Разработка системы изотопного анализа UF6 и мониторинга HF в атмосфере на основе полупроводниковых приборов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Семенов, Владимир Михайлович

• Семенов, Владимир Михайлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Семенов, Владимир Михайлович

Содержание

Введение

1. Обзор публикаций, связанных с темой диссертационного исследования

1.1. Диодная лазерная спектроскопия и другие методы детектирования газообразных соединений

1.1.1. Методы регистрации газообразных соединений и газового анализа

1.1.2. Диодная лазерная спектроскопия и другие лазерно-оптические методы регистрации

1.1.3. Контур линии поглощения

1.2. Физико-химические свойства Ш7 и ЦБ6

1.2.1. Физико-химические свойства

1.2.2. Спектроскопические свойства ОТб

1.2.3. Физико-химические свойства газообразного Ш7

1.2.4. Спектроскопические свойства Ш7

1.3 Полупроводниковые источники и приемники излучения для спектроскопических применений

1.3.1. Современные перестраиваемые диодные лазеры

1.3.2. Квантово-каскадный лазер

1.3.3. Основные конструкции современных одночастотных диодных лазеров

1.3.4. Полупроводниковые приемники оптического излучения

Выводы к главе 1

2. Разработка ДЛ- и ККЛ-спектрометров и методика исследований

2.1 Предварительные исследования

2.1.1. Выбор спектрального диапазона для измерения степени обогащения UF6

2.1.2. Выбор спектрального диапазона для детектирования HF

2.1.3. Выбор полупроводниковых источников и приемников оптического излучения

2.2 Конструкция диодного лазерного спектрометра

2.2.1. Принципиальная блок-схема ДЛ спектрометра

2.2.1. Электронный блок управления и регистрации

2.2.2. Система подготовки и напуска газовых смесей

2.2.3. ДЛ спектрометр для регистрации HF

2.2.4. ККЛ спектрометр для определения степени обогащения UF6

2.3 Алгоритмы и особенности режимов работы спектрометров

2.3.1. Программа управления ДЛ спектрометром

2.3.2. Вычисление отклонения Алана

2.3.3. Сканирование частоты ДЛ

2.3.4. Линеаризация частотной шкалы

2.3.5. Получение спектра поглощения и алгоритм вычисления концентрации. Модуляционный режим

2.3.6. Аппроксимация экспериментального спектра линии поглощения модельным контуром

2.3.7. Система температурной стабилизации ДЛ

Выводы к главе 2

3. Исследования спектров гексафторида урана в области колебания Vj+v3 для определения изотопического состава UF6

3.1. Исследование перестроечных характеристик ККЛ

3

3.2. Спектры поглощения UF6

3.2.1. Регистрация спектров поглощения

3.2.2. Зависимость спектров от давления

3.2.3. Тонкая структура спектров

3.2.4. Спектры образцов различного изотоп-состава

3.3. Определение изотопного состава UF6

Выводы к главе 3

4. Локальный и дистанционный детекторы утечек HF и спектроскопические исследования контура линии 0-2 R(0) HF

4.1. Исследование спектральных характеристики ДЛ

4.1.1. Перестроечная характеристика ДЛ

4.1.2. Определение ширины линии генерации ДЛ

4.2. Исследование контура линии 2-0 R(0) HF

4.2.1. Спектры линии 2-0 R(0) HF, уширенной Ar, Кг, Хе, N2

4.2.2. Определение столкновительного сдвига линии

4.2.3. Определение столкновительного уширения линии

4.2.4. Определение столкновительного сужения линии

4.2.5. Исследование асимметрии контура линии

4.2.6. Анализ результатов исследования контура линии 2-0 R(0) HF

4.3. Дистанционное и локальное детектирование HF

4.3.1. Экспериментальная апробация прототипов устройств дистанционного и локального детектирования HF

4.3.2. Оценка минимальной обнаружимой концентрации (МОК)

Выводы к главе 4

Заключение

4

Список используемых сокращений Список цитируемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы изотопного анализа UF6 и мониторинга HF в атмосфере на основе полупроводниковых приборов»

Введение

В последние годы весьма актуальной становятся защита окружающей среды от загрязнений, связанных с масштабными авариями на крупных промышленных объектах, сопровождающимися выбросами (утечками) высокотоксичных соединений и аэрозолей [1]. В первую очередь речь идет о возможных последствиях аварийных ситуаций на производствах ядерного топливного цикла (ЯТЦ) [2], где наиболее опасным компонентом аварийного выброса является летучий гексафторид урана (ИР6), представляющий собой наиболее химически активное соединение из всех известных фторсодержащих соединений урана [3].

На рисунке 1 представлена упрощенная блок-схема ЯТЦ. Гексафторид урана является единственным газообразным соединением ЦР6 при н.у., что предопределяет его использование при разделении изотопов урана на обогатительных комбинатах (рисунок 1, стадия 4). Как следует из рисунка 1, аварийные выбросы возможны на стадиях 3,4 и 7.

Рис. 1. Упрощенная блок-схема ядерного топливного цикла

Выброс ЦР6 в атмосферу сопровождается его гидролизом [4]. с образованием нелетучего уранил фторида (ИОгРг) и газообразного

фтороводорода (Ш7). Химически агрессивные фториды, в особенности Ш7, присутствующие в выбросах перечисленных выше производств, опасны для всей земной флоры и фауны [5, 6]. Отравляющее действие Ш7 сильнее действия других кислотогенных газов (хлора, оксидов азота, диоксида серы, оксидов углерода и др.) до 3000 раз [7]. Известна также способность Ш7, в сочетании с другими поллютантами (например, БОг, СЬ, НС1 и др.) синергически резко усиливать токсическое влияние на древесные растения, при этом воздействие атмосферного загрязнения особенно опасно для хвойных лесов [5, 8]. Так, многие виды хвойных пород (сосна, ель, лиственница, кедр, пихта, можжевельник и др.) в сравнении с лиственными породами обладают на порядок меньшей устойчивостью к Ш7 [8].

Помимо объектов ЯТЦ, еще одним мощным источником эмиссии Ш7 в атмосферу являются химические, металлургические (например, алюминиевые) производства, а также объекты электронной, оптической промышленности и др. [9]. Поэтому задачи оперативного контроля выбросов фтористого водорода и других токсичных веществ [10] вблизи объектов перечисленных отраслей промышленности приобретают важную социальную значимость как необходимый аспект индикации среды обитания человека.

Между тем, очевидно, что существует потребность в чувствительных методах локального и дистанционного контроля Ш7 и других высокотоксичных соединений при проведении измерений в случае наличия высоких уровней ионизирующих излучений (например, в случае тяжелых техногенных аварий на объектах ЯТЦ) [11].

Кроме того, методы оперативного контроля концентрации Ш7 в атмосфере имеют все возрастающее значение для получения информации о несанкционированной МАГАТЭ деятельности с использованием делящихся материалов, а также противодействия различным проявлениям (в т.ч.

ядерным) террористической деятельности (см, например, глобальный план МАГАТЭ по противодействию ядерному терроризму1).

Здесь необходимо упомянуть еще об одной важной задаче обеспечения ядерной безопасности - определении изотопического состава Шб на объектах, находящихся под контролем МАГАТЭ с целью выявления несанкционированного обогащения урана [12]. На разделительных предприятиях и в исследовательских лабораториях эта задача успешно решается с помощью специализированных масс-спектрометров. Также известен метод определения изотопического состава ИР6 по его гамма-спектру. Однако в настоящее время отсутствует достаточной надежный метод, позволяющий производить измерения изотопического состава ЦГ6 в режиме реального времени с помощью малогабаритных мобильных приборов, что значительно осложняет контролирующую деятельность МАГАТЭ и приводит к необходимости транспортировки проб ИР6 в исследовательские лаборатории, тем самым существенно (до нескольких месяцев) увеличивая срок представления и анализа результатов.

Таким образом, задачи оперативного контроля содержания Ш7 и изотопического состава Шб являются важными практическими задачами обеспечения экологической и общественной безопасности.

В настоящее время одним из наиболее перспективных методов контроля атмосферы является диодная лазерная спектроскопия (ДЛС) [13]. Этот метод характеризуется дистанционностью (до нескольких километров), высокой концентрационной чувствительностью (доли ррЬУ), малыми массогабаритными характеристиками прибора и быстротой получения информации в реальном режиме времени (доли секунд), что особенно важно с точки зрения мониторинга атмосферы вблизи объектов ЯТЦ. Кроме того этот метод, может быть использован и для определения изотопического

1 http://www.iaea.org/ пе\У5сеп1ег^еаШге5/пис1еаг8есиг11у/1сггог1зт.Ь1ш1/

состава [12]. Таким образом, разработка высокочувствительных ОЭС на основе метода ДЛС имеет большую практическую ценность.

Достижение максимальной чувствительности в методе ДЛС возможно только с учетом анализа свойств всех компонентов ОЭС, а также исследуемой молекулы [14]. При этом во многих практических применениях, решающую роль играют используемые полупроводниковые лазеры и приемники оптического излучения. Это обстоятельство диктует требование междисциплинарного подхода к разработке ОЭС на основе метода ДЛС.

Настоящая работа посвящена созданию прототипов ОЭС на основе ДЛС для дистанционного и лоакального детектирования Ш7, а также определения изотопического состава ЦР6 на базе полупроводниковых РОС ДЛ, ККЛ и приемников оптического излучения. Особое внимание уделялось выбору полупроводниковых оптоэлектронных приборов на основе комплексного анализа их рабочих характеристик.

Цель диссертации состояла в разработке опытных образцов оптико-электронных систем (ОЭС) на основе метода ДЛС для дистанционного и лоакального детектирования Ш\ а также определения изотопического состава ЦГ6. Для достижения поставленной цели необходимо провести следующие экспериментальные и теортеические исследования:

1. Провести анализ современного состояния методов детектирования газообразных соединений в атмосфере, а также полупроводниковых лазеров и приемников оптического излучения. Определить основные пути повышения чувствительности разрабатываемых приборов.

2. На основе теоретического анализа выбрать оптимальные спектральные диапазоны для регистрации НР и иТ6. Для выбранных диапазонов установить оптимальные полупроводниковые лазеры и приемники оптического излучения.

3. Разработать единую программно-аппаратную платформу для построения ОЭС.

4. Провести экспериментальные исследования спектров и Ш7 в выбранных спектральных диапазонах с помощью разработанных ОЭС. Выявить характерные особенности этих спектров.

5. Провести лабораторные испытания разработанных прототипов и оценить их чувствительность.

Объекты и методы исследований.

В качестве объектов исследования были выбраны молекулы Ш7 и Ш^, которые, как было отмечено выше, являются наиболее токсичными соединениями на производствах ЯТЦ. Кроме того, особое внимание уделялось выбору полупроводниковых оптоэлектронных приборов на основе комплексного анализа их рабочих характеристик. Для решения поставленных задач:

• Проведено моделирование спектров поглощения Ш7 и ИР6, а также ряда атмосферных газов (Н20, СОг, СН4). На основании анализа полученных результатов, выбраны оптимальные области для регистрации Ш7 и измерения изотопического состава ИР6.

•Проведены комплексные исследования характеристик перестраиваемых одночастотных диодных лазеров (ДЛ) с распределенной обратной связью (РОС) ближнего ИК - диапазона, квантового каскадного лазера (ККЛ) среднего ИК - диапазона, а также полупроводниковых 1пСаАз-и СёН§Те-фотодетекторов. Экспериментально исследованы особенности частотной перестройки выбранных полупроводниковых лазеров.

• На основе метода ДЛС разработаны ОЭС, позволяющие производить прецизионную регистрацию спектров поглощения НР и ЦР6 в выбранных аналитических диапазонах. Проведены исследования характеристик разработанных ОЭС, определена их чувствительность.

• С помощью разработанной ОЭС исследованы спектры поглощения Цр6 в области максимума чисто колебательной полосы (С>-ветвь) составного

колебания У]+У3. Исследованы спектры образцов с различным содержанием

235 238 235

Шб. Изучена зависимость спектров ЦБ6 и ЦБб от давления.

• С помощью разработанной ОЭС экспериментально исследованы спектры поглощения НБ в выбранном аналитическом диапазоне в смесях с различными буферными газами (N2, Аг, Кг, Хе).

• Проведены испытания разработанных прототипов приборов для локального и дистанционного контроля концентрации НБ в условиях, максимально приближенных к условиям реальной атмосферы

Научная новизна работы

1. На основе ККЛ и Сс1Н§Те-фотодетекторов впервые разработана и опробована ОЭС для регистрации спектров ЦБ6 вблизи максимума (^-ветви составного колебания

2. Впервые экспериментально обнаружена тонкая структура спектров ЦБ6 в области С)-ветви составного колебания У/+Уз. Исследована зависимость изменения тонкой структуры от давления и изотопного состава ЦБ6.

3. Впервые разработана экспериментальная методика и продемонстрирована возможность определения изотопического состава ЦБ6 на основе измерений спектра поглощения вблизи коротковолнового края (2-ветви колебания У/+У5. Предложено использование тонкой структуры спектров для определения изотопического состава ЦГ6.

4. Впервые методом диодной лазерной спектроскопии получены контуры линии поглощения 0-2 11(0) НБ уширенной различными буферными газами (Аг, Хе, Кг, N2) в широком диапазоне давлений (5-750 мм рт. ст.).

5. Проведено сравнение полученных экспериментально форм контура линии 0-2 Щ0) НБ с различными теоретическими моделями (контур Фойгта, Раутиана-Собельмана, Галатри и зависящий от скорости контур Фойгта). Обнаружена и изучена аномальная асимметрия контура линии 0-2 Я(0) БСБ.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Проведены комплексные исследования характеристик перестраиваемых одночастотных РОС ДЛ ближнего ИК - диапазона и ККЛ среднего ИК - диапазона, а также полупроводниковых 1пОаАБ- и Сс1^Те-фотодетекторов.

2. Разработанные прототипы локального и дистанционного детекторов Ш7 с точки зрения быстродействия, стоимости и энергопотребления удовлетворяют промышленным требованиям, предъявляемым к контрольно-измерительной аппаратуре на объектах ЯТЦ, а с точки зрения чувствительности и возможности проведения дистанционных измерений превосходят мировые аналоги.

3. Разработанный прототип прибора и методика определения изотопического состава является уникальной с точки зрения быстродействия и массо-габаритных характеристик прибора и может быть использована в деятельности МАГАТЭ по предотвращению несанкционированных действий с ядерными материалами, в т. ч. с Ш^.

4. Создана единая программно-аппаратная платформа, которая может быть положена в основу аналогичных ОЭС, ориентированных на регистрацию других газообразных соединений. Эта платформа легко масштабируется на случай одновременного детектирования нескольких газов с помощью нескольких лазеров и фотоприемников.

5. Полученные значения спектроскопических параметров контуров линии 0-2 Я(0) Ш7 уточняют значения, представленные в спектроскопических базах данных (например, ШТ11А!чГ), что заметно повышает точность моделирования спектров Ш7 в ближнем ИК - диапазоне и снижает систематическую ошибку определения концентрации.

Обоснованность научных положений основывается на их практической реализации и проведенном комплексном анализе полученных результатов.

Достоверность полученных результатов подтверждается их внутренней непротиворечивостью и непротиворечивостью публикациям других авторов, а также сопоставлением экспериментальных данных с теоретическими расчетами.

Реализация результатов

На основе метода ДЛС разработаны прототипы приборов для локального и дистанционного контроля концентрации HF вблизи опасных энергетических и промышленных объектов, включая объекты ЯТЦ.

Результаты исследований в виде программных пакетов, инженерных моделей, технических решений, методик испытаний и др. используются в НИЦ «Курчатовский институт», ГНЦ РФ ТРИНИТИ.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и общероссийских конференциях: международная конференция Laser 0ptics-2012 (г. Санкт-Петербург, 2012), XVII международный симпозиум по молекулярной спектроскопии HighRus-2012 (г. Зеленогорск, 2012), XV международной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул» (г. Звенигород, 2012), международный научно-методический семинар «Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (г. Москва, 2012), IX международной конференции Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013, г. Москва, 2013), XI общероссийская Курчатовская молодежная научная школа (г. Москва, 2013), II международная научная интернет-конференция «На стыке наук. Физико-химическая серия» (г. Казань, 2014).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 7 печатных работах (из них 4 включены в перечень ВАК) и 6 тезисах конференций

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработана ОЭС локального и дистанционного детектирования утечек Ш7 на основе метода ДЛС, 1пОаАз РОС ДЛ ближнего ИК - диапазона и 1пОаАз-фотодетекторов с использованием линии первого обертона Ш7.

2. Впервые представлена ОЭС на основе метода ДЛС, ¡пОаАз/АЮаАБ ККЛ среднего ИК - диапазона и Сс1Н§Те-фотодетекторов и способы регистрации спектров ЦБ6 вблизи максимума С^-ветви составного колебания

3. На основе результатов исследования спектров иБ6 с различным

235

содержанием при различных давлениях и изучения обнаруженной

тонкой структуры спектров в области (^-ветви составного колебания vl+vЗ разработана методика определения изотопического состава гексафторида урана на основе анализа зарегистрированных спектров.

4. Впервые проведены прецизионные исследования контуров аналитической линии поглощения 0-2 Я(0) Ш7, уширенной различными буферными газами (Аг, Хе, Кг, N2), в широком диапазоне давлений (5-750 мм рт. ст.) с помощью разработанной ОЭС. Получены спектроскопические параметров контуров линии Ш7, которые уточняют современные спектроскопические базы данных.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, материал изложен на 203 страницах, иллюстрирован 64 рисунками, 14 таблицами, список цитируемых источников насчитывает 202 наименования.

В первой главе представлен обзор публикаций, охватывающий различные аспекты исследования, среди которых: анализ методов газового анализа и детектирования малых концентраций газообразных веществ, физико-химические свойства ЦР6 и Ш7, анализ современного состояния полупроводниковых лазеров и приемников оптического излучения.

Вторая глава посвящена разработке ОЭС на основе полупроводниковых лазеров и детекторов оптического излучения и рассматривает вопросы выбора оптимального спектрального диапазона регистрации Шб и Ш7, выбора типов полупроводниковых приборов, а также режимов их работы. Представлено подробное описание используемых программно-аппаратных методик, а также конструкций разработанных ОЭС.

В третьей главе представлены результаты исследований спектров поглощения в области максимума С^-ветви составного колебания у/+у3 с помощью разработанного прототипа спектрометра на базе ККЛ и СсШ^Те-фотодетектора. Экспериментально исследованы характеристики используемого ККЛ, а также рассматриваются различные методики определения изотопического состава Шб- Приведены предварительные результаты определения степени обогащения проб ЦГ6 с различным содержанием изотопомера Шб-

Четвертая глава посвящена локальному и дистанционному детектированию Ш7 с помощью разработанных прототипов спектрометров на базе диодных лазеров с распределенной обратной связью (РОС ДЛ) и 1пОаА8-фотодетекторов. Исследованы спектральные характеристики выбранных РОС ДЛ. Представлены результаты прецизионного изучения контура выбранной аналитической линии поглощения Ш7, оказывающего заметное влияние на точность определения концентрации Ш7 в атмосферном воздухе, а также результаты экспериментальной апробации разработанных прототипов дистанционного и локального НР-детектора в условиях реальной атмосферы.

1. Обзор публикаций, связанных с темой диссертационного исследования

Настоящий обзор разделен на три части, каждый из которых соответствует различным аспектам диссертационного исследования.

Первая часть (1.1) посвящена анализу методов регистрации газообразных соединений, в первую очередь лазерно-оптических методов. Во второй части (1.2) представлен проведенный анализ физико-химических свойств ЦБ6 и Ш7 и современного состояния спектроскопических исследований этих молекул в ближнем и среднем ИК - диапазонах. В третьей части (1.3) рассмотрено современное состояние полупроводниковых лазеров и приемников излучения.

1.1. Диодная лазерная спектроскопия и другие методы детектирования газообразных соединений

1.1.1. Методы регистрации газообразных соединений и газового анализа.

Детектирование малых составляющих газовой смеси с определением их концентрации, является актуальной практической задачей в области экологического [1, 15] и климатического мониторинга [16-18], общественной безопасности [19] и медицинской диагностики [20, 21]. Контроль содержания молекулярных примесей в газовых смесях является также необходимым требованием производства высокочистых химических соединений [22]. Большой интерес для фундаментальной и прикладной науки представляют исследования состава атмосфер планет солнечной системы [23, 24].

В то же время эта аналитическая задача является чрезвычайно сложной. Для ее решения на практике применяется большое число методов физико-химического анализа [20], из которых наиболее широкое распространение получили: газовая хроматография (ГХ); масс-спектрометрия (МС), в том числе МС совмещенная с газохроматографическим разделением

(МС-ГХ); методы, основанные на применении электрохимических сенсоров (ЭХС); спектрометрия ионной подвижности (СИП) [25]; люминесцентные (флуоресцентные) методы; спектроскопия комбинационного рассеяния (КРС) и ИК абсорбционная спектроскопия (ИКС). Последняя включает дисперсионную спектроскопию, ИК Фурье-спектроскопию (ИК ФС) и лазерную абсорбционную спектроскопию (ЛАС). Среди методов ЛАС наибольшую распространённость получили метод диодной лазерной спектроскопия (ДЛС) [14], лазерная оптико-акустическая спектроскопия (ЛОАС) а также интенсивно развивающаяся внутрирезонаторная лазерная спектроскопия (Cavity Ringdown Spectroscopy - CRDS) [26] Кроме того, весьма перспективными для регистрации сложных органических молекулярных соединений являются методы террагерцовой спектроскопии (ТГС) [13].

Наиболее важными техническими характеристиками методов газового анализа являются [20] концентрационная чувствительность, точность количественного анализа, селективность, требуемый для анализа объем газовой пробы, специфика отбора пробы, быстродействие метода. Немаловажным является также круг химических соединений, пригодных к анализу для данного метода, а также количество соединений.

Для выражения концентрационной чувствительности в газовом анализе обычно применяется величина концентрации в относительных единицах Сотн. Этими единицами являются ppm (parts per million) и ppb (parts per billion) [14], что соответствует количеству молекул регистрируемого вещества N на миллион (ppm, млн"1) или миллиард (ppb, млрд"1) молекул газовой смеси Ыобщ, содержащей регистрируемое вещество:

С»», \[ррт] или -^--109,[ppb]

^ общ ™ общ (1-1)

Рассмотрим перечисленные выше методы более подробно.

Метод ГХ анализа основан на разделении составных частей газовой пробы между подвижной (газовой) фазой и неподвижной (твердой или жидкой) фазой [27]. Разделение происходит в результате различий в летучести и растворимости (или адсорбируемости) компонентов газовой смеси. ГХ методы анализа имеют широкий класс регистрируемых веществ, который зависит от типа применяемых детекторов. Чувствительность ГХ

о

методов составляет 1-10 ррЬ. Селективность большинства методов ГХ достаточно низка. Время анализа составляет 20-30 с, однако проведение анализа требует достаточно длительной пробоподготовки. В ряде случаев в ходе пробоподготовки требуется предварительное превращение анализируемых вещества в их производные, что существенно снижает точность анализа [20]. Кроме того, во многих практических применениях наблюдается эффект памяти, также снижающий точность анализа.

МС методы основаны на разделении ионизированных молекул пробы вещества по отношению заряд/масса [27]. При этом для удаления мешающих анализу атмосферных соединений может быть использовано ГХ разделение (метод МС-ГХ) [20]. Обработка резульатов анализа позволяет идентифицировать большое число веществ, составляющих исходную пробу. Для МС характерна высокая чувствительность, для некоторых соединений находящаяся на уровне долей ррЬ. Для анализа достаточен небольшой объем -10 мл. Время анализа МС-ГХ достаточно велико (до нескольких минут). Существенным недостатоком МС-ГХ является громоздкое, дорогостоящее и сложное в эксплуатации оборудование.

В основе СИП [25] лежит разделение ионов анализируемого вещества по их подвижности в электростатическом поле. Метод позволяет регистрировать как легкие молекулы, так и достаточно тяжелые органические соединения. Время анализа методом СИП составляет 10-30 с. Несмотря на высокую концентрационную чувствительность (менее 1 ррЬ) [28] количественный анализ методом СИП затруднителен. Как и в случае

18

МС-ГХ возможно применение СИП совместно с ГХ-разделением. В настоящее время методы СИП являются доминирующими при обнаружении взрывчатых веществ.

Основным типом ЭХ сенсоров являются полупроводниковые ЭХ-сенсоры, использующие в своей работе изменение проводимости в результате гетерогенной химической реакции на поверхности полупроводника (в основном 8п02, ТЮ2, Ъп02, а также проводящие

полимерные материалы) [29]. Подобные сенсоры применяются для детектирования простых неорганических молекул [20,30]: О2, Н2, СО, 80х, Ж)х, НСМ, Н28, 1чГН3 и др [31]. Типичные характеристики ЭХ-сенсоров [20] следующие: диапазон рабочих концентраций 0.1-100 ррш, быстродействие 10-15 с, объем анализируемой пробы — 10-20 мл. Достоинствами полупроводниковых ЭХ-сенсоров является миниатюрность и низкая стоимость. Существенном недостатком - низкая селективность

Люминесцентные методы применяются при детектировании ряда соединений (в основном ЫНз, МЭХ, 802, Н28, Оз), для которых химическое взаимодействие с газообразным реагентом сопровождается УФ-хемилюминесценцией (ХЛ) [20]. Кроме того существует ряд методов, использующих люминесценцию УФ и видимого диапазона без участия газообразных реагентов [30, 32]. Чувствительность метода УФ-ХЛ находится на уровне единиц ррЬ при времени регистрации ~1 с и требуемом для анализа объеме 1-10 мл [20].

Методы ТГС представляют большой интерес [33], т.к. в терагерцовом (ТГц) диапазоне расположены линии поглощения как простых, так и сложных молекул, соответствующие вращательным переходам в молекулах, межмолекулярным взаимодействием и колебаниям межмолекулярных комплексов [34]. В настоящее время благодаря развитию методов получения полупроводниковых материалов появились возможности для создания источников (ККЛ, умножители частоты, фотопроводящие переключатели,

19

источники на основе оптической ректификации) и приемников (квантовые ямы, квантовые точки, сверхрешетки, болометры на горячих электронах, приемники на основе резонансного тунелирования, одноэлектронные транзисторы) ТГц-излучения [35, 36]. В настоящее время в литературе имеются данные о регистрации газообразных NO, NO2, NH3, OCS и др. с чувствительностью до 1 ppb [37] Продемонстрирована возможность дистанционного детектирования N20 [38]. Сложность применения ТГС для дистанционного детектирования обусловлена интенсивным поглощением ТГц-излучения атмосферными молекулами, в частности, молекулами атмосферной воды.

В основе метода КРС лежит обмен энергии зондирующей электромагнитной волны с колебательно-вращательными состояниями молекулы [39]. Интенсивность линий КР пропорциональна плотности (концентрации) рассеивающих молекул. Кроме того, в атмосфере присутствует естественный репер концентрации - атмосферный азот, который может являться метрологической постоянной. Поскольку сечение КР зависит от длины волны возбуждающего излучения как А4, на практике желательно использовать длины волн зондирующего излучения <300 нм.

29

Основной проблемой метода является малое сечение КР - процесса (~10" -

31 2

10" см /ср). Для увеличения чувствительности КРС возможно использования резонансного комбинационного рассеяния (выигрыш 103-104 раз) [40], а также поверхностно усиленного КРС (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS), в котором используется адсорбция молекул на поверхности нанокластеров металлов (выигрыш в 1012-10|4раз) [41].

Методы ИКС на сегодняшний день являются универсальными и наиболее широко и распространенными при определении состава газовой смеси и детектирования отдельных газообразных примесей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Семенов, Владимир Михайлович, 2014 год

Список цитируемых источников

I. Socolow R., Andrews C.,Berkhout F., Thomas V., Industrial ecology and global change, Cambridge: Cambridge University Press, 1994, p. 530.

2. Nabiev Sh.Sh., Ponomarev Yu.N. Spectroscopic and Chemical Aspects of the Emergency Emission Laser Control on Installations of Radiochemical Industry, Abstr. V-th Colloq. "Atmospheric Spectroscopy Applications". Rems, France, 1999.

3. Morss L.R., Edelstein N.M. , Fuger J., Katz J.J. The Chemistry of the Actinide and Trans-actinide Elements. Third edition, Dordrecht: Springer, 2008.

4. Химия актиноидов. В 3-х томах. Под ред. Дж. Каца., Г. Сиборга, J1. Морсса, Москва: Мир, 1991.

5. Guderian R. Air Pollution: Phytotoxicity of Acidic Gases and Its Significance in Air Pollution Control, Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 1977.

6. Weinstein L.H., Davison Al. Fluorides in the Environment: Effects on Plants and Animals, Cambridge: CABI Publ, 2004.

7. Weinstein L.H., Davison A.W. Native plant species suitable as bioindicators and biomonitors for airborne fluoride. Environ. Pollut, v. 125, № 1, pp. 3-11, 2003.

8. Rozhkov A.S., Mikhailova T.A. The Effects of Fluorine-Containing Emissions on Conifers, Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 1993.

9. Marshall V.C. Major Chemical Hazards, Chichester: Ellis Horwood Ltd., 1987.

10. Grigoriev G.Yu., Malyugin S.L., Nabiev Sh.Sh. et al. Laser-spectroscopic techniques for monitoring releases from nuclear fuel cycle objects, At. Energy., V.105, № 4, pp. 280-289, 2008.

II. Grigoriev G.Yu., Malyugin S.L., Nabiev Sh.Sh. et al., Remote detection of HF molecules in open atmosphere with the use of tunable diode lasers, Appl. Phys. B. , v. 101, pp. 683-688, 2010.

12. Berezin A.G., Malyugin S.L., Nadezhdinskii A.I. et. al. UF6 enrichment measurements using TDLS techniques, Spectrochim. Acta. Part A, V. 66, p. 796-802, 2007.

13. Sigrist M.W., Bartlome R, Marinov D., et al., Trace gas monitoring with infrared laser-based detection schemes, Appl. Phys. В., V. 90, № 2, pp. 289-300, 2008.

14. Наместников Д.Ю., Трехканальный детектро на основе РОС гетеролазеров InGaAs для мониторинга. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва: МЭИ(ТУ), 2007.

15. Grigoriev G.Yu., Nabiev Sh. Sh., Possibilities and perspectives of TDLS application in nuclear industry, Abstract of papers of 9th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, p.20, 2013.

16. Кузьмичев A.C., Семенов B.M. Первые результаты тестовых измерений парниковых газов с помощью спектрометра на основе диодных лазеров, Труды 55-й

научной конференции МФТИ. Аэрофизика и космические исследования. T.I, Москва-Долгопрудный-Жуковский, с. 118-119, 2012.

17. Nadezhdinskii A.I., Ponurovsky Ya.Ya, Kuzmichev A.S. et al. Preliminary results of an aircraft system based on near-IR diode lasers for continuous measurements of the concentration of methane, carbon dioxide, water and its isotopes, Applied Physics В, V. 109, № 3, pp. 505-510, 2012.

18. Chen H., Winderlich J.,Gerbig C., et al. High-accuracy continuous airborne measurements of greenhouse gases (co2 and ch4. using the cavity ring-down spectroscopy(CRDS) technique, Atmos.Meas.Tech., V.3, pp. 375-386, 2010.

19. Steinfield J.I., Wormhoudt J., Explisive detection: A challenge for physical chemistry, Annaul Review of Physical Chemistry, Y. 49, pp. 203-232, 1998.

20. Степанов E.B., Диодная лазерная спектроскопия и анализ молекул-биомаркеров, Москва: Физматлит, 2009.

21. Kottmann J., Rey J.M., Grob U., Sigrist M.W. Mid-infrared fiber-coupled photoacoustic sensor for biomedical applications. Sensors , V. 13, № 1, pp. 535-549, 2013.

22. Kotkov A.P. Results on application of VIH in technology of production of high purify volatile hydrides, Abstract of papers of 9th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, p. 19, 2013.

23. Sonnabend G., Sornig M., Krotz P. et al. Ultra high spectral resolution observations of planetary atmospheres using the Cologne tunable heterodyne infrared spectrometer, J. of Quant. Spectrosc. & Rad. Trans., V. 109, № 6, pp. 1016-1029, 2008.

24. Rodin A., Benderov O., Kl'imchuk A. et al. High resolution infrared heterodyne spectroscopy for space research and planetary astronomy, Abstract of papers of 9th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, p. 11, 2013.

25. Creaser C.S., Griffiths J.R. et al. Ion mobility spectrometry: part 1. Structural analysis by mobility measurment, Analyst, V. 129, pp. 984-994, 2004.

26. Nwaboh J.A., Desbois T. et al. Molecular laser spectroscopy as a tool for Gas analysis applications, International Journal of Spectroscopy, V. 110, pp. 1-12, 2011.

27. Байерман К., Определение следовых количеств органических веществ, Москва: Мир, 1987.

28. Hill Н.Н., Simpson G. Capabilities and Limitations of Ion Mobility Spectrometry for Field Screening Applications, Field Analytical chemistry and technology, V. 3, № 1, pp. 119134, 1997.

29. James D., Scott S.M., Ali Z. Chemical Sensors for Electronic Nose Systems, Micrchim. Acta, V. 149, pp. 1-17, 2005.

30. Stetter J. R., Penrose W. R., Yao S. Sensors, Chemical Sensors, Electrochemical Sensors, and ECS, Journal of The Electrochemical Society, V. 150, № 2, pp. 11-16, 2003.

31. Васильев А.А., Филиппов В.И., Терентьев А.А., Мориц В. Сенсоры на основе МДП структур со слоем твердого электролита, предназначенные для детектирования взрывоопасных и токсичных газов, Химические сенсоры серия Проблемы аналитической химии. Под ред. д.х.н. Ю.Г.Власова, Т. 14. Москва, Наука, с. 363 - 397 , 2011.

32. McDonagh С., Burke C.S., D. MacCraith B.D. Optical Chemical Sensors, Chemechal Review, V. 108, pp. 400-422, 2008.

33. Ren Y., Hovenier J.N., Higgins R. et al. Terahertz Heterodyne Spectrometer using a Quantum Cascade Laser, Appl. Phys. Lett., V. 97, p. 161105, 2010.

34. Вакс B.Jl., Набиев Ш.Ш., Собакинская E.A. и др. Терагерцовая спектроскопия как метод обнаружения и идентификации взрывчатых веществ: подходы, возможности, перспективы, Препринт ИАЭ, Москва: РНЦ Курчатовский институт, 2009.

35. Williams В., Teraherz quantum cascade lasers, Nature Photonics, vol. 1, pp. 517-525,

2007.

36. Korneev A., Finke M. 1, Maslennikov S. et al. Superconducting NbN terahertz detectors and infrared photon counters, Vestnik Novosibirsk State University, ser. Physics, V. 5, №4, pp. 68-72, 2010.

37. Gerecht E., Douglass K. O., Plusquellic D.F. Chirped-pulse terahertz spectroscopy for broadband trace gas sensing, Optics express, V. 19, № 9, pp. 8973-8984, 2011.

38. Shimizu N., Song H-J., Kado Y., et al., Gas Detection Using Terahertz Waves, NTT Tech. Rev, V. 7, № 3, pp. 1-6, 2009.

39. Набиев Ш.Ш. Дистанционные лазерно-оптические методы обнаружения и идентификации компонент ракетных топлив (КРТ). Москва: РНЦ Курчатовский институт, 2010.

40. Kneipp К., Moskovits М., Kneipp Н. Surface-Enhanced Raman Scattering: Physics and Applications. Berlin-Heidelberg, Springer: Springer, 2006, pp. 833-839.

41. Baker G.A., Moore D.S. Progress in plasmonic engineering of surface-enhanced Raman-scaterring substrates toward ultra trace analysis, Analyt. Bioanalyt. Chem., V. 382, № 8, pp. 1751-1770, 2005.

42. Рябов E.A. Лазерное разделение изотопов на основе ИК многофотонной диссоциации молекул. УФН, Т. 174, № 6, pp. 684-686, 2004.

43. Nasim Н., Jamil Y. Recent Advancements in Spectroscopy using Tunable Diode Lasers. Laser Phys. Lett., V. 10, p. 043001, 2013.

44. Tittel F.K., Lewicki R. Tunable mid-infrared laser absorption spectroscopy. Semiconductor Lasers: Fundamentals and Applications. Eds. A. Baranov; E. Tournie., Cambridge, Woodhead Publ. Ltd., pp. 579-630, 2013.

45. Чернин C.M. , Многоходовые системы в оптике и спектроскопии. Москва: Физматлит, 2010.

46. Schilt S., Thevenaz L. Wavelength modulation photoacoustic spectroscopy: Theoretical description and experimental results. Infrared Phys. Techn, V. 48, p. 154 -162, 2006.

47. Curl R. F., Capasso F., Tittel F.K. et. all., Quantum cascade lasers in chemical physics. Chem. Phys. Lett, V. 487, pp. 1-18, 2010.

48. Zahniser M. S., Nelson, D. D., McManus J.B. et. all.,Measurement of trace gas fl uxes using tunable diode laser spectroscopy. Phil.Trans.: Physical Sei. Eng ., V. 351, pp. 371382, 2011.

49. Hinkley E.D. High Resolution infrared spectroscopy with a tunable diode laser. Appl.Phys.Lett., V. 16, p. 351, 1970.

50. Надеждинский А.И., Анзин В.Б. ,Глушков M.B. и др., Краткие сообщения по физике (ФИАН). № 4, с. 18-21, 1978.

51. Бритов А.Д., Караваев С.М., Калюжная Г.А. и др., Опто-механическая промышленность, № 7, с. 13-19, 1978.

52. Веденеева Г.В., Засавицкий И.И., Колошников В.Г. и др., Письма ЖТФ, Т. 4, с. 927-935, 1978.

53. Sigrist M.W., Bartlome R, Marinov D., et al. Trace Gas Monitoring with Infra-Red Laser-Based Detection Schemes. Appl. Phys. В., V. 90, pp. 289-300, 2008.

54. Schilt S., Tittel F.K., Petrov K.P. Diode Laser Spectroscopic Monitoring of Trace Gases. Encyclopedia of Analytical Chemistry, New York, John Wiley, pp. 1-29, 2011.

55. Zeller W., Naehle L., Fuchs P. et al. DFB Lasers Between 760 nm and 16 (im for Sensing Applications, Sensors, V. 10, pp. 2492-2510, 2010.

56. Hugi A., Terazz R., Bonett Y. External cavity quantum cascade laser tunable from 7.6 to 11.4 цт, App. Phys. Lett., V. 95, p. 061103, 2009.

57. Rao G. N., Karpf A. External cavity tunable quantum cascade lasers and their applications to trace gas monitoring. App. Opt., V. 50, № 4, pp. A100-A115, 2011.

58. Tittel F.K., Richter D., Fried A. Mid-Infrared Laser Applications in Spectroscopy. Solid-State Mid-Infrared Laser Sources, Berlin Heidelberg, Springer, pp. 458-529, 2003,.

59. Cavity Ring-Down Spectroscopy: Techniques and Applications. Eds. by Berden G., Engeln R. Chichester: Wiley-Blackwell, 2009.

60. Harren F.J.M., Cotti G., Omens J., Hekkert S.L. Photoacoustic Spectroscopy in Trace Gas Monitoring. Encyclopedia of Analytical Chemistry., Chichester, John Wiley & Sons Ltd., 2000, p. 2203-2226.

61. Kosterev A.A., Dong L., Thomazy D., Tittel F.K. QEPAS for Chemical Analysis of Multi-Component Gas Mixtures. App. Phys. В., V. 101, pp. 649-659, 2010.

62. O'Keefe A., Scherer J.J., Paul J.B. cw Integrated cavity output spectroscopy. Chem. Phys. Lett., V. 307, pp. 343-349, 1999.

63. Dong L, Wright J., Tittel F.K. et. al. Compact QEPAS sensor for trace methane and ammonia detection in impure hydrogen. App. Phys. В , V. 107, p. 459-467, 2012.

64. Wysocki G., Weidmann G. Molecular dispersion spectroscopy for chemical sensing using chirped mid-infrared quantum cascade laser. Opt. Exp., V. 25, № 18, pp. 26123-26140, 2010.

65. Nikodem M., Wysocki G. Chirped Laser Dispersion Spectroscopy for Remote Open-Path Trace-Gas Sensing. Sensors, V. 12, pp. 16466-16481, 2012.

66. Analytical Techniques for Atmospheric Measurement. Ed. D.E. Heard. Blackwell Publishing Ltd. 2006. 510 p., 2006.

67. Детлаф A.A, Яворский Б.М., Лебедев A.K. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов, Москва: Оникс. Мир и образование, 2007.

68. Nadezhdinskii A. Baseline in TDLS: investigation and suppression. Abstracts of papers of 7th International conference on Tunable diode laser spectroscopy (TDLS-2009), Zermatt, Switzerland, p.75, 2009.

69. Rothman L.S., Gordon I.E., Babre A., et al. , The HITRAN 2012 molecular spectroscopic database. J. Quant. Spectr. Radiat. Trans., V. 130, № 1, pp. 4-50 ,2013.

70. Jacquinet-Husson N., Crepeau L., Armante R., et all, The 2009 edition of the GEISA spectroscopic database. J. Quant. Spectr. Radiat. Trans. V. 112, pp. 2395-2445., 2010.

71. Bernath P. Spectra of atoms and molecules. New York, Oxford: Oxford University Press, 1995.

72. Раутиан С.Г., Собельман И.И. Влияние столкновений на доплеровское уширение спектральных линий. Успехи физических наук, Т. 90, № 2, pp. 209-236, 1966.

73. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. 2 изд., Москва, Мир,

1977.

74. Надеждинский А.И., Понуроваский Я.Я., Спиридонов М.В. Прецизионные измерения контура линии методами диодной лазерной спектроскопии. Квантовая электроника,. Т. 29, № 1, pp. 78-82, 1999.

75. Nabiev Sh.Sh., Ivanov S.V., Ponurovskii Ya.Ya. Near IR TDLS Study of HF First Overtone Line Shape. Part II. Theoretical analysis. Atmos. Ocean. Opt., V. 2, № 25, pp. 118126, 2012.

76. Rautian S.G. Universal Asymptotic Profile of a Spectral Line under a Small Doppler Broadening.Optics and Spectroscopy, V. 90, № 1, pp. 30-40, 2001.

77. Ciurylo R., Pine A.S., Szudy J. A generalized speed-dependent line profile combining soft and hard partially correlated Dicke-narrowing collisions. J. Quant. Spectr. Radiat. Trans, V. 68, № 3, pp. 257-271,2001.

78. Ngo N.H. Lisak D.,Tran H. et al. An isolated line-shape model to go beyond the Voigt profile. J. Quant. Spect. and Rad. Tran.29, V. 29, pp. 89-100, 2013.

79. Hartmann J.-M., Boulet С., Robert D. Collisional Effects on Molecular Spectra: Laboratory experiments and models, consequences for application. Amsterdam, Boston: Elsevier Science, 2008.

80. Varghese P.L., Hanson R.K. Collisional narrowing effects on spectral line shapes measured at high resolution. Appl.Opt., V. 23, № 14, pp. 2376-2385, 1984.

81. Dicke R.H. The effect of collisions upon the Doppler width of spectral lines, Phys. Rev., V. 89, №2, p. 472, 1953.

82. Galatry L. Simultaneous effect of Doppler and foreign gas broadening on spectral lines. Phys. Rev., V. 122, № 4, pp. 1218-1223, 1961.

83. Nabiev Sh.Sh., Ivanov S.V., Ponurovskii Ya.Ya. Near IR TDLS Study of HF First Overtone Line Shape. Part I. Experimental results, Atm. Ocean. Opt., V.25, №10, pp.19-26, 2011.

84. Boone C.D., Walker K.A., Bernath P.F. Speed-dependent Voigt profile for water vapor in infrared remote sensing applications. J. Quant. Spectrosc. Rad. Transfer, V. 105, p. 525, 2007.

85. Berman R.P. Speed-dpendent collisional width and shift in spectral profiles, J. Quant. Spect. and Rad. Tran., V. 12, pp. 1331-1342, 1972.

86. Ward J., Cooper J., Smith E. W. Correlation effects in theory of combined Doppler and pressure broadening. 1. Classical theory. J. Quant. Spectr. Radiat. Trans. V.14, p.555, 1974.

87. Lisak D., Havey D.K., Hodges J.T. Spectroscopic line parameters of water vapor for rotation-vibration transitions near 7800 cm"1. Phys. Rev. A., V. 79, p. 052507, 2009.

88. Ciurylo R., Szudy J. Speed-dependent pressure broadening and shift in the soft collision approximation. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. V. 57, p. 41, 1997.

89. Humlicek J., Optimized computation of the Voigt and complex probability functions. J. Quant. Spect. and Rad. Transfer. V. 27, № 4, pp. 437-444, 1982.

90. Kuntz M. , A new implementation of Himlicek algorithm for calculation of the Voight profile function. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. V. 51, № 6, p. 819, 1997.

91. Ruyten W. Comments on "A new implementation of Himlicek algorithm for calculation of the Voight profile function" by M. Knutz, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, V. 86, p. 231,2004.

92. Wang J., Ehlers P., Silander I., et al. Speed-dependent Voigt dispersion line-shape function: applicable to techniques measuring dispersion signals. J. Opt. Soc. America B, V. 29, № 10, pp. 2971-2979, 2012.

93. Ngo N.H., Tran H., Hartmann J.-M. Efficient computation of some speed-dependent isolated line profiles. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, V. 129, pp. 199-203, 2013.

94. Boone C.D., Walker K.A., Bernath P.F. An efficient analytical approach for calculating linemixing in atmospheric remote sensing applications. J. of Quant. Spectrsc. and Radiat. Transfer, V. 112, pp. 980-989, 2011.

95. Rosenkranz P.W. Shape of the 5 mm oxygen band in the atmosphere, IEEE Trans. Antennas Propag., V.23, №4, p. 498-506, 1975.

96. Pereslavtseva A., Ponurovskii Ya., Broadening and shift of H2O lines near 1,392 цш. Abstract of papers of 9th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, p.58, 2013.

97. Nadezhdinskii A., Pereslavtseva A., Ponurovskii Ya., Semenov V. Doppler profile investigation. Abstract of papers of 9th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, p.56, 2013.

98. Набиев III.Ill, Иванов C.B., Понуровский Я.Я., Степанова M.A. Исследование формирования контуров линий поглощения HF в условиях сильных межмолекулярных взаимодействий. Препринт-ИАЭ. Москва, НИЦ Курчатовский институт, 2011.

99. Понуровский Я.Я. Прецизионные измерения контура спектральной линии методом диодной лазерной спектроскопии., Москва: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности лазерная физика. 1999.

100. Bartalini S., Borri S., Cancio P., et al. Observing the intrinsic linewidth of a quantum-cascade laser: beyond the Schawlow-Townes limit. Phys. Rev. Lett. , V. 104, pp. 083904-083908,2010.

101. Ohtu M.. Control and noise in semicondactor lasers. Semicond. Lasers and Optoelectronic IC's ed. by Y Suematsu, Tokyo, Omsha Publishing, 1984.

102. Жерин И.И., Амелина Г.Н. Химия тория, урана и пултония. Томск: Изд. ТПУ,

2010.

103. Набиев Ш.Ш., Пономарев Ю.Н. Спектрохимические аспекты дистанционного лазерного контроля аваринйных выбросов на объектах ядерного топливного цикла. Оптика атмосферны и океана, V. 11, № 12, р. 1274-1280, 1998.

104. Тананаев И.В., Николаев Н.С., Лукьянычев Ю.А. и др., Химия фтористых соединений актинидов. Москва: Изд-во АН СССР, с. 227, 1963.

105. Grigoriev G.Yu., Maluygin S.L., Nabiev Sh.Sh. et al. A study of the UF6 hydrolysis process in actual atmosphere using near- and medium IR range diode lasers. Abstr. of XV Intern. Symp. on High Resolution Molecular Spectroscopy, Tomsk, p. 75, 2006.

106. McDowell R.S., Asprey L.B., Paine R.T. Vibrational spectrum and force field of uranium hexafluoride. J. Chem. Phys., V. 61, № 9, pp. 3571-3580, 1974.

107. Yun-Guang Z., Xin-Wei Z. Calculations of the vibrational frequency and isotopic shift of UF6 and U2F6. Chin. Phys. В., V. 21, № 8, pp. 073301-1-073301-6, 2012.

108. Bron J., Wallace R. Vibrational Theory of Polyatomic Molecules. Fundamental Frequencies, Overtone and Combination Bands of 235UF6 and 238UF6. J. Chem. Soc., Faraday Trans., V. 74, №2, pp. 611-617, 1978.

109. Cox D.M., Elliott J. IR Spectroscopy of UF6, Spectroscop. Lett., V. 12, № 4, pp. 275-280, 1979.

110. Kim K.C., Reisfeld M.J. High-Resolution Infrared Spectroscopy Using a Temperature-Controlled Long-Path Absorption Cell: The v3 Band of Uranium Hexafluoride at 16 Mm. Appl. Spect., V. 39, № 6, pp. 1056-1062 ,1985.

111. Alridge J.P, Brock E.G., Flip H. et al. Measurement and analysis of the infrared-active stretching fundamental v3 of UF6, J. Chem. Phys. V. 83, № 1, pp. 34-48, 1985.

112. Baldacchini G., Fantoni R., Marchetti S. et al., Diode Laser Absorption of UF6 at Room Temperature around 16 p. Il Nuovo Cimento D., V. 8, № 2, pp. 203-210 , 1986.

113. Takami M., Oyama T., Watanabe T. et. al. Cold jet infrared absorption spectroscopy: The v3 Band of UF6. Jap. J. of Appl. Phys. V. 23, № 2, pp. 88-90, 1984.

114. Yato Y., Yamaguchi H., Measurement of v3 Q branch of 236UF6, J. Nucl. Sci. and Tech., V. 29, № 2, pp. 179-183, 1992.

115. Kim K.C., Person W.B. A Study Of The Absolute Infrared Intensity Of v3, absorption from vibrationally Excited molecules, and the vapor pressure of UFô. J. Chem. Phys. V. 74, pp. 171-178, 1981.

116. Баронов Г.С., Бритов А.Д., Караваев С.M. и др. ИК лазерная спектроскопия высокого разрешения переохлажденных. Квантовая электроника. Т. 8, № 7, pp. 1573-1576, 1981.

117. Qinghua Z., Jian Z., Ninanle W. et al. Absorption spectra of 3v3 overtone bands of UF6. Tsinghua sci. and Tech. V. 1, № 3, pp. 237-241, 1996.

118. Schultz A., Marowsky G. CARS Spectroscopy of SF6 and UF6. Appl. Phys. В, V. 29, pp. 255-262, 1982.

119. Lacuna G.A., Kim K.C. et al. The 3v3 overtone band in UFô- Chem. Phys. Lett., V. 75, №2, pp. 357-359, 1980.

120. Gaunt J. The infra-red spectra and molecular structure of some group 6 hexafluorides. J. Chem. Soc., Faraday Trans. V. 49, pp. 1122-1131 , 1953.

121. Запольская M.A., Зенкевич Н.Г., Комарова Е.Г. Физико-химические свойства фтористого водорода. Москва: Наука, с. 198, 1977.

122. Лидин Р. А., Молочко В. А. Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических ве-ществ. Под ред. Р.А. Лидина. 5-е изд. Москва: Колосс, с. 486, 2006.

123. Хобза П., Заградник Р. Межмолекулярные комплексы. Москва: Мир, с. 376,

1989.

124. Wiberg Е., Wiberg N., Holleman A.F. Inorganic chemistry. New York: Academic Press, 2001, p. 1884.

125. Mackor E.L., Maclean C., Hilbers C.W. NMR of hydrogen fluoride in the gas phase. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. V. 87, № 6, pp. 655-672, 1968.

126. Kuipers G.A. The spectrum of monomeric hydrogen fluoride: Line shapes, intensities, and breadths. J. Mol. Spectr. V. 2, № 1-6, pp. 75-98, 1958.

127. Grigorenko B.L., Nemukhin A.V., Apkarian V.A. Hydrogen bonding described through diatomics-in-ionic-systems: The HF dimer. J. Chem. Phys. V. 108, № 111, pp. 44134425, 1998.

128. Немухин A.B. Димер фторида водорода. Строение простейшего комплекса с водородной связью. СОЖ, № 7, pp. 65-69, 1997.

129. Yukhnevich, G.V., Tarakanova E.G., Nemukhin A.V. Stretching vibrations and structure of (HFn (n = 4-8) clusters. Rus. Chem. Bull, V. 46, № 3, pp. 414-422, 1997.

130. Зверева H.A., Набиев Ш.Ш., Пономарев Ю.Н. Устойчивые конфигурации комплексов (HF)n(H20)m в атмосфере и их колебательные частоты. Тез. докл. VI Междунар. симп. Оптика атмосферы и океана, Томск, с 121, 1999.

131. Зверева Н.А., Набиев Ш.Ш., Надеждинский А.И. и др. ИК-спектры фтористого водорода и его ассоциатов с водой в условиях реальной атмосферы. Оптика атмосферы и океана Т. 14, № 12, pp. 1099-1102, 2001.

132. Зверева Н.А., Набиев Ш.Ш., Пономарев Ю.Н., Суханов Л.П. Структурно-нежесткие молекулярные комплексы (HF)n(H20)m (n+m>=2). и их спектроскопические особенности. Известия АН. Серия химическая физика, № 1, pp. 43-51, 2003.

133. Thomas R.K. Hydrogen Bonding in the Vapour Phase Between Water and Hydrogen Fluoride: the Infrared Spectrum of the 1:1 Complex. Proc. Roy. Soc. Lond. Pt. A., V. 344, pp. 579-592, 1975.

134. Chaban G. M., Gerber R.B. Ab initio calculations of anharmonic vibrational spectroscopy for hydrogen fluoride (HF)n (n=3, 4) and mixed hydrogen fluoride water (HF)n(H20)H (n=l, 2, 4) clusters. Spectrochimica Acta Pt. A, V. 58, p. 887-898, 2002.

135. Зверева H.A., Набиев Ш.Ш., Пономарев Ю.Н., Структура и свойства молекулярных комплексов воды с малыми газовыми составляющими атмосферы., Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, с. 140, 2003.

136. Luckhaus D., Quack М., Schmitt U., et al., On FTIR Spectroscopy in Asynchronously Pulsed Supersonic Free Jet Expansions and on the Interpretation of Stretching Spectra of HF Clusters. Ber. Bunsenges. Phys. Chem., V. 51, № 3, c. 457-468, 1995.

137. Suhm M.A., Farrell J., Mcllroy J.T., et al. High resolution 1.3 цт overtone spectroscopy of HF dimer in a slit jet: Ka=0<— 0 and Ka=l<—0 subbands of vacc=2<—0. J. Chem. Phys., V. 97, p. 5341, 1992.

138. Scucerria G. E., Schaefer H.F. Vibrational frequencies and geometries for the open HF trimer. Chemi. Phys. V. 107, pp. 33-38, 1986.

139. Andrews L. , Souter P.F. HF stretching-bending combination bands for small complexes in solid argon. J. Chem. Phys., V. 111, p. 5995, 1999.

140. Басов H. Г., Прохоров A. M. О возможных методах получения активных молекул для молекулярного генератора. ЖЭТФ, Т. 28, с. 249-250, 1955.

141. Басов Н.Г., Прохоров A.M. Молекулярный генератор и усилитель. УФН, Т. 57, № 3, с. 485, 1955.

142. Gordon J., Zeiger Н., Townes Ch. The Maser-New Type of Microwave Amplifier, Frequency Standard and Spectrometer. Phys. Rev., V. 99, p. 1264, 1955.

143. Hall R. H., Fenner G. E., Kingsley J. D. Coherent light emission from GaAs junction. Phys. Rev. Lett., V. 1962, pp. 366-378, 1962.

144. Алферов Ж.И., Андреев B.M., Корольков В.И. и др. Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах с гетеропереходами в системе. ФТП, Т. 2, с. 1545-1549, 1968.

145. Alferov Zh., Khalfin V., Kazarinov R. A characteristic feature of injection into heterojunctions. Fiz.Tverd.Tela, V. 9, pp. 3102-3105, 1966.

146. Алферов Ж.И. , Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии. Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2000 г. Усп. физ. наук, Т. 172, с. 68, 2002.

147. Розеншер Э., Винер Б. Оптоэлектроника. Москва: Техносфера, 2006.

148. Dingle R., Henry С. Н. Quantum Effects in Heterostructure Lasers. U.S. Patent #3.982.207, sept. 21, 1976.

149. Nakamura Sh., Senoh M., Nagahama S., et. al., InGaN-Based Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diodes, Jpn. J. Appl. Phys., V. 35, pp. 74-76, 1996.

150. Kapon E. Quantum wire lasers. Proc. of IEEE, V. 80, № 3, pp. 398 - 410, 199.

151. Ustinov V.M., Zhukov A.E., Egorov A.Yu., Maleev N.A. Quantum Dot Lasers. Oxford: Oxford univ. press, 2003.

152. Numai T. Fundamentals of Semiconductor Lasers. New York: Springer- Verlag,

2004.

153. Nadezhdinskii A. Diode laser frequency tuning. Spectrochimica Acta Pt. A, V. 52, pp. 959-965, 1996.

154. Duarte F. Tunable laser optics. Amsterdam-Boston Heidelberg-London, Elseveir Acad. Press., 2003.

155. Hugi A., Maulini R., Faist J. External cavity quantum cascade laser. Semicond. Sci. Technol., V. 25, pp. 83001-83015, 2010.

156. Berger J.D., Zhang Y., Grade J.D. et. al. Optical Fiber Communication Conference and International Conference on Quantum Information. Widely tunable external cavity diode laser using a MEMS electrostatic rotary actuator. Copper Mountain, CO, USA , 2001.

157. Huang M.C.Y., Zhou Y, Chang-Hasnain J.C. A nanoelectromechanical tunable laser. Nature photonics. V. 2, pp. 180-184, 2008.

158. Schawlow A.L. , Townes C.H. Infrared masers. Phys. Rev., V. 112, № 6, p. 1940,

1958.

159. Welford D., Mooradian A. Ouput power and temperature dependence of the linewidth of single-frequency CW GaAlAs diodes lasers. Applied Phys. Lett., V. 41, № 10, pp. 865-867, 1982.

160. Henry C.H. Theory of the linewidth of semiconductor lasers. IEEE Journal of Quantum Electronics. V. 18, № 2, pp. 259-264, 1982.

161. Pecharroman-Galle R. Quantum Cascade Lasers: Review, Applications and Prospective Development. Lasers in Engineering, V. 24, № 5/6, pp. 277-314, 2013.

162. Засавицкий И.И., Рекордные характеристики квантовых каскадных лазеров, Тез докл. Всероссийский семинар по диодной лазерной спектроскопии №18 ДЛС-18., Москва, 31 октября, с. 4, 2012.

163. Bismuto A., Riedi S, Hinkov В., et al., Sb-free quantum cascade lasers in the jam spectral range. Semicond. Sci. Technol. V. 27, pp. 1-7, 2012.

164. Huang W., Chiu Y., Zhang L.J. et. al. Long-wavelength (12- 16 цт. and cascaded transition quantum cascade lasers, Proc. of SPIE. Novel In-Plane Semiconductor Lasers XII, ed.by Belyanin A.A., SmowtonP.M., V. 8640, pp. 1-15, 2013.

165. Казаринов P. Ф., Сурис P.А. О возможности усиления электромагнитных волн в полупроводниках со сверхрешеткой. ФТП. Т. 5, № 4, с. 797-800, 1971.

166. Faist J., Capasso F., Sivco D.L. et al. Quantum cascade lasers. Science, V. 264, pp. 553-559, 1994.

167. Mann Ch., Yang Q. K, Fuchs F. et. al. Quantum Cascade Lasers for the Mid-infrared Spectral Range: Devices and Applications. Adv. in Solid St. Phys., V. 43, pp. 351-368, 2003.

168. Huang W., Chiu Y., Charles W., Gmachl C. Ridge-width dependence of the threshold of long wavelength (к ~14 цт. quantum cascade lasers with sloped and vertical sidewalls. Opt. Exp., V. 20, № 3, pp. 2539-2547, 2012.

169. Lyakh A., Maulini R. Tapered 4.7 цт quantum cascade lasers with highly strained active region composition delivering over 4.5 watts of continuous wave optical power. Opt. Exp., V. 20, № 4, pp. 4382-4388, 2012.

170. Fujita K., Yamanishi M., Furuta S. et. al. Extremely temperature-insensitive continuous-wave quantum cascade. Appl. Phys. Lett. V. 101, p. 181111, 2012.

171. Засавицкий И.И., Пашкеев Д.А., Мармалюк A.A. и др. Квантовый каскадный лазер А,=8 мкм, получаемый методом МОС-гидридной эпитаксии. Квантовая электроника, т. 40, №2, pp. 95-97, 2010.

172. Smith F. G., King Т.A., Wilkins D. Optics and photonics: an introduction.Chichester England; Hoboken New Jersey: J. Wiley, 2007.

173. Ghafouri-Shiraz H. Distributed Feedback Laser Diodes and Optical Tunable Filters. Chicheste, England: John Wiley & Sons, 2003.

174. Lee B.G., Belkim M.A., Capasso F., et al. DFB Quantum Cascade Laser Arrays, IEEE J. of Quant. Electron. V. 45, № 5, pp. 554-564, 2009.

175. Boylan К., Weldon V., McDonald D. Sampled grating DBR laser as a spectroscopic source in multigas detection at 1.52-1.57 pm. IEE Proc.-Optoelectron., V. 148, № 1, pp. 19-24, 2001.

176. Yanson D.A., Rafailov E.U., Sokolovskii G.S. et al. Self-focused distributed Bragg reflector laser diodes. J. Appl. Phys. V. 95, p. 1502, 2004.

177. Дураев В.П., Неделин E.V., Недобывайло М.П. и др. Одночастотный полупроводниковый лазер на X = 1,06 мкм с распределенным брэгговским зеркалом в волоконном световоде. Квантовая электроника, т. 25, № 40, pp. 301-302, 1998.

178. Larsson A. Advances in VCSELs for Communication and Sensing. IEEE J. of sei. top. in Quant, electron., V. 17, № 6, pp. 1552-1567, 2011.

179. Böhm G., Bachmann A., Rosskopf J. et al. Comparison of InP-and GaSb-based VCSELs emitting at 2.3 pm suitable for carbon monoxide detection. J. of Cryst. Growth, V. 323, pp. 442-445,2011.

180. Gründl Т., Zogal К., Debernardi P. et al. Continuously Tunable, Polarization Stable SWG MEMS VCSELs at 1.55 pm. Phot. Techn. Lett. IEEE , V. 25, № 9, pp. 841 - 843 , 2013.

181. Gier С., Gruendl Т., Debernard P., et al. Surface micromachined tunable 1.55 pm-VCSEL with 102 nm continuous single-mode tuning.Opt. Exprs., V. 19, № 18, pp. 17336-17343, 2011.

182. Курбатов JI.H. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. Москва: Физматкнига, 2013.

183. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Москва: Мир, 1988.

184. Dhar N.K., Dat R., Sood A.K. Advances in Infrared Detector Array Technology in "Optoelectronics - Advanced Materials and Devices.Ed. by Pyshkin S.L. and Ballato J.M.". Rijeka, Croatia, InTech, 2013, pp. 149-190.

185. Tittel F.K., Wysocki G., Lewicki R. et al. Quantum cascade laser absorption spectroscopy ofUF6 at 7.74 pm for analytical uranium enrichment measurements. Proc. of SPIE: Quantum Sensing and Nanophotonic Devices VII, V. 7608, pp. 1-7, 2010.

186. ГОСТ 12.1.005-88.Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Москва: ИПК издательство стандартов, 1988.

187. Pine A.S., Looney J.P., N2 and air broadening in the fundamental bands of HF and HCl. J. Mol Spect. V. 122, № 1, pp. 41-55, 1987.

188. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е издание. Т.2., Москва: ДМК пресс, 2007.

189. Nabiev Sh.Sh. Raman study of molecular dynamics of inorganic fluoruoxydizers in nonaqueous solutions. Part 4. Xenon tetrafluoride and xenon hexafluoride in hydrogen fluoride. Spectrochim. Acta. Part A., V. 56, pp. 1589-1611, 2000.

190. Nabiev Sh.Sh., Klimov V.D. Infrared spectroscopy of fluoride molecules in noble gas solutions. Molecular Physics, V. 81, № 2, pp. 395-408, 1994.

191. Allan D. Statistics of Atomic Frequency Standard. Proc.IEEE. V. 54, № 2, pp. 221231, 1966.

192. Werle P., Muecke R., Slemr F. The limits of signal averaging in atmospheric trace gas monitoring by tunable diode-laser absorption spectroscopy. Appl. Phys. В. V. 57, pp. 131139,1993.

193. Заславский В.Я., Надеждинский А.И., Понуровский Я.Я., Чернин С.М. , Измерение концентрации формальдегида Н2СО в воздухе с помощью диодных лазеров с вертикальным резонатором. Квантовая электроника, т. 41, № 1, с. 81-85, 2011.

194. Nocedal J., Wright S. Numerical Optimization. 2d ed. New York: Springer, 2006.

195. Nadezhdinskii A.I., Ponurovskii Ya.Ya., Semenov V.M. Spectral line fitting for high accurate experimental data. Abstract of papers of 9th international conference on tunable diode laser spectroscopy (TDLS-2013), Moscow, June 17-21, p.39, 2013.

196. Косичкин Ю. В., Кузнецов А.И., Надеждинский А.И. и др. Повышение точности спектрометра высокого разрешения на основе диодных лазеров методом стабилизации циклов сканирования по реперной линии. Квантовая электроника, т. 9, № 4, pp. 822-825, 1982.

197. Chou S.I., Baer D.S., Hanson R.K. Diode-Laser Measurements of He-, Ar-, and N2-Broadened HF Lineshapes in the First Overtone Band. J. Molec. Spectrosc., V. 195, № 1, pp. 7076,1999.

198. Guelachvili G., Smith M.A.H. Measurments of pressure-induced shifts in the 1-0 and 2-0 bands of HF and in th 2-0 bands of H35C1 and H37C1. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. V. 20, pp. 35-47, 1978.

199. Wiggins T.A., Griffen C., Anlin E. M., Erstetter D.L. Broadening and Shifting of HF Lines due to Noble Gases. J. Molec. Spectrosc. V. 36, pp. 77-83, 1970.

200. Chou S.I., Baer D.S., Hanson R.K. Spectral Intensity and Lineshape Measurements in the First Overtone Band of HF Using Tunable Diode Lasers. J. Molec. Spectrosc. V. 195, № l,pp. 123-131, 1999.

201. Meredith R.E., Smith F.G. Broadening of hydrogen fluoride lines by Hz, O2, and n2, J.Chem.Phys. V. 60, pp. 3388-3391, 1974.

202. Pine A.S. Asymmetries and correlations in speed-dependent Dicke-narrowed line shapes of argon-broadened HF, J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. V. 62, №4, , p. 397432. 1999.