для мощных химических лазеров: высокая токсичность и химическая агрессивность. Важной особенностью ТГДЛ, в частности лазеров на СО2, является возможность получения генерации на продуктах сгорания широко распространенных топлив. Более подробная библиография по газодинамическим лазерам приведена в монографиях [21,22].

С появлением тепловых газодинамических лазеров становятся актуальными и требуют дальнейших теоретических и экспериментальных исследований проблемы, связанные с разработкой ТГДЛ на основе новых смесей, расширяющих частотный диапазон генерации, улучшающих их энергетические характеристики и повышающих кпд тепловых газодинамических лазеров. Важное практическое значение приобретает разработка эффективных лазеров с низкими температурами торможения. Уменьшение температур торможения в ТГДЛ имеет большое значение для практики, так как снижаются требования к материалам сопел и камеры высокого давления, уменьшаются тепловые потери. С точки зрения перспективы увеличения кпд представляют интерес газодинамические лазеры замкнутого цикла [24,140]. По оценкам здесь ожидается кпд около 5% [21,24]. В газодинамическом лазере замкнутого цикла, вслед за расширением в сверхзвуковом сопле и генерацией света в резонаторе, газ тормозится в диффузоре, где сжимается и нагревается. Устройство ТГДЛ с циркуляцией газов по замкнутому контуру упростится, если удастся снизить температуру торможения рабочего газа. Авторы работы [26] предложили использовать в ТГДЛ рабочие молекулы и молекулы накачки, обладающие низкорасположенными уровнями. В этом случае при меньших температурах торможения появляется возможность получения той же инверсии, что и у молекул с высокорасположенными уровнями. Это приводит также и к повышению кпд ТГДЛ. В работах [30,31] авторы предлагали для низкотемпературных ГДЛ использовать смеси, где имеет место комбинированный V-V- обмен. Как показано в [30,31], при взаимодействии двухатомных молекул с комбинационными уровнями трехатомных молекул может происходить эффективный разогрев к3 -моды за счет энергии, запасенной в колебаниях двухатомной молекулы.

Одной из привлекательных смесей с комбинированным V—V— обменом в [30,31] была отмечена смесь D2-C02. Экспериментальные измерения коэффициентов усиления на переходе 00° 1—>10°0 в сверхзвуковом потоке D2-C02, проведенные в [30,31], показали, что в этой системе имеет место разогрев v3 -моды выше температуры торможения, и вследствие этого реализуются большие коэффициенты усиления g3 в области Г0-600-И 000 °К (например, при Г0~840°К £Э~Ю"2 см"1). Первые экспериментальные результаты [30,31,49] продемонстрировали перспективность такой смеси, что требовало дальнейших исследований. К началу работы над диссертацией оставалась неизученной кинетическая модель инверсной заселенности в сверхзвуковом потоке смеси D2 - С02, не были исследованы теоретические закономерности работы такого ТГДЛ.

Смесь СО - CS2 также работает на принципе комбинированного V— V- обмена, и на ее базе возможна разработка ТГДЛ с температурами торможения Т0~600-И200 °К. Об экспериментальной реализации ТГДЛ -CO-CS2 сообщалось в работах [26,33]. В [34] была получена генерация на смеси СО - CS2 в электроразрядном ГДЛ. Теоретический анализ образования инверсии на этой смеси в сверхзвуковом потоке проводился в работах [26,31,32]. В [31] исследование носило характер оценок. Авторы [26,32] ограничились расчетами коэффициента усиления. К началу работы над диссертацией исследований энергетических характеристик ТГДЛ на этой смеси не было проведено.

При более глубоком охлаждении газа в сверхзвуковом потоке (Г ~60-ь150°К) возможно образование так называемой частичной инверсии.

Вопрос об использовании в ГДЛ смесей, в которых возможно образование частичной инверсии, впервые рассматривался в работе [17]. Созданию частичной инверсии в молекулах с помощью тепловой накачки благоприятствует обстоятельство, связанное с резким различием времени установления равновесия во вращательной и колебательной подсистемах энергетических уровней. Как правило, время установления равновесного распределения по вращательным уровням на три - четыре порядка короче времени релаксации колебательных степеней свободы. Поэтому при резком охлаждении предварительно нагретой газовой смеси от температуры Т0 до Тк распределение по вращательным степеням свободы будет описываться конечным значением температуры Тк, в то время как распределение по колебательным степеням свободы в течение некоторого времени будет описываться температурой Тн, отвечающей состоянию замораживания колебательных степеней свободы {ТК<ТН <Т0). В ряде экспериментальных работ [40-44] получена генерация на дипольно-разрешенных колебательно-вращательных переходах молекулы СО, имеющей аномально большое время V-T- релаксации. Однако большинство двухатомных дипольных молекул обладает высокими скоростями самодезактивации, поэтому в работах [17,10*] {работы, отмеченные * - работы автора по теме диссертации) предложено использовать их в смеси с двухатомными гомоядерными молекулами типа

N2,02,D2,H2 . Колебательные уровни метастабильных молекул должны быть, очевидно, в резонансе с уровнями рабочих молекул. В нашей работе [10*] одной из перспективных для ТГДЛ была отмечена смесь D2: HCl: Не, генерация когерентного излучения которой происходит на колебательно-вращательных переходах молекулы НС! с длиной волны излучения ~ 3.5 мкм, попадающей в окно прозрачности атмосферы. В работе [10*] отмечались высокие удельные энергетические характеристики лазера на смеси, но они носили характер оценок. Поэтому стояла задача провести более детальные исследование, чтобы выяснить возможности ее практической реализации. К началу работы над диссертацией стояли задачи: 1) разработать кинетическую модель D2:HCl:He, 2) детально изучить коэффициент усиления и параметры когерентного излучения ТГДЛ на этой смеси в зависимости от параметров торможения, состава смеси и формы сопла.

О высоких удельных энергетических характеристиках ТГДЛ, где вместо дейтерия используется водород, сообщалось в работах [46,47,48], но экспериментальные данные о полученном лазерном излучении в литературе отсутствовали. Это явилось основой для постановки задачи исследования усилительных свойств смеси Н2-НС1-М (М -инертный газ). Стояла задача разработать кинетическую модель Н2 -НС1-М и детально изучить возможность получения генерации в сверхзвуковом потоке этой смеси.

Мощные проточные лазеры, о которых шла речь выше, могут использоваться в технологии [29,35-37,267,268]. В настоящее время созданы работающие лазеры на молекуле СО2 для промышленности (см., например, [36,37,55,65]). Выше речь шла о процессах тепломассопереноса, которые обусловливают получение когерентного излучения в проточных непрерывных лазерах. Эти же процессы являются определяющими при взаимодействии мощного когерентного излучения, полученного с помощью СО2 -лазеров, с материалами (см. монографии [66,72,74,75] и последние обзоры [29,35]). Одним из распространенных процессов лазерной технологии, который будет нас ниже интересовать, является лазерная резка. Резка различных материалов с помощью лазерного излучения изучается и применяется в промышленности довольно давно [29,35-37]. Непременным условием такой резки обычно являлось использование газовой струи, которая удаляет расплавленный металл из зоны взаимодействия. Если это струя воздуха или кислорода, то в процесс резки вносит значительный вклад и окисление материала - горение. На практике возникают задачи по резке материалов, когда использовать такие газовые струи не представляется возможным. В работе [67] предлагается использовать мобильные комплексы на базе мощных С02-лазеров для проведения специальных работ: демонтажа радиационно - зараженного оборудования, очистки устья скважин от поврежденного оборудования при аварийно-восстановительных работах на нефтяных и газовых месторождениях и др. Ввиду того, что в этих случаях обрабатываемый объект удален от лазера на большие расстояния (десятки метров), лазерную резку приходится проводить без газовой струи. Кроме того, удаленность объекта и неблагоприятные условия транспортировки излучения (пыль, пламя и т.д.) обусловливают уширение и ослабление лазерного луча.

В работе [73] проведены первые опыты по изучению лазерной резки без газовой струи при интенсивностях, недостаточных для испарения материала. Для удобства резка в таких условиях названа дистанционной. В [73] полагается, что механизм резки основывается на процессе переноса расплава, аналогичном массопереносу при лазерном сверлении тонких вертикально расположенных пластин. Приводятся определенные аргументы в пользу этой гипотезы. Однако количественная модель процесса резки в [73] не предложена.

Процессы тепломассопереноса усложняются, если используется импульсно - периодический лазер. В упомянутой выше работе предполагается, что при дистанционной резке непрерывным излучением, в определенных условиях расплав может вытекать за счет силы тяжести. Однако для такого удаления материала необходима большая ширина зоны расплава, что делает этот механизм малоэффективным [18*]. В работе [67] предлагается усилить массоперенос за счет модуляции лазерного излучения. Действительно, при большой скважности интенсивность во время импульса даже слабосфокусированного лазерного излучения довольно высока, что может обеспечить кратковременное вскипание поверхности металла и необходимое давление паров отдачи. В настоящее время достаточно хорошо изучен процесс выноса массы под действием одиночного лазерного импульса, когда расплавленная область имеет глубину, существенно меньшую ее ширины и толщины пластины (см. [74,75] и цитируемую там литературу). Но остается неясным, при каких условиях этот дополнительный массоперенос компенсирует затраты энергии на испарение и какова эффективность этого процесса.

Воздействие лазерного излучения на материалы - это сложное нестационарное трехмерное явление и роль математического моделирования здесь трудно переоценить. Для поиска эффективных режимов и выбора оптимальных параметров необходима и аналитическая модель, позволяющая ориентироваться в том многообразии параметров, которые характерны для дистанционной резки импульсно - периодическим (ИП) излучением. Важной задачей в настоящее время является изучение закономерностей дистанционной резки сталей излучением мощного СО2-лазера и разработке моделей этого процесса как для тонких, так и для толстых пластин.

В настоящее время сохраняется большой научный и практический интерес к изучению возникновения и развития вихрей в различных средах.

Динамика вихрей составляет обширный раздел физики плазмы, жидкости и газа, и исследованию вихревых движений посвящено значительное число работ. Подробная библиография приведена в работах [77,82]. В качестве примера можно привести возникновение подъемной силы крыла самолета, закручивание потоков в камерах сгорания газовых турбин, термоизоляция стенок плазмотрона вращающимся холодным газом и т. д. Предупреждать такие явления как смерч или тайфун возможно, только хорошо представляя возникновение и динамику вихревых движений в атмосфере [81].

В настоящее время существует большое количество технических устройств, в которых, по крайней мере, одна стенка имеет полость, замкнутую или открытую, что может привести к возникновению в них неустановившегося режима течения. К таким устройствам относятся каналы МГД-генераторов, резонаторы проточных газовых лазеров, свистки, газопроводы для систем вентиляции и транспортировки газа, глушители и так далее.

Возмущение движущейся активной газовой среды элементами конструкции лазерного тракта приводит к турбулизации потока и, следовательно, к пульсациям оптической плотности (см. например [83,84]). Эти возмущения плотности могут стать причиной потери пространственной когерентности излучения, что ухудшает в итоге интегральное качество лазерного пучка [50]. Изучению оптической неоднородности активной среды проточных лазеров в последнее время уделялось большое внимание (см., например, [50,52,54,263,264]). В работе [228] показано, что резонансное воздействие звуковых колебаний среды может существенно влиять на поперечную (модовую) структуру поля. В ряде случаев, например в импульсно-периодических газовых лазерах, при наложении электрического разряда течение в резонаторе носит нестационарный характер и сопровождается затеканием потока в полость и возможным возникновением акустических возмущений в потоке, причем неоднородности показателя преломления в активной среде такого лазера могут приводить к нестационарной или многомодовой генерации [52]. Из вышеперечисленного вытекает задача определения пульсаций плотности при обтекании полости газовым потоком в канале. Особенность явлений в этом случае заключается в том, что в полости могут возникать и уноситься потоком крупномасштабные вихри. Периодический вынос из каверны образовавшихся вихрей будет приводить к пульсациям плотности. Экспериментальные и аналитические исследования по этому вопросу приведены в монографии [86]. Ввиду сложности таких систем, их аналитическое рассмотрение затруднено даже в самых простейших случаях, и решение таких задач возможно только с помощью численного моделирования.

Исследование распространения ударных волн (УВ) в средах с пространственно-неоднородным распределением термодинамических параметров является одним из актуальных и еще недостаточно изученных направлений физической динамики. Работы в этом направлении связаны с решением задач астрофизики [271] и аэродинамики больших скоростей [93,94]. Значительный интерес представляет исследование распространения ударных волн около нагретой поверхности [95,96]. В последнее время большое внимание исследователей уделялось проблеме неустойчивости ударных волн (НУВ). Исследованию НУВ в газах посвящены работы [97-105]. В первой половине восьмидесятых годов получен ряд экспериментальных результатов, демонстрирующих существенные изменения динамики ударных волн, проходящих через область разряда. В работе [104] обсуждался эффект неустойчивости ударных волн в газах, проявляющийся при определенных режимах в виде возмущений фронта и релаксационной зоны, особенностей излучения. В [104] приведены экспериментальные результаты, демонстрирующие эффект неустойчивости ударных волн в различных газах и при разных условиях эксперимента. Газодинамические явления, сопровождающиеся затуханием ударных волн и формированием струй, можно наблюдать и в оптическом пробое. Исследование физических явлений в лазерной искре -одно из актуальных направлений в лазерной физике [51,111].

Газодинамика области оптического пробоя достаточно подробно изучалась в диапазоне времен порядка времени расширения плазмы [106]. Детальное исследование оптического пробоя вблизи поверхности твердых тел представлено в работе [111].

Поздняя стадия эволюции лазерной искры, когда давление в объеме выровнялось, слабо изучена, и здесь обнаруживаются новые газодинамические эффекты. Эти газодинамические движения, проявляющиеся на поздних стадиях, могут влиять на степень однородности и время охлаждения плазменных каналов, создаваемых лазером в газе для транспортировки пучков частиц в зону термоядерной мишени [107]. В [108] сообщалось о формировании кумулятивной струи холодного газа, которая, пронизывая облако горячего газа по направлению к лазеру, приводит к образованию вихревого кольца. Рассматривалась одиночная лазерная искра, созданная при так называемой острой фокусировке лазерного излучения. Причиной наблюдаемого эффекта, по мнению авторов [108], является асимметрия области оптического пробоя (как правило, в случае острой фокусировки лазерная искра имеет не сферическую, а грушевидную форму [106]).

При экспериментальном исследовании длинной лазерной искры наблюдался ряд газодинамических эффектов, а именно: взаимодействие сферических ударных волн со сферической областью релаксирующей плазмы отдельного очага пробоя, приводящее к затуханию ударной волны и формированию струй, а также образование колец горячего газа [29*-31*]. Требовалось интерпретировать эти экспериментальные результаты, выяснить механизм затухания ударной волны, возникновения струй и изучить структуру колец горячего газа.

Применение лазерного излучения в технологии может заключаться в его использовании при осаждении алмазных и алмазоподобных пленок. В этом случае лазеры используются для создания оптического разряда, в струе газов генерирующих пленку на поверхности подложки [85]. Вместе с тем известно, что плазменные струи могут создаваться и другими способами, например, с помощью каскадной дуги. В последние годы проводятся широкие исследования таких плазменных струй, истекающих из плазмотрона для нанесения алмазных пленок. В этих условиях одной из важных задач становится изучение течений и массопереноса в химических реакторах для нанесения тонких пленок (алмазных, аморфных углеродных и т.д.) из газовой фазы [56,57] методом расширяющихся плазменных струй (см., например, [58,59,115]). Этот метод имеет ряд преимуществ перед традиционными плазменными методами (высокочастотные (ВЧ) -разряды, разряды постоянного тока). Процессы генерации плазмы, приготовления рабочей смеси и транспорт к мишени могут осуществляться независимо друг от друга, что позволяет увеличивать скорость осаждения пленок на мишени. Собственно скорость осаждения увеличивается за счет быстрого переноса химически активных веществ - реактантов на мишень с помощью газовой струи. В ВЧ - разрядах это осуществляется с помощью более медленного процесса - диффузии. Исследованию плазмохимических процессов при осаждении алмазных пленок в равновесных и неравновесных электрических разрядах посвящены работы [39,70,71]. В случае осаждения с помощью струй диффузия оказывает влияние лишь в области вблизи мишени. Реализовать такой массоперенос можно разными путями. Например, в [116] предлагается схема осаждения с помощью газовой струи, направленной нормально к осесимметричной мишени. Это так называемая схема осаждения с застойной зоной. Известно, что при таком обтекании в некоторой области вблизи центра мишени толщина пограничного слоя не зависит от координаты вдоль мишени. Вследствие этого при однородном распределении присадки в буферном газе поток присадки на мишень не зависит от поперечной координаты, что позволяет получить хорошую однородность осаждаемых пленок. Кроме однородного распределения активных частиц, для такого осаждения требуется, чтобы набегающий поток буферного газа вдали от мишени не зависел от поперечной координаты. Выполнить эти требования на практике непросто. Поэтому представляется целесообразным изучать свойства плазменных струй в условиях реального эксперимента и, по возможности, в этих условиях искать наиболее благоприятные условия осаждения.

В [115] плотная (7>~1атм) полностью ионизованная плазма каскадной дуги истекает через малое отверстие {d ~1 мм) в большой цилиндрический объем (D = 50 см, L= 130 см) с малым давлением газа (110 Тор). При этом струя сильно расширяется, ускоряется, ударяется о мишень, разворачивается на 180° и уходит через широкие отверстия на боковых стенках вблизи от входа струи. В такой геометрии возможны особенности течения, которые качественно могут изменить структуру потока. Это, прежде всего, возникновение регулярных циркуляционных течений - вихрей. На возможность появления циркуляционных течений в условиях осаждения пленок указывалось в [117]. В частности, в [118] предполагалось, что большое время пребывания частички пыли в химическом реакторе связано с длительной циркуляцией в вихре, возникающем в экспериментальной установке. Авторы [119] объясняют быструю релаксацию плазменной струи в аргоно - водородной смеси возникновением циркуляционных течений. Атомы водорода интенсивно ассоциируются в молекулы на стенках камеры, последние благодаря циркуляции возвращаются в плазменную струю, где инициируют быструю диссоциативную рекомбинацию. Как известно, радикалы водорода атомы, ионы, возбужденные молекулы - находят широкое применение в различных физико-химических процессах при нанесении тонких пленок (см., например [119] и цитируемую там литературу). Для лучшего понимания свойств этих радикалов и оптимизации их источников необходимо изучение кинетики водородной плазмы и динамики плазменных потоков. В последнее время проводятся систематические и детальные исследования генерации [120,121] и деградации [122] водородной плазмы, ее транспорта [119] и взаимодействия с поверхностью [123] в области параметров, типичных для осаждения тонких пленок. При напылении тонких пленок (алмазных, кремниевых) часто в качестве буферного газа используют аргон, в который добавляют в качестве примеси водород и углеводороды. Эксперименты показали, что плазма в струе чистого аргона распадается слабо, а вот добавление водорода существенно изменяет ионный состав плазмы. Авторы работ [119,123] объясняют это тем, что при ассоциации атомов водорода в молекулы на поверхности вакуумной камеры образуются колебательно возбужденные молекулы водорода. Согласно мнению авторов [124], до 40% таких молекул десорбируются с поверхности в колебательно-возбужденном состоянии с V >4. Возбужденные молекулы благодаря циркуляционным потокам вновь попадают в плазменную струю. Такой энергии достаточно, чтобы шла реакция образования Н2 , который в результате диссоциативной рекомбинации превращается в атомарный водород. Образовавшиеся атомы могут вновь ассоциироваться на стенках, и процесс повторяется. Этот процесс распада плазменной струи выглядит весьма сложным, так как включает в себя двумерную газодинамику и химическую кинетику, как в объеме, так и на поверхности реактора. Такая задача может быть решена только с помощью численного моделирования.

В настоящее время являются актуальными вопросы нейтронной диагностики в токамаках. Основной целью международного проекта ИТЭР является демонстрация физической и технологической возможности создания термоядерного токамака - реактора. Определение интенсивности нейтронного выхода из плазмы и управление термоядерным горением являются важнейшими задачами нейтронной диагностики плазмы ИТЭР. Помимо этого к задачам нейтронной диагностики относятся также измерения пространственных и временных распределений нейтронных потоков, нейтронного флюенса на первой стенке вакуумной камеры токамака. Разрабатываемые диагностические системы должны обеспечить измерение всех указанных величин с точностью не хуже 10% и требуемым временным и пространственным разрешением. Детально эти требования представлены в [245]. Один из методов нейтронной диагностики, разрабатываемый для ИТЭР, является нейтронно-активационный анализ для измерений интегрированного по времени полного нейтронного выхода и долговременного контроля нейтронного флюенса на первой стенке.

Основное достоинство последнего метода заключается в том, что при проведении нейтронно-активационных измерений ни электромагнитные, ни радиационные помехи не могут исказить данные о нейтронных полях. В настоящее время для ИТЭР рассматривается два варианта нейтронно-активационных систем. Традиционный метод предполагает облучение специально подобранных активационных фольг в определенных местах вблизи первой стенки с последующей доставкой их при помощи пневмопочты к измерительным станциям. Этот метод не позволяет получить какое-либо временное разрешение, поскольку один цикл облучения, доставки и измерения наведенной активности образца может занимать от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от материала детектора и плотности потока нейтронов в месте облучения. Недавно для ИТЭР была предложена еще одна активационная система [246]. Она основана на измерении активности изотопа 16N, образующегося в результате пороговой реакции 160(n,p)16N при облучении воды быстрыми нейтронами. Первые эксперименты на нейтронном генераторе FNS показали, что при скорости течения воды -10 м/с и расстоянии между местом облучения и местом измерения наведенной активности 9,4 м этот метод обеспечивает временное разрешение на уровне 50 мс. Такое разрешение вполне удовлетворительно для контроля нейтронного флюенса на первой стенке, однако совершенно не достаточно для измерений флуктуаций нейтронного выхода (термоядерной мощности), где требуется временное разрешение на уровне нескольких миллисекунд. В условиях ИТЭР время движения воды от места облучения до места регистрации наведенной активности составит ~ 1 с, что делает невозможным применение метода активации воды для управления горением термоядерной плазмы. Существенно повысить скорость протекания воды в трубе не представляется возможным в силу целого ряда технических проблем - таких, как значительные энергетические затраты, гидродинамическая кавитация, высокое давление, механическая прочность и др.

Если вместо воды использовать газовую струю, то очевидно, что в этом случае без особых проблем возможно увеличение скорости струи до звуковых значений ~ 330 м/с. Чтобы выяснить возможности метода, требуется оценить его временное разрешение и чувствительность, а также рассмотреть возможность его реализации в условиях ИТЭР. Такая задача требует рассмотрения процессов конвективного переноса и диффузии радиоактивного вещества при облучении потоком быстрых нейтронов струи газа, движущейся в трубе. Однако с ростом скорости струи течение становится турбулентным. В этом случае массоперенос будет определяться уже не молекулярной диффузией, а турбулентной, которая во много раз больше молекулярной, и поэтому оставалось неясным как это обстоятельство повлияет на временное разрешение метода.

Из краткого обзора проблем кинетики и тепломассопереноса в неравновесных потоках газа и плазмы и при взаимодействии лазерного излучения с материалами вытекает цель настоящей диссертации.

Цель работы состоит в разработке математических моделей кинетики и тепломассопереноса в плазменных и газовых потоках и при взаимодействии лазерного излучения с материалами, исследовании на основе вычислительных экспериментов на этих моделях физических явлений в проточных газовых лазерах, химических реакторах для нанесения тонких пленок и лазерной дистанционной резке, оптимизации этих устройств и процессов.

Характерной особенностью диссертации является широкое использование наряду с аналитическими методами методов численного моделирования, что связано со значительной сложностью объектов исследований - неоднородностью, нелинейностью, неравновесностью и нестационарностью процессов тепломассопереноса и переноса излучения, а также необходимостью решать задачи в рамках сложной геометрии. Математическое моделирование физического явления включает ряд этапов. Во-первых, физический анализ, получение и обоснование уравнений, описывающих явление. Во-вторых, разработка алгоритма и программ, решающих полученные уравнения. В-третьих, проведение вычислительных экспериментов (расчетов) на ЭВМ с целью исследования физических свойств и определения характеристик изучаемых объектов. Применение вычислительных методов направлено на изучение как принципиальной качественной стороны явления, так и на сопоставление результатов математического моделирования с результатами физических экспериментов и корректировку математической модели.

Научная новизна работы: 1. Предложена модель расчета температурных зависимостей скоростей V-F-обмена и F-Г-релаксации смесей с комбинационной столкновительной накачкой (D2-CO2, CO-CS2~He) на основе использования экспериментальных данных по коэффициентам усиления в сверхзвуковом потоке и характеристикам излучения ТГДЛ.

2. На основе рассчитанных скоростей F- F-обмена и F-Г-релаксации в сверхзвуковом потоке смеси D2-CO2 проведено численное исследование коэффициента усиления и энергетических характеристик в широком диапазоне изменения параметров торможения, состава смеси и формы сопла в гомогенном потоке, а также в потоке с подмешиванием в рамках модели мгновенного смешения.

3. На основе рассчитанных скоростей F- F-обмена и F-Г-релаксации в сверхзвуковом потоке смеси CO-CS2-He проведено расчетно-теоретическое исследование энергетических характеристик газодинамического лазера на этой смеси в зависимости от параметров торможения, формы сопла, состава смеси.

4. Теоретически доказана возможность создания ТГДЛ на смесях D2-HCl-Не(Аг), проведена оптимизация коэффициента усиления и энергетических характеристик этого лазера.

5. Численными методами изучены условия образования инверсии в сверхзвуковом потоке смеси Н2-НС1-Аг.

6. Для теплового газодинамического лазера, работающего на смеси типа N2-CO2-M, предложена математическая модель определения энергетических параметров: интенсивности излучения, мощности и ширины лазерной зоны с учетом нелинейной связи между средними числами квантов для симметричной и деформационной мод молекулы С02 в предположении, что скорости заселения верхнего и нижнего лазерных уровней равны.

7. Построена модель и численно изучены определяющие физические процессы при дистанционном разрушении непрерывным лазерным излучением до 5 кВт вертикально расположенных термически тонких стальных пластин.

8. Предложен механизм, построена модель и проведено расчетно-теоретическое исследование теплообмена и массопереноса при лазерной резке импульсно-периодическим слабосфокусированным лазерным излучением термически тонких стальных пластин без использования газовой струи.

9. Найдены условия реализации дистанционного разрушения металлических пластин конечной толщины с помощью мощного импульсно- периодического лазера.

10. В рамках модели нестационарного двумерного течения вязкого изотермического газа методами компьютерного моделирования изучены условия возбуждения вихревого звука в полости канала и определены его характеристики.

11. В рамках модели невязкого изотермического газа проведен численный анализ закономерностей течения и массопереноса в химических реакторах, предназначенных для нанесения тонких пленок с помощью плазменных струй.

12. Создана модель Аг-Н2 - струи в рамках двумерной газовой динамики, с учетом диффузии реактантов и ионно - молекулярных реакций водорода в объеме и на стенках камеры, численно изучена возможность быстрой рекомбинации плазменного потока за счет десорбции возбужденных молекул водорода со стенок камеры и переноса их в струю газодинамическими вихрями.

13. Проведено расчетно-теоретическое исследование возможности создания нейтронной диагностики для термоядерного реактора ИТЭР путем активирования турбулентных газовых струй.

Автор выносит на защиту:

I.Результаты расчетно-теоретического исследования кинетики в ТГДЛ на изотопах водорода и на смеси CO-CSj-He: г

-модели расчета температурных зависимостей скоростей V-V- обмена и V

Г-релаксации в сверхзвуковом потоке смесей с комбинационной столкновительной накачкой (D2-C02> CO-CSj-He)\

-зависимости коэффициента усиления и энергетических характеристик в сверхзвуковом потоке смеси D2-CO2 в широком диапазоне параметров торможения от состава смеси, формы сопла (высокий удельный энергосъем ~ 10-20 Дж/г такого лазера при температурах торможения Г0-600-4 000°К; высокий удельный энергосъем -100 Дж/г в режиме подмешивания СО2 в охлажденный поток D2);

-зависимости коэффициента усиления и энергетических характеристик когерентного излучения ТГДЛ на смеси CO-CS2~He от параметров торможения, состава смеси, формы сопла (при 600-4000 °К удельный энергосъем -3 Дж/г; в режиме подмешивания CS2 в охлажденный сверхзвуковой поток СО+Не удельный энергосъем -8 Дж/г); -условия получения инверсии в сверхзвуковом потоке смесей D2-HCl-Не(Аг), энергетические характеристики когерентного излучения тепловых газодинамических лазеров на этой смеси в широком диапазоне параметров торможения, формы сопла и состава смеси (в режиме подмешивания НС1 в сверхзвуковой поток D2+He предсказаны высокие удельные характеристики - 50 Дж/г в диапазоне длин волн излучения - 3,5 мкм); -зависимости коэффициента усиления при охлаждении смеси Н2-НС1-Аг в сверхзвуковом потоке от параметров торможения, состава смеси, формы сопла (предсказаны низкие значения коэффициентов усиления на этой смеси, не более 3*10"5см"1);

-аналитический и численный метод расчета энергетических параметров тепловых газодинамических лазеров, в предположении, что скорости заселения нижнего и верхнего лазерных уровней равны. II. Модели и результаты численного моделирования процесса дистанционного разрушения металлических пластин мощным непрерывным и импульсно-периодическим лазерным излучением:

-модель дистанционного разрушения материалов непрерывным лазерным излучением с учетом выноса расплава за счет силы тяжести в приближении термически тонкой пластины;

-объяснение основных закономерностей процесса дистанционной резки мощным непрерывным лазерным излучением (волнообразная форма реза, неустойчивость процесса резки вблизи порога резки, зависимость доли лазерного излучения, попадающего на образец, от скорости перемещения луча), предсказание возможности резки стальных пластин при больших скоростях;

-модель расчета дистанционного разрушения материалов импульсно-периодическим лазерным излучением с учетом выноса расплава за счет силы тяжести и за счет давления паров отдачи в приближении термически тонкой пластины;

-механизм резки стальных пластин слабосфокусированным импульсно-периодическим лазерным излучением без газовой струи (увеличение критической скорости резания с ростом средней мощности независимо от способа реализации этой мощности; предсказание неустойчивости процесса резки вблизи порога, демонстрация режимов, при которых дополнительные затраты на испарение "окупаются" ростом эффективности выноса расплава);

-обоснование порогов по мощности, достаточной для реализации дистанционного разрушения пластин конечной толщины, увеличения эффективности резки с ростом скважности импульсно-периодического излучения, а при постоянной скважности - с увеличением длительности импульса. Предсказание смены механизмов массопереноса в зависимости от толщины пластины.

III. Модели и результаты численного исследования влияния крупномасштабных вихрей в газовых струях на возбуждение звуковых колебаний, перенос плазмы и радикалов в газодинамических устройствах, исследование динамики вихревых структур на поздних стадиях лазерной искры: возбуждение вихревого звука в каналах с внутренними полостями: связь возникновения звука с периодическим выносом вихрей из полости, определение амплитуды и частоты вихревого звука, способ подавления акустических колебаний с помощью изменения геометрии в такого рода устройствах;

-предсказание вихревой структуры течения газа в химических реакторах для нанесения тонких пленок с помощью возвратных плазменных струй. Определение критических параметров струи и геометрии реактора, при которых струя достигает мишени. Функциональные зависимости ширины распределения присадки на мишени от соотношений параметров струи и геометрии ввода присадки;

-модели распада плазменных струй в химических реакторах для нанесения тонких пленок с учетом возбуждения вихревых течений газа и гетерогенных химических реакций;

-обоснование возможности быстрой рекомбинации плазменной струи атомарного водорода за счет десорбции возбужденных молекул водорода со стенок камеры и транспорта их в струю посредством газодинамических вихрей. Устойчивость этого механизма по отношению к изменениям параметров реактора (скорость, давление, геометрия) и чувствительность к процессам генерации молекул на стенках камеры;

-механизм деионизации неравновесной плазменной струи аргона при смешении с водородом и углеводородами: перемешивание реагентов за счет возбуждения крупномасштабных вихрей, передача заряда от аргона к молекулярному газу с быстрой последующей диссоциативной рекомбинацией.

IV. Результаты расчетно - теоретических исследований по нейтронной диагностике в токомаке на основе активации газовых струй:

-обоснование метода измерения больших потоков нейтронов с хорошим временным разрешением в токамаке - реакторе на основе активации турбулентных газовых струй (временное разрешение метода определяется скоростью движения газа в зоне облучения, длиной и диаметром трубы, размерами зон облучения и регистрации и не зависит от давления газа).

Все основные результаты и положения диссертации получены и сформулированы лично или при моем ведущем участии.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием фундаментальных физических законов, положенных в основу разработанных математических моделей и кодов. Используемые численные схемы обладают устойчивостью, сходимостью и порядком аппроксимации, обеспечивающим минимальную численную вязкость и простоту алгоритма. Справедливость численных моделей подтверждается их соответствующим тестированием, а физических моделей - сравнением с экспериментом.

Научная и практическая ценность полученных в диссертации результатов состоит в том, что

-предложен ТГДЛ на смеси D2-HCl-He с высокими удельными энергетическими характеристиками когерентного излучения ~50 Дж/г и длиной волны —3.5 мкм, попадающей в окно прозрачности атмосферы; -показано, что в сверхзвуковом потоке смеси Н2-НС1-Аг получить коэффициент усиления, достаточный для реализации ТГДЛ проблематично (впервые такой лазер предложен в США). Справедливость этих выводов подтверждена экспериментальными исследованиями ТГДЛ— НС1 на ударной трубе и более поздними расчетами других авторов [130]; -установлено, что смеси с комбинационной столкновительной накачкой (D2-C02, CO-CS2-He) могут быть использованы для создания газодинамических лазеров с температурами торможения 1 ООО °К и ниже. Для TT)JR-CO-CS2-He предсказаны более эффективные режимы работы, чем те, которые были реализованы в предварительных экспериментах. Проведенные расчеты послужили основой для проведения экспериментов по получению генерации в смесевом ТГДЛ-Г^-СОг [128]. Измеренная величина запасенной колебательной энергии совпадает с расчетной (»40Дж/г) в диапазоне параметров, при которых проводился эксперимент; -установлен механизм и определены оптимальные условия дистанционной разделительной резки материалов мощным непрерывным и импульсно-периодическим лазерным излучением. Полученные в диссертации результаты дают возможность определить предельные скорости резки, минимальные мощности лазера для реализации резки. Определены условия, при которых вынос расплава под действием импульса отдачи паров оказывается эффективнее выноса расплава за счет силы тяжести. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами по дистанционной резке сталей с помощью непрерывного (до 6 кВт) [17*, 18*] и импульсно-периодического (средней мощности до 500 Вт) лазеров [19*, 21*]. Данные расчеты также не противоречат экспериментам с импульсно-периодическим лазером большой мощности (до 30 кВт) [219];

-методами компьютерного моделирования установлены пороги возникновения вихревого звука в потоке газа в канале с полостью, в частности, в газодинамическом тракте проточных лазеров и показана возможность подавления акустических колебаний с помощью изменения геометрии полости в такого рода устройствах. Развитый подход анализа акустических возмущений в потоке газа с помощью численного моделирования может быть использован при совершенствовании газодинамических устройств с целью снижения уровня их шума (авиационные двигатели), уменьшения акустических колебаний в газодинамическом тракте проточных лазеров;

-в химических реакторах для нанесения алмазных и алмазоподобных тонких пленок с помощью плазменных струй установлены оптимальные условия напыления пленок за счет выбора геометрии реактора и состава плазменной струи. В определенной области параметров имеется совпадение экспериментальных и расчетных данных [123]; -расчетно-теоретическим путем обоснован новый метод нейтронной диагностики в токамаке - реакторе ИТЭР за счет активации газовых струй, существенно (в несколько раз) улучшающий временное разрешение активационного метода. Получено удовлетворительное согласие типичного экспериментально измеренного на термоядерной установке нейтронного потока и рассчитанного отклика наведенной активности при облучении нейтронами газовой струи в тех же условиях [41*-43*]. Полученные результаты положены в основу проектирования системы нейтронной диагностики в токамаке-реакторе ИТЭР.

Апробация работы. Результаты, полученные в диссертации, докладывались на российских и международных научных конференциях: XXVI Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 5-9 апреля 1999), школы-конференции молодых ученых МГУ «Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах», М., (МоскваД984), Advanced High-Power Laser and Applications AHPLA'99 (Osaka, Japan, 1-5 September 1999), Third Int. Symp. On Diamond Films (16-19 June 1996.St-Petersburg), Diamond 97 Conf. Edinburgh, Scotland (3-8 August, 1997, Abstract), Int. Conf. Plasma Physics and Plasma Technology (Sept. 15-19 Minsk, Belorus., 1997), Fifth Int. Symp. on Diamond Materials (August 31-Sept. 5, 1997. Paris, France), International Quantum Electronics conference (June 2227,2002, Moscow), LMF41, на семинарах ГНЦ РФ ТРИНИТИ, ФИ РАН, ИОФ РАН, ИПЛИТ РАН, МИФИ и обсуждались в лабораториях МГУ, ИПМех.

Констатирующая часть диссертации состоит из семи глав и заключения. Каждая глава или параграф завершаются выводами.

Диссертация заканчивается заключением, где подводятся общие итоги исследования.

Первая глава посвящена численному моделированию тепловых газодинамических лазеров и аналитическим исследованиям энергетических параметров тепловых газодинамических лазеров.

В первом параграфе первой главы обсуждаются пути повышения кпд ТГДЛ и рассмотрена возможность применения ТГДЛ в энергоемких производствах в комплексе с электрогенератором. Проведено сравнение эффективности комплекса лазер - тепловая электростанция [16*] при использовании в нем газодинамического лазера с тепловой накачкой [21,22] и лазера с электрическим возбуждением [69].

Во втором параграфе приведены основные уравнения и метод численного решения, который используется для математического моделирования тепловых газодинамических лазеров. Уравнения колебательной кинетики молекулярных газов с учетом когерентного излучения решаются совместно с уравнениями одномерной газовой динамики без вязкости и теплопроводности.

В третьем параграфе рассматривается аналитический метод расчета характеристик излучения тепловых газодинамических лазеров [1*]. При решении кинетических уравнений предполагается, что скорости заселения верхнего и нижнего лазерных уровней равны. Это позволяет найти аналитические выражения для ширины лазерной зоны и интенсивности лазерного излучения с учетом нелинейной связи между средними числами квантов для симметричной и деформационной мод молекулы С02.

Вторая глава посвящена численному моделированию тепловых газодинамических лазеров с комбинационной столкновительной накачкой (D2-C02[2*-7*], CO-CS2-He [8*,9*]).

В первом параграфе рассмотрены особенности комбинационной столкновительной накачки. Во втором - на основе анализа экспериментальных данных [30,31] рассчитаны кинетические константы в смеси D2-C02 в области Т0 ~100-ь800°К [2*,5*,7*]. Приведена математическая модель расчета D2-CO2 низкотемпературного газодинамического лазера [2*,5*,7*]. В третьем параграфе на основе построенной математической модели проведены расчеты характеристик когерентного излучения гомогенного низкотемпературного ГДЛ на смеси D2-CO2 в области следующих параметров: температуры торможения -600-И000°К, давления торможения 4+12 атм, состава смеси: (93+97%)D2, (Ъ+1%)С02; степени расширения сопла 6 -ь26 [3*]. В § 4 проведено исследование этого лазера в режиме подмешивания СО2 в сверхзвуковой поток D2 [4*,6*]. Изучена зависимость удельного энергосъема Wyd от температуры торможения Г0, давления торможения Р0, состава смеси и степени расширения сопла.

В пятом параграфе второй главы на основе анализа экспериментальных данных [33] построена математическая модель ТГДЛ на смеси CO-CS2-He [8*]. В §6 и §7 проведена оптимизация коэффициента усиления и энергетических характеристик ТГДЛ на смеси CO-CS2~He в гомогенном и смесевом режимах [9*].

В третьей главе представлены результаты численного моделирования ТГДЛ на частичной инверсии.

Первый параграф посвящен выбору смесей для таких лазеров. Во втором параграфе проведено детальное численное исследование усиливающих свойств в гомогенном сверхзвуковом потоке смесей D2-HCl-Не(Аг) [10*-15*] в рамках наиболее простых приближений: колебательная кинетика рассмотрена в модели гармонических осцилляторов, химические реакции при высоких температурах отсутствуют. Изучено влияние состава смеси, параметров торможения и формы сопла на коэффициент усиления g . В третьем параграфе проанализирована роль химических реакций при температурах более 1900 °К и учтено влияние ангармонизма молекул хлористого водорода на усиливающие свойства потока смеси D2-HCl-Не(Аг) [13*]. В четвертом параграфе проведено исследование ТГДЛ на смесях D2 - НС1 - Не(Аг) в режиме, основанном на подмешивании НС1 в охлажденный сверхзвуковой поток D2-He(Ar) [14*,15*], рассчитаны энергетические характеристики излучения. В пятом параграфе приведено детальное исследование усиливающих свойств смеси Н2-НС1-Аг [13*] в сверхзвуковом потоке. Показано, что при Т() < 2000 °К, Р0 <50 атм в гомогенном потоке смеси Н2-НС1-Аг коэффициент усиления не превышает 3 * 10-5 см"1 на расстоянии ~15 см от критического сечения сопла.

В четвертой главе исследуются процессы тепломассопереноса при взаимодействии мощного излучения непрерывных и импульсно-периодических СС^-лазеров с материалами [17*-21*]. Основное внимание уделено исследованию тепломассообмена при дистанционном разрушении лазерным излучением вертикально расположенных стальных пластин без использования газовой струи.

В первом параграфе четвертой главы предлагаются и обсуждаются теоретические модели, приведены основные уравнения и алгоритм численного решения задачи [17*, 19*]. В наших условиях ширина резов заметно превосходит толщину пластин, поэтому описание теплопереноса проводится в приближении термически тонкой пластины. Это упрощение позволяет ограничиться двумерным расчетом полей температур и в то же время позволяет правильно учесть боковые потери тепла, которые могут быть сравнимы с теплом, идущим на плавление металла. Лазерная резка металла обусловлена действием двух взаимосвязанных процессов: нагревом и плавлением образца (пластины) и удалением расплава. В изучаемом процессе наиболее сложной стадией является массоперенос -удаление жидкого расплава. Это сложное трехмерное явление, в котором важную роль играет и перенос тепла. Поэтому в этой части модели мы ограничились упрощенным подходом и полагали, что как только размеры зоны плавления достигнут определенной критической величины, так весь расплав за счет силы тяжести удаляется из образца.

Во втором параграфе четвертой главы предложенная модель используется для расчета процессов дистанционной резки стальных пластин мощным непрерывным излучением СОг-лазера [17*, 18*]. Рассчитана форма реза в зависимости от толщины пластины и скорости перемещения лазерного луча. Определена область существования резки в координатах удельная мощность - скорость. Проведено также сравнение с экспериментом [17*] детальных характеристик процесса. Получена зависимость пространственного периода формы реза от скорости перемещения луча и толщины пластины. Изучена зависимость роста доли попадающей на мишень мощности с увеличением скорости резки.

В третьем параграфе четвертой главы изучаются закономерности процесса резки стальных пластин слабосфокусированным излучением импульсно-периодического СО^-лазера мощностью < 500 Вт без использования газовой струи [19*, 21*]. Разработан физический механизм процесса, который учитывает специфику взаимодействия импульсно-периодического излучения с материалами. Физическая модель учитывает процессы кипения и, соответственно, потери тепла, затраченные на испарение, а также действие импульса отдачи паров на ванну расплава. С помощью этой модели изучена зависимость максимальной скорости резки от средней мощности лазерного излучения для параметров, соответствующих экспериментам [19*, 21*]. Показано, что при предельных скоростях перемещения луча процессы резки носят неустойчивый характер. Сравнение с экспериментом показало, что эта модель качественно правильно описывает экспериментальные закономерности и ее можно использовать для оценок возможности дистанционной разделительной резки излучением мощного лазера.

В работе также проведено сравнение эффективности дистанционной резки стальных пластин импульсно-периодическим и непрерывным излучением [19*]. Показано, что возможны режимы, когда дополнительные затраты энергии на испарение материала при импульсно-периодической резке способствуют интенсификации процесса выноса расплава из зоны взаимодействия. Поэтому резка импульсно-периодическим излучением большой скважности может быть существенно эффективнее резки непрерывным излучением.

Четвертый параграф четвертой главы посвящен изучению закономерностей дистанционной резки сталей излучением мощного С02-лазера и разработке моделей этого процесса как для тонких, так и для толстых пластин [20*, 21*]. Для поиска эффективных режимов резания и качественного выбора оптимальных параметров предложена аналитическая модель, позволяющая ориентироваться в том многообразии параметров, которые характерны для дистанционного разрушения импульсно-периодическим излучением.

Используя механизм дистанционной резки сталей, апробированный для условий резки ипульсно-периодическим излучением СС^-лазера мощностью < 500 Вт тонких пластин (-0.5 мм) за счет выбора размера пятна фокусировки, проведено исследование эффективности дистанционной резки лазера МЛТК-50. Рассматриваются режимы, где затраты на испарение материала в импульсно-периодическом случае компенсируются более интенсивным массопереносом, и изучается динамика перехода от одного режима к другому.

В пятой главе исследуется роль вихревых движений, возникающих при взаимодействии газовых потоков с полостями [26*-28*]. В первом параграфе пятой главы приведена система газодинамических уравнений в общем виде для вещества с произвольным уравнением состояния в случае, когда вместо уравнения энергии используется уравнение энтропии [26*, 27*]. Во втором параграфе приведена численная реализация решения системы уравнений, приведенных § 5.1 и краткий обзор численных схем газовой динамики. В третьем параграфе приведено тестирование используемых в работе кодов в рамках одномерной нестационарной газодинамики. Четвертый параграф посвящен численному исследованию двумерного неустановившегося дозвукового течения в канале с полостью [28*]. Кратко излагается история проблемы возбуждения вихревого звука потоком в полости [86]. Выявлено, что в таких случаях при определенной скорости набегающего потока в нем могут возникать пульсации давления, которые зависят от характеристик невозмущённого потока и геометрии проточной части. Проанализированы частота и амплитуда этих пульсаций и условия, при которых они возникают. Изучена связь колебаний давления с выносом вихрей из полости. Рассмотрены способы ослабления влияния полости на основной поток и повышения критической скорости потока, при которой возникают пульсации.

В §§ 5.5-5.7 пятой главы проводится исследование газодинамических эффектов на поздних стадиях лазерной искры [29*-31 *]. Объяснено наблюдаемое на эксперименте [29*-31*] затухание ударных волн при взаимодействии их со сферическими областями релаксирующей плазмы от отдельных очагов пробоя и формирование струи (§5.6), а также колец горячего газа (§5.7). Динамика развития кольцевой структуры исследуется на основе модели вихревого кольца атомного взрыва [133].

В шестой главе изучаются процессы распада плазменных струй в реакторах для нанесения тонких пленок [32*—40*]. В первом параграфе шестой главы разработана физическая модель процесса, приведены основные уравнения и обсуждается численная схема решения этих уравнений. Рассмотрение проводится в рамках модели нестационарной двумерной динамики буферного газа. Во втором параграфе проведен численный анализ общих свойств такого течения и массопереноса в этих реакторах. Исследуется течение невязкого газа с диффузией малой примеси в реакторе с возвратными струями. Рассмотрены особенности массопереноса в широких и узких струях.

В третьем параграфе шестой главы приведены модели распада плазменных струй в химических реакторах для нанесения тонких пленок с учетом возбуждения вихревых течений газа и гетерогенных химических реакций. Изучается возможность быстрого распада плазменной струи атомарного водорода за счет десорбции возбужденных молекул водорода со стенок камеры и транспорта их в струю посредством газодинамических вихрей.

В четвертом параграфе шестой главы исследуется взаимодействие водорода с расширяющейся горячей струей плазмы аргона. Рассмотрена инжекция водорода за каскадной дугой. Показано, что в этом случае роль гетерогенных реакций уменьшается, и становятся более важными процессы смешения водорода с плазменной струей аргона.

В пятом параграфе этой главы изучается диссоциация углеводородов в плазменной струе аргона и осаждение образовавшихся активных радикалов на поверхности. Этот процесс рассмотрен на практически важном примере осаждения аморфного углерода с помощью инжекции ацетилена в реактор [123]. В этом случае активными радикалами являются CjH- Они создаются в ходе реакции обмена заряда между ионами аргона и молекулами ацетилена с последующей диссоциативной рекомбинацией. Из численных расчетов следует, что эффект наработки С2Н определяется местом инжекции и моделью смешения. Несмотря на то, что распределение плотности радикалов и других компонент неоднородно в объеме реактора, поток С2Н на мишень является достаточно однородным. В определенной области параметров расчеты коррелируют с экспериментальными результатами [119,123].

Седьмая глава посвящена методу измерения динамики потока D-T нейтронов с использованием активации газовой струи [41*-43*]. В первом параграфе седьмой главы кратко обсуждаются методики нейтронной диагностики в токамаках и приведена модель. Модель является одномерной, что позволяет анализировать концентрацию активированных частиц в потоке газа, движущегося по трубе, с учетом турбулентной диффузии. Приведен алгоритм решения уравнений. Во втором параграфе седьмой главы на основе разработанной модели рассмотрены процессы конвективного переноса и диффузии радиоактивного вещества после облучения потоком быстрых нейтронов турбулентной струи газа (жидкости), движущейся в трубе. Изучаются зависимости формы импульса в камере регистрации от формы нейтронного импульса реактора при разных скоростях потока, различных размерах зон облучения, регистрации и длины трубы. Оценена чувствительность предлагаемого метода и, соответственно, диапазон измеряемой мощности термоядерного реактора ИТЭР. Приведено сравнение типичного экспериментально измеренного на термоядерной установке нейтронного потока и рассчитанного отклика наведенной активности при облучении нейтронами газовой струи в тех же условиях [41*-43*]. Показано преимущество указанного метода по сравнению с методом активации водяного потока.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Родионов, Николай Борисович

Выводы.

Обоснован новый метод контроля больших потоков термоядерных нейтронов в токамаке-реакторе за счет активации газовых струй, существенно (в несколько раз) улучшающий временное разрешение активационного метода. Показано, что временное разрешение метода определяется скоростью движения газа в зоне облучения, длиной и диаметром трубы, размерами зон облучения и регистрации и не зависит от давления газа. В диапазоне выделяемой термоядерной мощности ИТЭР от 2 до 500 МВт данная диагностика обеспечит измерения с временным разрешением Юме и задержкой 70 мс. При использовании в качестве газовой мишени Ог предлагаемая система органично дополнит метод активации воды, поскольку может быть использована одна и та же система регистрации.

Заключение

Сформулируем основные результаты и выводы, следующие из проведенных исследований кинетики и тепломассопереноса в газовых и плазменных струях и при взаимодействии лазерного излучения с материалами.

1. Впервые численно обоснована возможность создания новых низкотемпературных газодинамических лазеров на смесях с комбинационной столкновительной накачкой, которые имеют высокие удельные энергетические характеристики при температурах торможения —600+1000 °К. Низкая температура торможения существенно снижает требования к материалам конструкции ТГДЛ и упрощает возможности создания ТГДЛ замкнутого цикла.

Получены аналитические формулы для энергетических параметров теплового газодинамического лазера, работающего на смеси типа N2-C02-M: интенсивности, мощности и ширины лазерной зоны с учетом нелинейной связи между средними числами квантов для симметричной и деформационной мод молекулы С02> в предположении, что скорости заселения верхнего и нижнего лазерных уровней равны.

Впервые численно обоснована возможность создания ТГДЛ с высокими удельными характеристиками в диапазоне длин волн -3.5 мкм на основе изотопов водорода. На основе расчетов по разработанным моделям можно сделать следующие выводы: в гомогенном режиме на смеси D2-CO2 можно получить удельный энергосъем ~ 10+20 Дж/г при температуре торможения Т0 -600+1000°К, давлении торможения -4+12 атм, степени расширения -10+25, содержании углекислого газа~3+5%. В режиме подмешивания максимальный удельный выход излучения может достигать ~100Дж/г (при условии: Т0 < 2200 °К, 20 атм, степень расширения сопла ~50, содержание С02 в смеси -3%);

- на смеси CO-CS2-He при Т0~ 600-И 000°К в гомогенном режиме Wyd ~ 3 Дж/г, а в режиме подмешивания Wyb » 8 Дж/г;

- высокие удельные характеристики лазеров (Wyd « 50 Дж/г) в диапазоне длин волн излучения ~ 3,5 мкм на основе изотопов водорода можно получить только на смеси D2 - HCl -Не в режиме подмешивания HCl в охлажденный поток D2 - Не при температуре торможения не выше 2200 °К, Р0 -50 атм, составе смеси:HCl-1-5-3%, D2 -20+50%, Не-50+80%, при этом температура в резонаторе должна быть -70+100 °К.

2. Разработаны модели процесса дистанционного разрушения металлов с помощью непрерывного и импульсно- периодического лазеров без использования газовой струи, на основе которой объяснены основные экспериментальные закономерности: волнообразная форма реза, пороговый характер реализации резки, неустойчивость вблизи порога, предсказана смена механизмов массопереноса в зависимости от толщины пластины. Таким образом, установлены механизмы нового технологического процесса, поддерживаемого лазерным излучением, -дистанционной резки металлов. Результаты численных расчетов по разработанным моделям позволяют сделать следующие выводы:

- скорость резания при непрерывном излучении является быстроменяющейся функцией удельной мощности и не зависит от размера пятна фокусировки, пока последний (размер) не превышает предельный размер зоны расплава;

- импульсно-периодическое излучение с достаточно высокой скважностью 10 + 100 может обеспечить большую эффективность резки по сравнению с непрерывным для случая термически тонких пластин и размеров пятна фокусировки меньше критических;

- предельная скорость резания определяется в основном средней мощностью лазера и слабо зависит отдельно от частоты и энергии в импульсе. При резке толстых пластин эффективнее работать при большей скважности импульсно-периодического излучения, а при одинаковой скважности- при большей длительности импульса.

3. Созданы модели и изучена роль крупномасштабных вихрей в газовых струях при возбуждении звуковых колебаний, переносе плазмы и радикалов в газодинамических устройствах, а также проанализирована динамика вихревых структур на поздних стадиях лазерной искры. Расчеты по созданным двумерным нестационарным численным кодам позволяют сделать следующие выводы: при уменьшении поперечного размера камеры химического реактора для нанесения алмазных пленок (или увеличении ширины струи) происходит "запирание " струи и реактанты не попадают на мишень. При увеличении размера камеры появляются дополнительные вихри; в случае широкой и короткой струи увеличение ширины распределения присадки на входе увеличивает ширину потока присадки на мишень, не изменяя его максимальной величины; увеличение ширины распределения присадки в длинной и узкой струе приводит к увеличению максимума плотности потока присадки на мишень, но не изменяет его ширины; в оптимальных условиях однородные пленки могут быть получены размером в 3 раза превышающим ширину струи; быстрая рекомбинация плазменной струи атомарного водорода может быть обусловлена десорбцией возбужденных молекул водорода со стенок камеры и транспорта их в струю посредством газодинамических вихрей. Механизм является устойчивым по отношению к изменениям параметров реактора (скорость, давление, геометрия), но оказывается чувствительным к процессам генерации молекул на стенках камеры; механизм распада неравновесной плазменной струи аргона при смешении с водородом и углеводородами обусловлен перемешиванием за счет возбуждения крупномасштабных вихрей и передачей заряда от аргона к молекулярному газу с быстрой последующей диссоциативной рекомбинацией;

- в каналах с внутренними полостями при скоростях набегающего потока меньших некоторого критического значения в полости возникают вихри. Когда скорость потока достигает критической величины, зависящей от геометрии полости и канала, в потоке возникают пульсации давления, обусловленные выносом вихрей из каверны. Тонкий козырек, установленный между полостью и каналом стабилизирует вихрь в каверне, ослабляет влияние полости на основной поток и повышает величину критической скорости, при которой возникают пульсации давления;

- затухание ударной волны и формирование струи при взаимодействии УВ с областью релаксирующей плазмы на поздних стадиях длинной лазерной искры обусловлено высокой температурой газа в каверне и сферичностью УВ и каверны. Длительное существование кольцевой конфигурации в горячей каверне объясняется образованием вихревого кольца.

4. Обоснован новый метод контроля больших потоков термоядерных нейтронов в токамаке-реакторе за счет активации газовых струй, существенно (в несколько раз) улучшающий временное разрешение активационного метода. Показано, что временное разрешение метода определяется скоростью движения газа в зоне облучения, длиной и диаметром трубы, размерами зон облучения и регистрации и не зависит от давления газа. Полученные результаты положены в основу проектирования системы нейтронной диагностики в токамаке-реакторе ИТЭР.

Автор выражает признательность д.ф.-м.н., профессору, зам. директора ГНЦ РФ ТРИНИТИ В.Е. Черковцу за ценные замечания по материалам диссертации, ученому секретарю ГНЦ РФ ТРИНИТИ, к.ф.м.н., Казакову С.А. за обсуждение диссертации, д.ф.-м.н., профессору, директору ОФТР ТРИНИТИ Азизову Э.А. и зам. директора ОФТР ТРИНИТИ Арефьеву Ю.П. за постоянную поддержку работы, своему научному консультанту д. ф.-м.н. Гладушу Г.Г. за творческое участие в совместной работе и помощь в проведении исследований. Автор выражает благодарность д.ф.-м.н., профессору, директору ОИП ТРИНИТИ Малюте Д.Д. и д.ф.-м.н., профессору, начальнику МО ТРИНИТИ Трощиеву В.Е., взявших на себя труд рецензентов при апробации диссертации на ученом совете ТРИНИТИ, дискуссии с которыми способствовали улучшению диссертации. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить к.т.н. Бреева В.В. Его большой опыт и знания оказались бесценными в освоении численных методов. Автор глубоко признателен сотрудникам ФИАНа д.ф.-м.н., профессору Ораевскому А. Н. и д.ф.-м.н., Щеглову В.А., за большую помощь в процессе выполнении работы по газодинамическим лазерам, а также сотруднику ЦКБ "Астрофизика", к.ф.-м.н Гаврикову В.Ф., сотрудничество с которым было весьма плодотворным, к.ф.-м.н. зам. директора ОПИ ТРИНИТИ Красюкову А.Г. за дискуссии и обсуждение задач по лазерной технологии, д.ф.-м.н., профессору Ковальскому Н.Г. за постоянную моральную поддержку. Автор выражает благодарность за плодотворные обсуждения работы сотрудникам МГУ д.ф.-м.н. Суетину Н.В., д.ф.-м.н., профессору Попову А.Н., к.ф.-м.н. Манкелевичу Ю. А.

Автор выражает признательность сотрудникам ТРИНИТИ д.ф.-м.н Красильникову А.В., к. ф.-м.н Дробязко С.В., к. ф.-м. н Косыреву Ф. К., к. ф.-м.н Кондрашову В.Н., к.ф.-м.н Ремигайло Ю.Л, Кащуку Ю. А., Куркиной Л.Г., к.т.н Ефремову Н.М., к.ф.-м.н. Фрунзе В.В. принимавшим участие в работах, вошедших в диссертацию. Автор также выражает благодарность Ю.Н. Демченко за помощь в подготовке иллюстративного материала.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Родионов, Николай Борисович, 2003 год

1. Самарский А. А. Теория разностных схем (М.: Наука, 1977).

2. Рябенький B.C., Годунов С.К. Введение в теорию разностных схем (М.: Физматгиз, 1962).

3. Годунов С. К., Рябенький В. С. Разностные схемы (М.: Наука, 1977).

4. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики (М.: Наука, 1977).

5. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные схемы решения краевых задач (М.: Мир, 1972).

6. Новое в численном моделировании: алгоритмы, вычислительные эксперименты, результаты (М.: Наука, серия "Кибернетика: неограниченные возможности и возможные ограничения", 2000).

7. Полежаев В. И., Буне А. В., Верезуб Н. А. и др. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса (М.: Наука, 1987).

8. Гебхарт Б., Джалурия Й., Махаджан Р., Саммакия Б. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен (М.: Мир, 1991).

9. Самарский А. А., Попов Ю. П. Разностные схемы газовой динамики (М.: Наука, 1975).

10. Численные методы в физике плазмы. Под редакцией академика Самарского А. А. (М.: Наука, 1977).

11. Пасконов В. М., Полежаев В. И., Чудов Л. А. Численное моделирование процессов тепло- и массопереноса (М.: Наука, 1984).

12. Ландау Л. Д., Лившиц В. М. Гидродинамика (М.: Наука, 1988).

13. Patel C.K.N. High-power Carbon Dioxide Lasers. Scientific American, 219, p. 22(1968).

14. Басов H. Г., Ораевский A.H. Получение отрицательных температур методом нагрева и охлаждения системы. ЖЭТФ, 44, №5,с.1742 (1963).

15. Конюхов В.К., Прохоров A.M. Инверсная населенность при адиабатическом расширении газовой смеси. Письма в ЖЭТФ, 3, №11, с.436 (1966).

16. Конюхов В.К., Прохоров A.M. Способ получения инверсии заселенностей. Авторское свидетельство №223954, приоритет от 19.11.1966. Бюлл. изобр. №25 (1968).

17. Басов Н. Г., Ораевский А. Н., Щеглов В. А. Тепловые методы возбуждения лазеров. ЖТФ, 37, вып. 2, с.339 (1967).

18. Басов Н. Г., Михайлов В. Г., Ораевский А. Н., Щеглов В. А. Создание инверсной населенности при расширении газового потока смеси N2-CO2 в сверхзвуковом сопле Лаваля. Препринт ФИАН, № 136 (1968).

19. Басов Н. Г., Михайлов В. Г., Ораевский А. Н., Щеглов В. А. Получение инверсной населенности молекул в сверхзвуковом потоке бинарного газа в сопле Лаваля. ЖТФ, 38, №12, с.2031(1968).

20. Gerry Е. Т. Gasdynamic Lasers. IEEE Spectrum,7, p.51 (1970).

21. Лосев С. А. Газодинамические лазеры (М.: Наука, 1977).

22. Андерсон Дж. Газодинамические лазеры: введение (М.: Мир, 1979).

23. Ананьевский М. Г., Антропов Е.Т., Карпухин В. Г. и др. О возможности применения в металлургии газодинамического лазера с высокотемпературным регенеративным теплообменным нагревателем рабочего тела. ТВТ, 19, вып.2, с.391(1981).

24. Herzberg A., Christiansen W.H., Johnston Е.А., Ahstrom H.G., Photon Generators and Engines for Laser Power Transmission. AIAA Jornal, 10, № 4, p.394 (1972).

25. Великанов А. Г., Горшунов H. M., Князев И. С., Логунов Н. И,. Нещименко Ю. П, Сулаберидзе Г. А. Газодинамический С02 -лазер замкнутого цикла с газоразделительным устройством. Квантовая электроника, 7, № 4, с.764 (1980).

26. Волков А. Ю., Демин А. И., Епихин В. Н., Кудрявцев Е. М. О возможности повышения кпд газодинамических лазеров: гдл на сероуглероде. Квантовая электроника, 3, № 8, с. 1833 (1976).

27. Веденеев А. А., Волков А. Ю., Демин А. И., Логунов А. Н., Кудрявцев Е. М., Соболев Н. Н. Газодинамический лазер с тепловой накачкой на переходах между деформационной и симметрической модами С02. Письма в ЖТФ, 4, с.681 (1978).

28. Голубев В. С. Анализ моделей динамики глубокого проплавления материалов лазерным излучением. Препринт ИПЛИТ РАН, № 83, Шатура (1999).

29. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К., Пискунов А. К., О взаимодействии колебательно-возбужденных двухатомных молекул с трехатомными. Квантовая электроника, 3, с. 1733(1976).

30. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К., Пискунов А. К. Близкорезонансный V-V-обмен двухатомных молекул с комбинационными уровнями трехатомных. Квантовая электроника, 3, с. 1831(1976).

31. Волков А. Ю., Демин А. И., Епихин В. Н., Кудрявцев Е. М., Соболев Н.Н. Исследование CS2 -газодинамического лазера с целью повышения кпд и расширения частотного диапазона этого типа лазеров. Препринт ФИАН , № 147 (1976).

32. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К. Пискунов А. К. Газодинамический лазер на сероуглероде. Письма в ЖЭТФ, 23, №11, с.649(1976).

33. Stregack. J. A., Wexler В. L., Hart G. A. CW CO-CS2, CO-C2H2 and CO

34. N20 Energy-transfer Lasers. Appl. Phys. Letters, 28, № 3, p. 137 (1976).

35. Мирзоев Ф. X., Панченко В. Я., Шелепин Л. А. Лазерное управление процессами в твердом теле. УФН , 166, №1, с.1 (1996).

36. Рыкалин Н. Н., Углов А. А., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов (М.: Машиностроение, 1985).

37. Углов А. А. Состояние и перспективы лазерной технологии. ФХОМ, № 4, с.32 (1992).

38. Технологические лазеры. Справочник под редакцией Абильсиитова Г. А. (М.: Машиностроение, 1991).

39. Манкелевич Ю.А., Рахимов А.Т., Суетин Н.В. Моделирование процессов осаждения алмазных пленок в реакторе с активацией смеси разрядом постоянного тока. Физика плазмы, 21, №10, с. 921 (1995).

40. Watt W. S. Carbon Monoxide Gas Dynamic Laser. Appl. Phys. Letts., 18, p.487 (1971).

41. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К., Пискунов А. К. Экспериментальные исследования газодинамического лазера на смесях окиси углерода с инертным газом. Квантовая электроника, 2, с.120 (1975).

42. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К., Пискунов А. К. Газодинамический лазер на окиси углерода. Квантовая электроника, 1, с.183 (1974).

43. McKenzie R. L. Laser Power at 5 (xm From the Supersonic Expansion of Carbon Monoxide. Appl. Phys. Letts., 17, p.462 (1970).

44. McKenzie R. L. Diatomic Gasdynamic Lasers. Phys. Fluids, 15, p.2163 (1972).

45. Бирюков А. С. Кинетика физических процессов в газодинамических лазерах. Труды ФИАН, 83, с. 13 (1975).

46. High-energy Gasdynamic Laser. Laser Focus, 20, № 1, p.66 (1977).

47. Holmes C.P. HCl/H2 Gas Dynamic Laser Calculations. IEEE Journal of QE-11, p. 704(1975).

48. Naismith R., Cavalleri R., Taylor R.L., Teare J.D., Lewis P. Theoretical Performance of a V—> V Transfer Laser. IEEE Journal of QE-11, p. 716 (1975).

49. Stregack. J. A., Wexler B. L., Hart G. A. D2-C02 and D2-N20 Electric Discharge Gas-Dynamic Lasers. Appl. Phys. Letts., 27, № 12, (1975).

50. Ковалевский B.O., Лобачев В.В. Оценка влияния регулярных и стохастических фазовых структур на оптическое качество потока активной среды газодинамического лазера. Квантовая электроника, 31, №7, с.604(2001).

51. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов (М.: Наука, 1974).

52. Валуев В. В., Наумов В. Г., Саркаров Н.Э., Свотин В. Г. Режимы многомодовой генерации непрерывного СОг-лазера с неустойчивым резонатором при наличии фазовых неоднородностей. Квантовая электроника, 25, № 1, с. 16, (1998).

53. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных газодинамических явлений (М.: Наука, 1966).

54. Satton G.W. Effect of Turbulent Fluctuation in An Optically Active Fluid Medium. AIAA J., 9, p. 1737(1969).

55. Голубев В. С., Лебедев Ф. В. Физические основы технологических лазеров. Учебное пособие для ВУЗов (М.: Высшая школа, 1987).

56. Спицин Б.В., Дерягин Б.В. Способ наращивания граней алмаза. А.С. №339134 (СССР). Заявл. 10.07.1956. Опубл. БИ, №17, с.323 (1980).

57. Дерягин Б.В., Спицин Б.В., Алексеенко А.Е., Городецкий А.Е. Захаров А.П., Назаров Р.И. Структура пленок алмаза, полученных из газовой фазы при низких давлениях. Докл. АН СССР, 213, № 5, с. 1059 (1973).

58. Переверзев В.Г. Ральченко В.Г.,Смолин А.А.,Власов И.И.,Образцова

59. Е.Д.Донов В.И.,Метев С.,Оцеговски М., Зепольд Г. Синтез алмазных покрытий методом химического газофазного осаждения с помощью электродугового плазмотрона постоянного тока. Физика и химия обработки материалов, № 2, с.28 (1999).

60. Pereverzev V,G., Pozharov A.S., Konov V.I., Ralchenko V.G., Brecht H., Metev S. and Sepold G. Improved DC Arc-jet Diamond Deposition with a Secondary Downstream Discharge. Diamond and Related Material, 9, p.373 (2000).

61. Бреев В. В., Дмитерко Р. А., Елкин Н. Н., Мишечкин О. В., Напартович А. П., Родионов Н. Б., Шулаков В. Н. Методы коррекции выходного излучения проточных лазерных систем. Математическая конференция ФИАЭ, тезисы докладов, с.7 (1990).

62. Лосев С. А., Макаров В. Н., Павлов В. А., Шаталов О. П. Исследование процессов в газодинамическом лазере на ударной трубе большого диаметра. ФГВ, 9, № 4, с.463 (1973).

63. Рябинков Г.М. Экспериментальное исследование сверхзвуковых сопел. Уч. Записки ЦАГИ, 1, с. 34 (1970).

64. Glowacki W.J., Anderson J.D. A Computer Program for CO2-N2-H2O Gasdynamic Laser Gain and Maximum Available Power. NOLTR, 71-210, Naval Ordnance Lab., White Oak, Maryland, (1971).

65. Крошко B.H., Солоухин Р.И., Фомин H.A. Влияние состава и температуры среды на эффективность термического возбуждения инверсии смешением в сверхзвуковом потоке. ФГВ, 10, с.473 (1974).

66. Григорьянц. Основы лазерной обработки материалов (М.: Машиностроение, 1989).

67. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов (М.: Мир, 1986).

68. Krasyukov A. G., Kosyrev F. К., Naumov V. G., Shashkov V. М. Creation and Application of Mobile Laser Technological Complex. XII1.tern. Symp.on Gas and Chemical Laser. St. Peterburg, Russia (1998).

69. Красюков А. Г., Наумов В. Г., Шашков В. М. и др. Мобильный лазерный комплекс МЛТК-50 для дистанционной резки металлоконструкций. Химическое и нефтегазовое машиностроение, вып. 5, с.52(2001).

70. Косырев Ф. И., Косырева Н. П., Леонов А. П., Тимофеев В. А. Промышленная лазерная установка ЛТ1-2. Автоматическая сварка, № Юс. 51(1978).

71. Goodwin D.G. Simulations of High-rate Diamond Synthesis: Methyl as Growth Species. Appl. Phys. Lett. 59, p. 277 (1991).

72. Coltrin M.E., Dandy D.S. Analysis of Diamond Growth in Subatmospheric DC Plasma-gun Reactors. J. Appl. Phys. 74, p.5803(1993).

73. Реди Дж. Промышленные применения лазеров (М.: Мир, 1981).

74. Антонова Г. Ф., Гладуш Г. Г., Красюков А. Г., Косырев Ф. К., Саяпин В.П. Физические процессы при лазерной резке металлических конструкций, удаленных на большие расстояния. ТВТ, 37, с.865 (1999).

75. Веденов А. А., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов (М.: Энергоатомиздат, 1985).

76. Арутюнян Р. В., Баранов В. Ю., Болыпов Л. А., Малюта Д. Д., Себрант А. Ю. Воздействие лазерного излучения на материалы (М.: Наука, 1989).

77. ПирумовУ. Г., Росляков Г. С. Течения газа в соплах (М.: Моск. Ун-т, 1978).

78. Гольдштик М. А. Вихревые потоки (Новосибирск: Наука, 1981).

79. Белоцерковский О.М., Опарин A.M. Численный эксперимент в турбулентности от порядка к хаосу (М.: Наука, 2000).

80. Калюжный В.В., Лосев С.А. Газодинамические С02-обзор старых и новых достижений. Институт механики МГУ. Препринт № 48-99/Р (1999).

81. Прямое численное моделирование течений газа. Сборник статей под редакцией Белоцерковского О.М. Вычислительный центр АН СССР (1978).

82. Гисина Ф. А., Лайхтман Д. Л., Мельникова И. И., Палагин Э. Г., Подольская Э. Л., Радикевич В. М., Юргенсон А. П. Динамическая метеорология (М.: Гидрометеоиздат,1976).

83. Незлин М. В., Снежкин Е. Н. Вихри Россби и спиральные структуры (М.: Наука, 1990).

84. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения (М.: Наука, 1979).

85. Саттон Дж. У. Аэрооптика. Основы и применения. Аэрокосмическая техника. №5, с.64 (1986).

86. Конов В. И., Углов С. А. Синтез алмазных пленок с помощью лазерной плазмы. Письма в редакцию Квантовая электроника, 25. №4 с. 291(1998).

87. Блохинцев Д. И. Акустика неоднородно движущейся среды (М.: Наука, 1981).

88. Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. Н., Прокопов Г. П. Численное решение многомерных задач газовой динамики (М.: Наука, 1976).

89. Станюкович К. П. Неустановившиеся движения сплошной среды (М.: Наука, 1971).

90. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Исследование процессов в оптическом плазмотроне на основе численных расчетов. Квантовая электроника, 11, № 11, с. 2301,(1984).

91. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Горение непрерывного оптического разряда при повышенных давлениях. Квантовая электроника, 15, № 3, с. 551,(1988).

92. Гуськов К.Г. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. О наблюдаемой скоростимедленного движения оптического разряда. Квантовая электроника, 17, №7, с. 937,(1990).

93. Houtman С., Graves D. В., Jensen К. F. CVD in Stagnation Point Flow. J. of The electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, 133, № 5 p.961 (1986).

94. Ляхов В. H. Нестационарное взаимодействие ударной волны с затупленным телом в сверхзвуковом потоке. Изв. АН СССР. МЖГ, № 6, с. 70(1979).

95. Тугазаков Р. Я. Численное решение задачи о проникновении движущегося со сверхзвуковой скоростью тела в газ другой плотности. Уч. Записки ЦАГИ, 11, № 4, с. 15 (1980).

96. Цикулин М. А., Попов Е. Г. Излучательные свойства ударных волн в газах (М.: Наука, 1977).

97. Gion G.E. Plane Chock Interacting with Terminal Layer. Physics Fluids, 20, № 4, p. 700 (1977).

98. Дьяков С. П. Об устойчивости ударных волн. ЖЭТФ, 27, вып.3(9), с.288(1954).

99. Griffiths R. W.,Sandeman R.J., Hornung H.G. The Stability of Shock Waves in Ionizing and Dissociating Gases. J. Phys. D: Appl. Phys., 9, № 12, р.1681(1976).

100. Барышников А. С., Бедин А. П., Масленников В. Г., Мишин Г. И. О неустойчивости фронта головной ударной волны. Письма в ЖТФ, 5, №5,(1979).

101. Рязин А. П. Ионизационная неустойчивость ударной волны в ксеноне. Письма в ЖТФ, 6, №9, с. 516(1980).

102. Ющенкова Н. И. О механизме релаксационной неустойчивости в ударных волнах инертных газов. Письма в ЖТФ, 6, №21,(1980).

103. Бедин А. П., Мишин Г. И., Скворцов Г. Е. Аномальная релаксация при сверхзвуковом течении многоатомных газов. Письма в ЖТФ, 7,10,(1981).

104. Барышников А. С., Скворцов Г. Е. Неустойчивость ударных волн в релаксирующей среде. ЖТФ, 49, №11, с. 2483 (1979).

105. Мишин Г. И., Бедин А. П., Ющенкова Н. И., Скворцов Г. Е., Рязин А. П. Аномальная релаксация и неустойчивость ударных волн в газах. ЖТФ, 51, в.11, с.2315 (1981).

106. Кузнецов Е. А., Спектор М. Д., Фалькович Г. Е. Об устойчивости слабых ударных волн. Письма в ЖЭТФ, 30, в.6, с.328(1979).

107. Островская Г. В., Зайдель А. Н. Лазерная искра в газах. УФН, 111, вып. 4, с. 579 (1973).

108. Horton L. D., Gilgenbach R. М. Boundary Effects on the Dynamics of Channels Generated by Laser-initiated Discharges. Phys. Fluids, 25, № 10, p. 1702 (1982).

109. Буфетов И. А., Прохоров A. M., Федоров В. Б., Фомин В. К. Гидродинамическая релаксация облака горячего газа после лазерного пробоя в воздухе. ДАН СССР, 261, № 3, с. 586 (1981).

110. Кондрашов В. Н., Распопин А. Н., Рудницкий Ю. П. и др. Динамика развития длинной лазерной искры. В кн. Оптика атмосферы. Тр. ИЭМ, вып. 31 (105), с. 110 (М.: Гидрометеоиздат, 1983).

111. Кондрашов В. Н., Ситников С. Ф., Соколов В. И. Методика многокадровой интерферометрии длинной лазерной искры. Препринт ИАЭ, №3623/14 (1982).

112. Конов В.И. Оптический пробой газов вблизи поверхности твердых тел. 1982, М. (Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н., ФИАН им. П.Н. Лебедева).

113. Кестенбойм X. С., Росляков Г. С., Чудов Л. А. Точечный взрыв. Методы расчета (М.: Наука, 1974).

114. Островская Г. В., Победоносцева Н. А. Определение концентрации возбужденных атомов водорода в лазерной искре методомрезонансной интерферометрии. ЖТФ, 45, вып. 7, с. 1462 (1975).

115. Зайдель А. Н., Островская Г. В. Лазерные методы исследования плазмы (Л.: Наука, 1972).

116. Kroesen G. М. М., Schram D.C., de Haas J.C.M. Description of a Flowing Cascade Arc Plasma. Plasma Chem. And Plasma Proc., 10, p.531 (1990).

117. Gardil N. P. Single Wafer Processing in Stagnation Point Flow CVD Reactor: Prospects, Contraints and Reactor Design. J. Elekt. Material, 22, №2, p. 171 (1993).

118. Halstein W.L. Design and Modeling of Chemical Vapor Deposition Reactors. Proc. Crystal Growth and Charact, 24, p. 111 (1992).

119. Haaland P., Ibram S., Jiang H. Fluids Dynamics and Dust Growth in Plasma Enhenced Chemical Vapor Deposition. Appl. Phys. Let., 64, p. 1629 (1994).

120. Otorbaev D. K., van de Sanden M. С. M., Schram D. C. Heterogeneous and Homogeneous Hidrogen Kinetics in Plasma Chemistry. Plasma Sources Science and Technology, 4, № 2, p.293, (1995).

121. Beulens J. J., de Graaf M. J., Schram D. C. Axial Temperatures and Electron Densities in a Flowing Cascaded Arc: Model Versus Experiment. Plasma Sources Science and Technology, 2, p.180 (1993).

122. Matveev A. A., Silakov V. P. Nonequilibrium Kinetic Processes in Low Temperature Hidrogen Plasma. Preprint IOFAN, №8 (1994).

123. Grittsinin S. I., Kossyi I. A., Silakov V. P., Tarasova N. M. The Decay of the Plasma Produced by a Freely Localized Microwave Discharge. J. Phys. D: Appl.Phys., 29, p.1032, (1996).

124. De Graaf M. J. A New Hydrogen Particle Source. Ph. D. Thesis of Eindhoven University of Technology. The Netherlands (1994).

125. Jackson В., Persson M. A Quantum Mechanical Study of Recombinative Desorption of Atomic Hydrogen on Metal Surface. J.Chem. Phys. 96, p.2378, (1992).

126. Трощиев В.Е., Аполлонова О.В. Построение и исследование конечно-разностных и конечно-элементных схем для одномерных уравнений газовой динамики. Препринт ТРИНИТИ, №0059 (1999).

127. Трощиев В.Е. Шагалуев Р.Н. Проблема совмещения конечно-разностных и конечно-элементных схем в задачах газовой динамики с теплопроводностью. Математическое моделирование, № 2, с.З (2000).

128. Веденов А. А., Напартович А. П. Теория быстропроточного газового лазера. ТВТД2, №5, с.952(1974).

129. Алексеев К. П., Горшунов Н. М., Мясников А.Н., Нещименко Ю.П. Исследование смесительного D2-CO2 ГДЛ. Квантовая электроника, 11, №2, с.400 (1984).

130. Brunet Н., Marbu М. and Vincent P. Experimental and Theoretical Study of CW Dx-HCl Energy Transfer Laser. Laboratoires de Marcoussis, Center de Recherches de la C.G.E. Division Lasers, 91460 Marcoussis-France (1980).

131. Абильсиитов Г. А., Артамонов А. В., Велихов E. П., Егоров Ю. А., Кажидуб А. В., Лебедев В. Ф., Сидоренко Е. М., Сумерин В. В., Фролов В. М. Стационарный технологический С02-лазер мощностью 10 кВт. Квантовая электроника, 7, № 11, с. 2467(1980).

132. Онуфриев А. Т. Теория движения кольца под действием силы тяжести. Подъем облака атомного взрыва. ПМТФ, № 2, с. 3 (1967).

133. Дронов А. Н., Дъяков А. С., Кудрявцев Е. М., Соболев Н. Н. Газодинамический С02-лазер с истечением нагретой в ударной трубе рабочей смеси через щель. Письма в ЖЭТФ, 11, р.516 (1970).

134. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепии JI.A. Кинетические процессы в газах и молекулярных лазерах (М.: Наука, 1980).

135. Gerry Е. Т. The Gasdynamic Lasers. Laser Focus, 6, №12, p.27(1970).

136. Конюхов В. К., Матросов И. В., Прохоров А. М. Шалунов Д.Т., Широков Н.Н. Газодинамический квантовый генератор непрерывного действия на смеси углекислого газа, азота и воды. Письма в ЖЭТФ, 12, №10, с. 461 (1970).

137. Гавриков В. Ф., Дронов А. П., Орлов В. К., Черкасов Е.М О неравновесном течении в газодинамическом лазере. В сб. "Квантовая электроника" (М.: Сов. радио, №3, с.109 1973).

138. Гринь Ю. И., Поляков В. М., Тестов В. Г. Экспериментальное исследование газодинамического усиления лазерного излучения на смеси N20-N2-He. Письма в ЖЭТФ, 18, №4, с. 260 (1973).

139. Tulip J., Seguin Н. J. Gas Dynamic C02 Laser Pumped by Combustion of Hydrocarbons. J. Appl. Phys., 42, p.3393 (1971).

140. Генералов H. А., Козлов Г. И., Селезнева И. К. Расчет характеристик газодинамического лазера. ПМТФ, № 5, с.ЗЗ (1972).

141. Lee G., Gowen F.F., Hagen J.R. Gain and Power of C02 Gasdynamic Laser. AIAA J. 10, p.65 (1972).

142. Lee G. Quasi-one-dimensional Solution for the Power of C02 Gasdynamic Laser. Phys. Fluids, 17, p.644 (1974).

143. Пономаренко А. Г., Солоухин P. И., Тищенко В. Н. Оптимизация и предельные характеристики COj-лазеров. ПМТФ, № 5, с. 120 (1975).

144. Баранов В. Ю., Борисов В. М., Веденов А. А., Напартович А. Н., Стрельцов А. П. Однородность плазмы и релаксационные процессы в С02 -лазере с поперечным возбуждением. ЖТФ. 45, № 11, с.2343 (1975).

145. Cool Т. A. Power and Gain Characteristics of High Speed Flow Lasers. J. Appl. Phys., 40, p.3563 (1969).

146. Hoffman A. L., Vlases G. C. A Simplified Model for Predicting Gain, Saturation, and Pulse Length for Gasdynamic Laser. IEEE Journal of QE-8, p.46, (1972).

147. Абрамович Г. H. Прикладная газовая динамика (М.: Наука, 1976).

148. Borghi R., Carrega A. F., Charpenel М., Taran J. P. E. Supersonic Mixing Nozzle for Gas-dynamic Lasers. Appl. Phys. Letts., 22, p.661 (1973).

149. Корнюшин В. H., Солоухин Р. Н. Применение газодинамических течений в лазерной технике. ФГВ, 3, № 2, с. 163 (1972).

150. Burak L., Noter Y., Szoke A. Vibration-Vibration Energy Transfer in the v3 Mode of C02. IEEE Jornal of QE-9, p. 541 (1973).

151. Пеннер С. С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов (М.: ИЛ, 1963).

152. Волков А. Ю., Демин А. И., Логунов А. Н., Кудрявцев Е. М., Соболев Н.Н. Оптимизация СОг-А^-ДгО-газодинамического лазера. Препринт ФИАН, № 4 (1977).

153. Бирюков А. С., Волков А. Ю., Кудрявцев Е. М., Сериков Р. И. Анализ данных по вероятностям спонтанного излучения и сечениям ударного уширения линии перехода 00°1-10°0 молекулы СО2. Квантовая электроника, 3, с. 1748 (1976).

154. Kerber R.L., Cohen N., Emanuel G. DF-C02 Chemical Laser. IEEE Jornal of QE-9, p. 94(1973).

155. Simpson C. J. S. M., Chandler T. R. D.A. Shok Tube Study of Vibrational Relaxation in Pure C02 and Mixtures of C02 with Inert Gases. Nitrogen, Deuterium and Hydrogen. Proc. Roy. Soc., A 317, p. 265 (1970).

156. Simpson C. J. S. M., Simmie J. M. A Study of Vibrational-Rotational Energy Exchange in Shock Tube. Proc. Roy. Soc., A 325, p. 197 (1971).

157. Lukasik J., Ducuing J. Vibrational Relaxation of D2 in Range 400-50° K. Chem. Phys. Lett., 60, p. 203 (1974).

158. Buchwald M. I., Baner S. H. Vibrational Relaxation in C02 with Selected collision Partners. J. Phys. Chem., 76, № 22, p. 3108 (1972).

159. Stepenson J. C., Wood R. E., Moore С. B. Temperature Dependence Nearly Resonant V-V-energy Transfer in CO2 Mixtures J. Chem. Phys., 54, p. 3097(1971).

160. Stepenson J. C., Moore С. B. Temperature Dependence of Nearly Resonant Vibration-Vibration Energy Transfer in CO2 Mixtures. J. Chem. Phys., 56, p. 1295(1972).

161. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума (М.: Наука, 1967).

162. Allen D. С., Scragg Т. Simpson С. J. S. М. Low Temperature Fluorescence Studies of the Deactivation of the Bend-stretch Manifold of C02. Chem. Phys., 51, p.279 (1980).

163. Starr D. F., Hancock J. K. Vibrational Energy Transfer in C02-C0 Mixtures from 163 to 406 °K. J. Chem. Phys., 63, №11, p.4730 (1975).

164. Stepenson J. C., Moore С. B. Temperature Dependence of Nearly Resonant Vibration Vibration Energy Transfer in C02 Mixtures. J.Chem. Phys., 56, p. 1295 (1972).

165. Tsuchiya S., Inoue G., Takahashi Y. Vibrational Relaxation of C02(00°1) in H2 and D2 Below Room Temperature. J.Phys. Soc. Of Japan, 41, №6, p.2072 (1976).

166. Croshko V.N., Soloukhin R. I., Wolanski P. Population Inversion by Mixing in Shock Tube Flow. Opt. Commun., 6, №3, p. 275 (1972).

167. Bronfin B. R., Boedeker L. R., Cheyer G. R. Thermal Laser Excitation by Mixing in a Highly Convective Flow. Appl. Phys. Lett., 16, №5, p. 214 (1970).

168. Глушко В. H. Термодинамические свойства индивидуальных веществ (М.: Наука, 1978).

169. Щеглов В. А. Теоретическое исследование методов тепловоговозбуждения квантовых генераторов. 1969, М. (Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н., ФИАН им. П.Н. Лебедева).

170. Tanczos F. I. Vibrational Relaxation Times. J.Chem. Phys. 25, №1, p.440 (1956).

171. Бирюков А. С., Гордиец Б. Ф., Шелепин Л. А. О получении инверсной заселенности на колебательных уровнях многоатомных молекул. Молекулы N20, S02> COS, C2N2, HCN, H20. Препринт ФИАН №61 (1968).

172. Rich J. W., Tompson N. M., Treanor С. E. Daiber J.W. An Electrically Excited Gas-dynamic Carbon Monoxide Laser. Appl. Phys. Letts., 19, p.230 (1971).

173. Richman D. C. and Millikan R. C. Collizional Exchange of Vibrational Energy Between CO (V=l) and CS2: Evidence for Dominant Multiquantum Effects. J.Chem. Phys. 61, №10, p.4263 (1974).

174. Ораевский A.H., Пименов В.П., Щеглов В.А. Стационарная волна инверсии. Препринт ФИАН, №1 (1975).

175. Кап Т., Stregack J. A., Watt W. S. Electric-Discharge Gas-dynamic Laser. Appl. Phys. Letts., 20, №3, p. 137 (1972).

176. Herzfeld K. F. Deactivation of Vibration by Collision in C02. Dis. Farad Soc., №33, p.22 (1962).

177. Варгафтик H. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей (М.: Физматгиз, 1963).

178. Brunet Н., Marbu М. Electrical CO-mixing Gas-dynamic Laser. Appl.Phys. Letts., 21, №9, p. 432 (1972).

179. Lax P.D., Wendorff B. Systems of Conservation Laws. Comm. Pure Appl. Math., 13, p.217 (1960).

180. Дьяченко В.Ф. Об одном новом методе численного решения нестационарных задач газовой динамики с двумя пространственными переменными. Журнал вычислительной математики и математическойфизики, 5, №4, с.680 (1965).

181. Gibson D. К. The Cross Sections for Rotational Excitation of H2 and D2 by Low Energy Electrons. Australian J. Physics, 23, №5, p.683 (1970).

182. Гордиец Б. Ф., Мамедов Ш. С. О., Осипов А. И., Шелепин ji. А. О распределении колебательной энергии в газовых смесях. ТЭХ, 9, с.460 (1973).

183. Красков К. С., Тимошинин В. С., Данилова Т. Г., Хандожко С. В. Молекулярные постоянные неорганических соединений. Справочник (Л.: Химия, 1968).

184. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К. П. и Равделя А. А. (Л.: Химия, 1965).

185. Chen Н. L., Moore С. В. Vibration-Vibration Energy Transfer in Hydrogen Chloride. J. Chem. Phys., 54, p.4080 (1971).

186. Hopkins В., Chen H. L. Vibrational Relaxation of Hydrogen. J. Chem. Phys., 57, p.3161 (1972).

187. Covacs M. A., Mach M. E. Vibrational Relaxation Measurements Using "Transient" Stimulated Raman Scattering. Appl. Phys. Letts., 20, p.487 (1972).

188. Lukasik J., Ducuing J. Vibrational Relaxation of Deuterium at 300°K. J. Chem. Phys., 60, p.331 (1974).

189. Селезнева И. К. Газодинамический лазер на С02 с тепловой накачкой. 1972, М.(Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н., ИПМех АН СССР).

190. Горячев С. Б., Конкашбаева Р. С., Родионов Н. Б., Тихонов Б. А., Шарков В. Ф. Об особенностях применения методик для определения энергетических характеристик СОг-ТГДЛ. Препринт ИАЭ, №3691/1 (1982).

191. Baumann W., Blauer J. A., Selazky S. W. and Solomon W. C. Kinetic Model and Computer Simulation of Continuous Wave DF-C02 Chemical

192. Transfer Lasers. Appl. Optics, 13, p.2823 (1974).

193. Breshears W. D., Bird P. F. Densitimetric Measurement of the Vibrational Relaxation of HCl and DCl in Shock Waves. J. Chem. Phys., 50, p.333 (1969).

194. Emannel G. and Cohen N. Theoretical Performance of an HCl Chemical CW Laser. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer., 14, p.613 (1974).

195. Steele R. V., Moore Jr. С. B. V^T, R Energy Transfer in HCl and DCl -Rare Gas Mixtures. J. Chem. Phys., 60, p.2794 (1974).

196. Seery D. J. Vibrational Relaxation of HCl with Inert Gas Collision Partners. J. Chem. Phys., 58, p.1796 (1973).

197. Moore С. B. Vibrational Relaxation of Hydrogen Chloride by Chlorine Atoms and Chlorine Molecules. J. Phys. Chem., 75, p. 1622 (1971).

198. Kassmann D. E., Badgwell T. A. Analysis of Process Modifications for Efficient Diamond Chemical vapor Deposition. Diamond and Related Material, 5, p.895 (1996).

199. Smith J.A., Cameron E., Ashfold M.N.R., Mankelevich Y.A., Suetin N.V. On the Mechanism of CH3 Radical Formation in Hot Filament Activated CH4/H2 and C2H2/H2 Gas Mixtures. Diamond and Related Material, 10, p.358 (2001).

200. Mankelevich Y.A, Suetin N.V., Ashfold M.N.R., Smith J.A., Cameron E. Experimental Data VS. 3-D Model Calculations of HFCVD Processes: Correlations and Discrepancies. Diamond and Related Material, 10, p.364 (2001).

201. Smith D.K., Sevillano E., Besen M., Berkman V., Bourget L. Large Area Diamond Reactor Using a High Flow Velocity Microwave Plasma Jet. Diamond and Related Material, 1, p.814 (1992).

202. Кондратьев В. H. Константы скоростей газофазных реакций. Справочник (М.: Наука, 1970).

203. Treanor С. Е., Rich J.W., Rehm R.G. Vibrational Relaxation of

204. Anharmonic Oscillators with Exchange Dominated Collisions. J. Chem. Phys., 48, p.1798 (1968).

205. Гордиец Б. Ф., Осипов А. П., Ступоченко Е. В., Шелепин JI. А. Колебательная релаксация в газах и молекулярные лазеры. УФН, 108, вып.4, с.655 (1972).

206. Chen Н. L, Moore С. В. Vibration-Rotation Energy Transfer in Hydrogen Chloride. J. Chem. Phys., 54, p.4072 (1971).

207. Васильев Г. К., Ораевский А. Н., Тальрозе В. JI. Образование инверсного возбуждения в химических реакциях. Химия высоких энергий, 6, с.216 (1972).

208. Tompson D. L. J. Mechanisms for Hydrogen Halide Vibrational Relaxation. Chem. Phys., 57, p.2589 (1972).

209. Leone S. R., Moore С. B. Vibrational Relaxation in Hydrogen Chloride. Chem. Phys. Letts., 19, p.40 (1970).

210. Zittel P. F. J. Moore C.B., Vibrational Relaxation in HBr and HCl from 144° К to 584 °K. Chem. Phys., 59, p.6636 (1973).

211. Sharma R. D., Chen H. L. and Szoke A. Vibration-to-vibratim Energy Transfer in HCL and HBr. J. Chem. Phys., 58, p.3519 (1973).

212. Audibert M. M., Jofftin C. and Duelling J. Vibrational Relaxation of of H2 the Range 500-ь40°К. Chem. Phys. Letts., 25, p.158 (1974).

213. Kewly D. J. Numerical Study of Anharmonic Diatomic relaxation Rates in Shock waves and Nozzles. J.Phys. B: Atom. Mol. Physics, 8, №15, p.2565 (1975).

214. Ormonde S. Vibrational Relaxation Theories and Measurements. Reviews of Modern physics, 47, p.193 (1975).

215. Ступоченко E. В., Лосев С. А., Осипов А. П. Релаксационные процессы в ударных волнах (М.: Наука, 1965).

216. Bott J. F. Vibrational Energy Exchange Between H2(V=1) and D2, N2, HCl and C02, J. Chem. Phys., 65, p.3921 (1976).

217. Pirkle R. J., Cool T. A. Vibrational Energy Transfer for H^D2 and H^HCl Mixtures from 220 -И50°К. Chem. Phys.Letts., 42, p.58 (1976).

218. Капралова Г. А., Никитин E. E., Чайкина A. M. Неэмпирические расчеты вероятностей колебательных переходов в галоидоводородах. Кинетика и катализ, 10, вып. 5, с.974 (1969).

219. Елкин Н. Н., Напартович А. П. Прикладная оптика лазеров. (М.: ГК по использованию атомной энергии СССР, 1988).

220. Борн М., Вольф Э. Основы оптики (М.: Наука, 1973).

221. Бреев В. В., Мамзер А. Ф., Рогов В. С. Метод исследования характеристик быстропроточного С02 лазера с неустойчивым резонатором. Препринт ИАЭ, №2450 (1974).

222. Химические лазеры. Под редакцией Гросса Р. и Ботта Дж. (М.: Мир, 1980).

223. Лиханский В. В., Лобойко А. И., Антонова Г.Ф., Красюков А. Г., Саяпин В.П. Механизм создания отверстий в вертикально расположенных металлических пластинах непрерывным излучением С02-лазера. Квантовая электроника, 26, №2, с.139 (1999).

224. Рэди Д. Ж. Действие мощного лазерного излучения (М.: Мир, 1974).

225. Красюков А. Г., Наумов В.Г., Веденов А.А. В. и др. Исследование механизма резки металлов с помощью непрерывного и импульсно-периодического лазерного излучения. Отчет 10/НИР-4802 от 18.05.98. ГНЦ РФ ТРИНИТИ (1998).

226. Marcus S., Lowder J. Е., Mooney P. L. Large-spot Thermal Coupling of

227. C02 Laser Radiation to Metallic Surfaces. J. Appl. Phys., 47, p.2966(1976).

228. Дударев Ю. И., Казаков А. В., Максимов М. 3., Никоненко В.П. Приближенные соотношения для температуры в центре источника тепла, движущегося по поверхности тонкой пластины. Физика и химия обработки материалов, № 2, с.24 (1998).

229. Логунов А. Н., Щеглов В. А. Эффективный метод описания статистики поля излучения в резонаторе со случайной поперечно-неоднородной средой. Препринт ФИАН, № 199 (1989).

230. Роуч П. Дж. Вычислительная гидродинамика. Пер. с англ. (М.: Мир, 1980).

231. Пейре Р., Тейлор Т. Д. Вычислительные методы в задачах механики. Пер. с англ. (М.: Гидрометеоиздат, 1986).

232. Белоцерковский О. М. Численное моделирование в механике сплошных сред (М.: Наука, 1984).

233. Рожденственский Б. Л., Яненко И. И. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике (М.: Наука, 1968).

234. Yee Н. С., Warming R. F., Harten A. Implicit Total Variation Diminishing (TVD) Schemes for Steady-state Calculation. Journal of Computation Phisics, 57, №3, p.327 (1985).

235. Бреев В. В., Печенова О. И. Двумерные газодинамические явления в канале при импульсном выделении энергии. Препринт ИАЭ, №4022/12(1984).

236. MacCormak R. W. Effect of Viscozity in Hypervelocity Impact Cratering. AIAA Paper, p. 69 (1969).

237. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя (М.: ИЛ, 1956).

238. Поттер Д. Вычислительные методы в физике (М.: Мир, 1975).

239. Курант Р., Фридрихе К. О. Сверхзвуковое течение и ударные волны (М.: ИЛ, 1960).

240. Райхенбах Г. Ударные волны в газах. В кн. Физикабыстропротекающих процессов, 3 (М.: Мир, 1971).

241. Evans М. W., Harlow F. Н., Meixer В. D. Interaction of Shock or Rarefaction with a Bubble. Phys. Fluids, 5, p.651 (1962).

242. Goodwin D. G. Scaling Laws for Diamond Chemical-vapor Deposition. II. Atomic Hydrogen Transport. J. Appl. Phys., 74, № 11, p. 6895 (1993).

243. Gladush G. G., Samokhin A. A. About the Mass Transfer on a Plate Surface by Expanding Plasma Jet CVD. ESCAMPIG XI1. The Netherlands, (1994).

244. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. Кикоина И. К. (М.: Атомиздат, 1992).

245. Gielen J. W. А. М. Plasma Beam Deposition of Amorphous Hydrogenated Carbon. Ph. D. Thesis of Eindhoven University of Technology (1996).

246. ITER-FEAT Diagnostic Procurement Package 5.5PB Neutron Diagnostics. ANNEX 1: Technical Specification (2000).

247. Kaneko J., et al. Technical Feasibility Study on a Fusion Power Monitor Based on Activation of Water Flow. Rev. Sci. Istrum., 72, p.809 (2001).

248. Дейч M. E. Техническая газодинамика (M.: Госэнергоиздат, 1961).

249. Taylor G. Proc. R. Soc., A 223, p. 446 (1954).

250. Jackson В., Persson M. J. A Quantum Mechanical Study of Recombinative Desorption of Atomic Hydrogen on a Metal Surface. J. Chem. Phys., 96, №3, p.2378 (1992).

251. Gravitt J. C. Vibrational Relaxation in CS2. The J. of the Acoust.soc. of Am., 32, №5, p.560 (1960).

252. Hancock J. K., Starr D.F., Green W. M. Measurement of the Rate of Excitation and Deactivation of OCS(OOl), N20(001), CS2(001) and C2N2(00100) Using Laser Excited CO as a Pumping Source. J. Chem. Phys., 61, №8, p. 3017(1974).

253. Non-equlibrium electronic and vibrational kinetics in H2-N2 and H2 discharges, Plasma Sources Sci. Technol. 4, №2, p. 268 (1995).

254. Schwarts R. N., Slausky Z. I., Herzfeld K. F. J. Calculation of Vibrational Relaxation Time in Gases. J. Chem. Phys., 20, p. 1591 (1952).

255. Kuehn D. M., Monson D. J. Experiments with a C02 Gasdynamic Laser. Appl. Phys. Letters, 16, №1, p.48 (1970).

256. Коробейников В. П., Мельникова Н. С., Рязанов Е. В. Теория точечного взрыва (М.: Физматгиз, 1961).

257. Pallay B.G., Zovko С. Т. Fuels, Oxidizers and Gas Generators for Gas Dynamic Lasers. AIAA Paper, №73, p. 1233 (1973).

258. Антропов E. Т., Ефремов H. M., Карпухин В. Г. Газодинамический С02-лазер с высокотемпературным регенеративным теплообменным нагревателем рабочей смеси. Препринт ИВТАН, №5-39 (1979).

259. Данилычев В.А. , Керимов О.М. , Ковш И.Б. Молекулярные газовые лазеры высокого давления. Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника (М.: ВИНИТИ, 12,1977).

260. Rich J. W., Bergman R. С. and Lordi J. A. Electrically Excited, Supersonic Flow Carbon Monoxide Laser. AIAA J., 13, № 1, p.95 (1975).

261. Башкин А. С., Лобачев А. С., Федоров И. А. Анализ пространственных масштабов оптических неоднородностей в активных средах мощных проточных лазерных усилителей. Квантовая электроника, 7, № 2,с.173 (1997).

262. Бунгова Т. А., Лавров А. В., Новоселов А. Г., Пустогаров А. А., Шарков В.Ф. Экспериментальное и расчетное исследование удельных энергетических характеристик С02 -ГДЛ со смесительной сопловой решеткой. Квантовая электроника, 18, № 12,с.1412 (1991).

263. Препринт ИАЭ, №3320/7 (1980).

264. Баскаев П. Ю., Лавров А. В., Лобачев В. В. Особенности структуры фазовой неоднородности и неравновесности рабочей среды за сопловым аппаратом трехмерного расширения газодинамического лазера. Квантовая электроника, 25, с.507 (1998).

265. Мальков В. М. Аэрооптика потоков за сопловыми блоками проточных лазеров. ПМТФ, 37, № 6, с.26 (1996).

266. Башкин А. С., Борейшо А. С., Лобачев В. В., Мошков В. Л., Федоров И. А. Оптическая неоднородность активной среды непрерывных химических //F(DF)-лазеров. Квантовая электроника, 23, № 5, с.428 (1996).

267. Макаров В.Н., Лосев С.А. Газодинамические лазеры при невысоких начальных температурах. Письма в ЖТФ, 22, вып.З, с.78 (1996).

268. Григорьев П.Г., Степанов А.А., Щеглов В.А. Мощные индустриальные лазеры и современное состояние уровня развития лазерной технологии в автоматизированных отраслях промышленности за рубежом (обзор). Препринт ФИАН, № 186(1990).

269. Прохоров A.M. Использование мощных лазеров в промышленности и экологии, Международная конференция "Оптика лазеров". С. Петербург (1999).

270. Herzfeld К. F., Litivitz J. Absorption and Dispersion of Ultrasonic Waves. N.Y. Acad. Press (1959).

271. Krasnoperov L. N., Kalinovski I. J. Chu H. N. and Gutman D. Heterogeneous Reactions of H Atoms and CH3 Radicals with a Diamond Surface in the 300-1133 К Temperature Range. J. Chem. Phys. 97,№ 45, p. 11787(1993).

272. Ikeuchi S., Spitzer Jr.,L. Scattering of Shock Waves by a Spherical Cloud. Astrophys. J., 283, №2, p.825 (1984).

273. Gorse C., Capitelli M., Bacal M., Bretagne J. and Lagana A. Kinetics of H2in multicusp magnetic discharges. Chem. Phys. 117, p. 177(1987)