Синтез и свойства урансодержащих жидких сред для лазеров с ядерной накачкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.14, доктор химических наук Тихонов, Геннадий Викторович

• Тихонов, Геннадий Викторович
• доктор химических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор химических наук Тихонов, Геннадий Викторович

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Жидкие активные среды для лазеров с ядерной накачкой.

1.1. Поиск лазерно-активных жидкостей»для ядерной накачки.

1.2. Требования к жидкой активной среде лазеров с прямой ядерной накачкой.

1.3. Выбор способа синтеза урансодержащих лазерных жидкостей.

1.4. Методы исследования свойств урансодержащих лазерных жидкостей.

Глава 2. Синтез и свойства лазерной жидкости Р0С1з-8пСЦ-235и022+-Ш3+.

2.1. Синтез и свойства растворов Р0С13-8пС14-235и022+.

2.1.1. Растворимость соединений 11(VI) в РОС13-8пС14.

2.1.2. Электронные спектры поглощения растворов Р0С13-8пС14-235и022+.

2.1.3. Механизм растворения соединений и(У1) в РОСЬ-впСЦ.

2.1.4. Люминесцентные свойства 1Ю22+ в РОС13-8пС14.

2.1.5. Кинетика восстановления 1Ю22+ в Р0С13-8пС14-235и022+.

2.2. Синтез лазерных жидкостей Р0СЬг8пС14-235и022+-1ЧсГ+ и их свойства при оптическом возбуждении.

2.2.1. Растворение соединений неодима и и(У1) в РОС13-8пС14.

2.2.2. Взаимодействие между Ш3+ и 1Ю22+ в РОС13-8пСЬ.

2.2.3. Восстановление и(У1) при синтезе лазерных жидкостей Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+.

2.2.4. Синтез лазерных жидкостей РОС13-8пС1 Г2351Ю22+-Ш3+ с требуемыми характеристиками.

2.2.5. Генерационные свойства лазерных жидкостей

Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+ при оптической накачке.

2.3. Свойства урансодержащих жидких люминофоров на основе РОС13-8пС при радиационном возбуждении.

2.3.1. Спектрально-люминесцентные свойстваN<1 в растворах при возбуждении продуктами ядерных реакций.

2.3.2. Радиолюминесценция Ш34 в растворах Р0С13-8пС14-235и022'-Ш при гомогенном возбуждении а-излучением урана.

2.3.3. Радиолюминесценция 1лг в растворах РОС13-8пС14-~ и02~ -Ьп при гомогенном возбуждении а- излучением урана.

2.3.4. Люминесцентные свойства Еи3+ в урансодержащих растворах

РОС13-8пС14 и В20.

2.3.5. Свойства урансодержащих растворов на основе РООз-ЗпСЦ при облучении на импульсном реакторе БАРС-6.

2.4. Выводы к главе 2.

Глава 3. Синтез и свойства лазерно-активных жидкостей

Р0С13-МС1х-235и022+^(13+.

3.1. Урансодержащие лазерно-активные жидкости на основе РОС1з-МС11.

3.1.1. Синтез и свойства жидких люминофоров на основе РОСЬ-ЛСЦ.

3.1.2. Синтез и свойства жидких люминофоров на основе РОСЬ-ЗЮЦ.

3.1.3. Синтез и свойства жидких люминофоров на основе РОС1з-2гС14.

3.2. Лазерные жидкости Р0С13~8ЬС15-23'и022+-Ш3+.

I 3.2.1. Синтез и свойства лазерных жидкостей РОС13-8ЬС1^-Ыс13+.

3.2.2. Синтез и свойства растворов Р0С13-8ЬС15-235и022+.

3.2.3. Механизм растворения соединений неодима и и(У1) в РОС1з-8ЬС15.

3.2.4. Синтез при атмосферном давлении лазерных жидкостей Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ш3+.

3.2.5. Синтез при пониженном давлении лазерных жидкостей Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ш3ь.

3.2.6. Люминесцентные и генерационные свойства N(1 в лазерных жидкостях Р0С13-8ЬС15-235и022+-М(13+ при оптическом возбуждении.

3.3. Влияние кислоты Льюиса на свойства урансодержащих лазерно-активных растворов оксихлорида фосфора.

3.3.1. Термодинамический подход к поиску новых лазерных сред.

3.3.2. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства лазерных жидкостей на основе оксихлорида фосфора.

3.3.3. Восстановление ЩУ1) в растворах оксихлорида фосфораГ.Г.

3.3.4. Радиолюминесценция N(1 при гомогенном возбуждении растворов Р0С13-МС1т-235и022'-Ш3+ а-излучением урана.

3.4. Лазерно-активные жидкости на основе РОСЬ-МС1з.

3.4.1. Синтез и свойства жидких люминофоров на основе РОСЬ-ВЮ^-МС^.

3.4.2. Синтез и свойства лазерных жидкостей на основе РОС13-ВСЬ.

3.4.3. Радиационно-индуцированное излучение N¿1 в лазерных жидкостях при облучении на реакторе БАРС-6.

3.5. Выводы к главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и свойства урансодержащих жидких сред для лазеров с ядерной накачкой»

Актуальность темы: Для освоения и промышленного применения-новейших технологий необходимы, достаточно мощные и высокоэнергетичные дешёвые автономные источники лазерного излучения. Такими источниками могут стать Л ЯII и ОКУ ЯН, в; которых, энергия! деления; атомных ядер прямо преобразуется в энергиюлазерногоизлучения.[1-5];.Более того,-преобразование ядерной энергии в оптическое излучение до момента ее релаксации в тепло и выведение излучения из активной зоны реактора для\ дальнейшего использования, открывает возможность качественно новоШэнергетикш .

Лазерный термоядерный синтез представляется; важным; промышленным приложением реакторно-лазерных систем; [3,6-8]. Для получения высокотемпературной? плазмы требуетсяполучить короткие; < 10г9 с, импульсы с энергией выходного излучения?> 1 МДж.-Получение таких лазерных импульсов в режиме свободной; генерации? крайне затруднительно, но может быть реализовано в режиме «задающий генератор — двухпроходовый усилитель, с обращением волнового фронта». Задающим? генератором- служит сравнительно маломощный лазер, на котором; легко получить необходимые параметры, лазерного пучка (угловую расходимость, ширину линии? генерации, малую • длительность). Лазерный усилитель, позволяет: достичь; требуемой энергии^ импульса без ухудшения? параметров; сформированного лазерного пучка. В реакторно-лазерном драйвере гибридной? ядерно-термоядерной установки: для промышленного получения электроэнергии [3,7-8] усилители мощности выполнены в виде автономных оптических квантовых усилителей с накачкой лазерной среды осколками деления. В основу схемы ОКУ ЯН- положен принцип разделения реакторного (запального) и подкритического лазерного блоков. Источник первичных нейтронов; (импульсный ядерный реактор) функционально и пространственно отделен от лазерного модуля, где и происходит накачка лазерной среды. Под действием нейтронов из запального реактора в лазерной среде ОКУЯН происходит деление ядер урана. Образующиеся осколки деления возбуждают среду и, тем самым, создают необходимую инверсную населённость активных частиц для усиления слабого лазерного излучения задающего генератора.

Создание и практическое применение ЛЯН и ОКУЯН сдерживается отсутствием высокоэффективной лазерной среды. Эффект лазерной генерации экспериментально получен при гетерогенной накачке более 30 различных газовых сред продуктами деления в нейтронных полях импульсных ядерных реакторов 5

9-11], показана принципиальная возможность преобразования энергии цепной реакции деления^ в лазерное излучение [11,12]. Однако эффективность преобразования энергии осколков деления, выделяемой в газовой среде, в энергию лазерного излучения, в лучшем случае, 1-3% (Аг-Хе-смесь, X = 1.73 мкм). Газовые среды имеют низкую эффективность накачки, которая- осуществляется, лос главным образом, от и, нанесенного в виде тонкого, 1-3 мкм (2-6 мг/см"), слоя на внутреннюю поверхность лазерной кюветы, и небольшую удельную мощность лазерного излучения. Использование газообразного ~ иРб для гомогенной накачки лазерных сред не целесообразно из-за высоких скоростей тушения возбуждённых состояний.атомов и молекул [5, 10, 11].

В случае реализации гомогенной^ накачки урансодержащих лазерных жидкостей эффективность преобразования кинетической < энергии осколков деления в энергию возбужденных активных ионов ожидается на порядок больше в сравнении с газовыми средами, а большая плотность.активатора даст возможность получать более высокий энергосъем лазерного излучения [5; 11, 13]. Оптическая однородность жидкостей не уступает газам: В сравнении с твердотельными лазерными материалами в жидкостях отсутствуют напряжения, приводящие к внутренним разрушениям, что позволяет создавать элементы большого объема, а прямая ядерная накачка благодаря-высокой проникающей способности нейтронов устраняет основное ограничение на использование больших объемов активной среды, которое существует при оптической накачке. В урансодержащей жидкой лазерной среде возможно осуществление режима принудительной циркуляции с теплообменом, фильтрацией или регенерацией активной среды вне рабочего элемента, что важно для мощных и импульсных лазерных систем с ядерной накачкой.

Несмотря на эти преимущества, к началу наших исследований жидкофазные материалы для преобразования энергии деления атомных ядер в лазерное излучение отсутствовали. Это объясняется жесткими требованиями, которые предъявляются к жидким лазерным средам для прямой ядерной накачки, а также к условиям их приготовления и эксплуатации. Соответственно практически не существовало ни экспериментальных данных, ни теоретических представлений о процессе возбуждения активатора при ядерной накачке жидкостей.

Таким образом, потребность в создании высокоэффективной жидкой активной среды для лазерных систем с прямой ядерной накачкой послужила стимулом для исследований, представленных в данной работе.

Наиболее реальным и быстрым путем создания« лазерно-активной жидкофазной среды для; исследования прямого преобразования^ энергии деления 235т I атомных ядер: в лазерное излучение представлялось• введение и в известные лазерные жидкости: В жидкостных лазерах с традиционными способами накачки в качестве активной; среды; используются: растворы-, хелатов лантаноидов, "растворы органических красителей и неорганические апротонные растворы лантаноидов [ 14, 15]. Получению большой-мощности лазерного излученият хелатных лазерах и лазерах на; органических красителях препятствуют. большой коэффициент поглощения: растворов и недостаточная!фотохимическая стойкость.

Мощные низкопороговые лазерные: системы, с оптической? накачкой были созданье при использовании бинарных- апротонных; растворителей оксид-трихлорид (оксихлорид) фосфора-кислота Лыоиса РОС13-МС1г, активированных ионами Ктс13+, которые обладают широкими- полосами, поглощения. Наибольшее применение нашли мощные усилители лазерного излучения. За рубежом, главным образом, в Великобритании, США и Германии, в качестве активной среды с успехом применяли НЛЖ РбС^^гСЦ-Ы^. Квантовый усилитель на:Р0€1з-2гС14-N(1^ выдерживал без признаков-ухудшения работы» такие мощностные нагрузки, при которых неодимовое стекло разрушалось [16, 17]. В нашей стране такие лазерные материалы;сделать несумели; .и в качестве активной среды'использовали НЛЖ РОС13-8пС14-Ш?+ с близкимдаНЛЖ РОС13-2ге1;гШ?+ характеристиками.

Наиболее полно синтез; физико-химические,, спектрально-люминесцентные и генерационные свойства лазерно-активных растворов» РОС13-кислота Лыоиса без урана изложены в книге [15] и обзоре [18А] .

К достоинствам* НЛЖ № лазерных систем на их основе относятся: большая

О Л О I л 1 i

1*0 —ГО- смГ ) концентрация N(1, , большое (до 400 мкс) время, жизни верхнего лазерного уровня N<1 , высокий-квантовый выход люминесценции; узкий спектр генерации, который слабо зависит от интенсивности накачки, большая (3.5-6 Дж/см3) объёмная: плотность энергии генерации при; низкой пороговой плотности импульсной накачки длительностью 150 мкс оптическим излучением газоразрядных ламп, большая (3.3 ГВт/см2) поверхностная плотность мощности в лазерном усилителе, высокая фотохимическая стойкость, возможность работы в режиме принудительной циркуляции [15, 18А]. Кроме того, при четырёхуровневой Здесь и далее по тексту знаком «А» обозначены работы, в которых диссертант является автором или соавтором. схеме лазерной генерации Ыс!3+ значительно легче достигается порог генерации, и существенно снижаются требования к источнику накачки [19]. Поэтому практически сразу после создания лазерных систем с оптической накачкой НЛЖ появились предложения по накачке НЛЖ осколками деления ядер ~ и [20].

Цель работы состояла в создании жидких урансодержащих лазерных материалов на основе оксихлорида фосфора для исследования преобразования энергии деления атомных ядер в оптическое и лазерное излучение в жидких средах.

Для достижения.цели требовалось решить .следующие основные задачи:

1. Разработать способы введения "ив НЛЖ на основе оксихлорида фосфора.

2. Разработать жидкий лазерно-активный материал Р0С13-8пС14-235и022+-Нс13> для исследования процессов, которые протекают при прямой ядерной накачке жидких лазерных сред.

3. Разработать методики синтеза и приготовить растворы оксихлорид фосфора-кислота Льюиса (МС1Д активированные N<3 и" и02~ .

4. Получить экспериментальные данные о свойствах новых жидкостей.

5. Исследовать процессы, которые протекают в урансодержащих растворах оксихлорида фосфора, в том числе под действием ионизирующего излучения.

6. Выявить закономерности изменения, свойств растворов оксихлорид л I ОТ *ч I фосфора-кислота Льюиса, активированных N<1- и иОг

7. На основании полученных данных разработать способы синтеза и приготовить- образцы жидких лазерных материалов, которые отвечают требованиям, предъявляемым к активным средам ЛЯН и ОКУЯН.

Настоящая работа является частью исследований по созданию основ ядерно-лазерной энергетики, проводимых в ГНЦ РФ — ФЭИ по темам, в частности, «Фундаментальные исследования процессов ядерно-оптического преобразования энергии в конденсированных и газово-лазерных средах, №16.05.811, УАЭ Росатом»; «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области атомной энергетики и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок, №02.438.11.7026, Роснаука»; Договоров между ОАО «ВНИИНМ им. А.А. Бочвара» и ФГУП «ГНЦ РФ - ФЭИ» в рамках ФЦП «Разработка ядерных технологий нового поколения», а также при поддержке РФФИ и Правительства Калужской области (проекты № 97-02-17553-а, 01-02-16551-а,

06-03-96323-рцентра, 07-03-96412-рцентра, 07-02-96421 -рцентра, 09-02-97533-рцентра, 09-03-97564-рцентра).

Научная новизна. В настоящей работе впервые:

- разработаны методики синтеза и приготовлены урансодержащие и лазерно-активные жидкости на основе РОС^-МС^ (где М: 8п, Тл, 81, 2х, ЭЬ, В, А1 и В1), активированные Ысг и 1Ю2 , получены экспериментальные данные о свойствах этих жидкостей;

- установлено, что 1Ю2 в растворах на- основе РОС13-МС1, образует два основных типа комплексных соединений с разным координационным окружением;

- изучена кинетика образования гетерокомплексов, в которых происходит перенос энергии и сенсибилизированная люминесценция N(1- при оптическом возбуждении растворов РОС13-8пС14-23Чю22+-1Чс13+ и РОС1з-8ЬС15-235Ш22+-Ш?+;

- показано влияние протонсодержащих микропримесей- на свойства урансодержащих растворов на основе РОС13-МС1л; обнаружено необратимое восстановление 1Ю22+, получены экспериментальные данные по кинетике накопления и(1У) в растворах на основе РОС1г8пС14 и РОС13-8ЬС15;

- показано, что образование и(1У) является основной причиной увеличения поглощения на. длине волны, лазерной генерации Ыс13+ в лазерных жидкостях РОС13-8пС14-235Ш22+-Ш3+ и Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ш3+;

- установлены закономерности изменения радиационно-химического выхода N<1 в возбужденном состоянии ^3/2 при гомогенном возбуждении растворов РОСЬ-МСД, а-излучением урана;

- экспериментально изучено и обосновано влияние вида кислоты Льюиса на свойства урансодержащих растворов оксихлорида фосфора;

- разработан жидкий лазерный материал РОСЬ-ВОз-Ыс!34 с уникально

10 О большим сечением вынужденного излучения а = (1.5+0.2)-10" см*";

- разработаны способы приготовления высокоэффективных урансодержащих лазерных жидких материалов на основе оксихлорида фосфора;

- созданы лазерные жидкофазные материалы Р0С13-8пС14-235и022+-Ш34 и Р0С13-8ЬС15-235и022"-Ш3+; РОС13-8ЬС15-Ш3+ и РОС13-ВС13-Ш3+, на которых получена генерация стимулированного излучения №3+ при оптической накачке; показана возможность использования1 лазерных жидкостей Р0С13-8пС]4-235и022+-Ш3+, Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ш3+ и РОС13-10ВС13-Ш3+ для получения лазерной генерации при облучении на импульсном реакторе;

- обоснованы пути увеличения эффективности преобразования кинетической т i энергии тяжелых заряженных частиц в оптическое излучение N(1 в урансодержащих жидких лазерных средах.

Практическая значимость полученных результатов.

Разработаны новые лазерные материалы Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3 Р0С1з-8ЬС15-235и022+-Ш3+ и РОС13-10ВС13-Ш3+, необходимые для исследования преобразования энергии деления атомных ядер в оптическое и лазерное излучение и для получения лазерной генерации при прямой ядерной накачке жидкой среды.

Показано, что < лазеры с оптической накачкой активной среды на основе оксихлорида фосфора стабильно работают в условиях мощного импульсного реакторного облучения и повышенной радиации.

Жидкофазные лазерные материалы РОС13-8пС14-Ш3+; РОС13-8ЬС15-Ш3+ и

5 i

РОС13-ВС1з-Ыс1 перспективны в качестве активных сред лазерных систем с ядерно-оптической накачкой.

Разработан новый лазерный материал РОС13-ВС13-Кс13+, перспективный для использования в квантовой электронике.

На основании полученных результатов становится возможным направленный синтез высокоэффективных лазерных жидких сред на основе оксихлорида фосфора с заданными характеристиками как для ядерной, так и для традиционных способов накачки.

Результаты исследования процесса восстановления и(УТ) в растворах оксихлорида фосфора могут быть использованы для сравнительного анализа поведения 1Ю2~ в водных и апротонных жидких средах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальные данные по растворимости соединений неодима и 1ДУ1) в бинарных апротонных растворителях РОС13-МС1%.

2. Спектрально-люминесцентные свойства ~ 1Ю2~ и N<1 и зависимости этих свойств от условий синтеза и компонентного состава растворов на основе РОС13-МС1х.

3. Экспериментальные зависимости образования гетерокомплексов, в которых происходит перенос энергии (1Ю22+)* —> Кс13+ и сенсибилизированная люминесценция при оптическом возбуждении растворов Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+ и РОС13-8ЬС15-23ЧЮ22+-Ш3+.

4. Результаты изучения, кинетики накопления и(1У) и механизма восстановления - и(У1) в растворах РОС13-8пС14-23ЧЮ22', Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+ и Р0С13-8ЪС15-235и022+-Ш3+.

5. Закономерности изменения радиационно-химического выхода Ш3+ в возбужденном состоянии1 4/г3/2 при гомогенном возбуждении растворов РОС13-МС1д; а-излучением урана.

6. Результаты экспериментального изучения и теоретического обоснования влияния индивидуальных характеристик центрального атома кислоты Льюиса на физико-химические, спектрально-люминесцентные и лазерные свойства растворов РОС13-МС1х, активированных Ш3+ и 2351Ю22+.

7. Способы синтеза жидких сред на основе бинарных растворителей РОС13-МС1л, активированных Ш3+ и 235и(Э22+, которые соответствуют классу лазерных материалов.

8. Новые радиационностойкие жидкофазные материалы Р0С13-8пС14-235и022+-Кс13+, РОС13-8ЬС15-235Ш22+-Ш3+; РОС13-8ЬС15-Ш3+ и РОС13-ВС13-Ыс13+ для лазерной техники.

9. Лазерные материалы Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+, Р0С13-8ЪС15-235и022"-Ш3' и РОС13-шВС13-Ка3+ как жидкие активные среды ЛЯН и ОКУЯН.

Личный вклад автора заключается в постановке задач и выборе путей их решения; в формировании направления исследований; в постановке и осуществлении всех методик и способов синтеза; в • разработке всех экспериментальных установок для синтеза; в приготовлении образцов исследуемых жидких сред; в непосредственном получении большинства экспериментальных данных о физико-химических и спектрально-люминесцентных свойствах исследуемых систем; в анализе, интерпретации и обобщении результатов представленной работы.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на: I-IV международных конференциях «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и лазеры с ядерной накачкой» (Обнинск, 1992; Арзамас-16, 1994; Снежинск, 2002 и Обнинск, 2007); XXI и XXII съездах по спектроскопии (Звенигород, 1995 и 200 Ь); на VII, XI, XIII, XIV, XVI-XXI Всероссийских симпозиумах «Современная химическая физика» (Туапсе, 1995, 1999, 2001, 2002, 2004-2009); на XVI, XVII и XVIII Менделеевских съездах по химии (Санкт-Петербург, 1998; Казань, 2003 и Москва, 2007), на 9-ой международной конференции по нетрадиционным энергетическим системам ICENES'98 (Tel-Aviv, Israel, 1998); европейской конференции по применению ускорителей в научных исследованиях ECAART-6 (Dresden, Germany, 1999); 1-ой международной конференции по инерциальному термоядерному синтезу IFSA'99 (Bordeaux, France, 1999); 5-ой международной конференции по возбужденным состояниям переходных элементов- ESTE'01 (Wroclaw, Poland, 2001); I; II и IV Всероссийских конференциях"по химии высоких энергий- (Москва, 2001«; 2004 и 2009); 1-ой международной конференции по применению лазеров в исследованиях LAP"02 (Leuven, Belgium, 2002); IV-VII Российских конференциях по радиохимии (Озёрск, 2003; Дубна, 2006; Москва, 2007 и 2009).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 66 публикациях в виде 26 статей в журналах (22 — рекомендованных ВАК, 4 — зарубежных), 2 патентов на изобретение, а также статей в сборниках, докладов на конференциях, обзора и препринтов ГНЦ РФ-ФЭИ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, содержит 202 страницы, 110 рисунков, 34 таблицы и список литературы из 232 наименований.

Заключение диссертации по теме «Радиохимия», Тихонов, Геннадий Викторович

Выводы

1. Впервые синтезирован широкий круг лазерных жидкостей на основе РОС1з-МС1т (где М: 8п, Т1, 81, Ъх, 8Ь, В\, А1 или В), активированных Ш3+ и 235и022+. Создан новый класс лазерных материалов, необходимых для исследования преобразования энергии деления атомных ядер в оптическое и лазерное излучение и для получения лазерной генерации при прямой ядерной накачке жидкой среды.

2. Предложен и реализован общий методологический подход к поиску и созданию новых лазерных жидкостей Р0С1з-МС1г-235и022+-Ыс13+ с заданными характеристиками. Показано, что разное химическое сродство Мг+ к кислороду обусловливает основные различия в условиях приготовления и в свойствах синтезированных жидкостей. По этому признаку кислоты Льюиса разделены на две группы: сродство-М^ к кислороду больше (Ti4+, Si4+, Zr4+, В3+ и А13+) или меньше (Sn4+, Sb5i и Bi3+). чем сродство к кислороду II6'.

3. Установлено, что для приготовления растворов РОС1,-МС1Л с большим сродством МЛ1 к кислороду (М: Zr, Ti, Si, В или; Д1) необходимы безводные соединения неодима и U(VI). Показано, что уран в растворах.находится в виде аддуктов типа- 1Ю2[МС16]-2РОС1з. Впервые; в растворах оксихлорида фосфора зарегистрированы^ характерные полосы обертонов валентных колебаний ОН-гругш, которые- принадлежат. неудаляемым протонсодержащим микропримесямЬ (2 увеличением? интенсивности полос поглощения ОИ-групп в растворах?!; .jPO'GlrMGl^^UOr^-Nd^ ' >времяг. затухания5 люминесценции Nd3+ уменьшается, и из растворов выпадают осадки.

4. Показано, что устойчивые растворы POGI3-S11CI4 можно при готовить как из безводных, так и водосодержащих соединений неодима, и U(VI). Установлено, что в растворах. P0Ch-SnCl4-235lJ022+ образуются два типа комплексных соединений U022+: U02| 8пС1б]-2РОС1з при растворении безводных соединений. U(VI) ,ц [U02(P02Cl2)2]-SnCl4-2P0Cl3 в присутствии воды. В лазерных, жидкостях P0ei3-SnGl4-235UJ022+-Nd3+ обнаружены только дихлорфосфатные комплексы ио2:. ' : ; '■" л ; . . ' '

5. Впервые осуществлён синтез растворов POG^-SbGls, активированных Nd3t и (или) 2351Ю22 . Показана; необходимость, присутствия;; воды, для приготовления устойчивых растворов' POGl3-SbGl5, и установлены интервалы относительного содержания компонентов в них. Предложен состав; комплексов Nd . и UOf в POCl3-SbCl5: Nd(PO2Cl2)3.v-(SbCI0VA-POCl3 (где >=1,2иЗ) и U02(P02Cl?)(SbCl6)-2P0Cl3.

6. Обнаружен перенос энергии; возбуждения (U022+)* —»Nd3+ с последующей or сенсибилизированной люминесценцией Nd при оптическом возбуждении лазерных жидкостей P0Cl3-SnCl4-235U022+-Nd?+ и P0Cl3-SbCl5-235U022+-Nd3+. Получены кинетические зависимости образования излучательных гетерокомплексов; В лазерных жидкостях P0Cl3-SnGl4-23:,U022t-Nd3+ концентрация гетерокомплексов пропорциональна концентрациям Nd' и UOf и уменьшается с увеличением концентрации SnCl4. В лазерных жидкостях Р0С13-SbCl5-235U022+-Nd",+ весь U(VI) входит в; состав излучательных гетерокомплексов.

7. Обнаружено восстановление и(Ш) в растворах на основе POC^-SnCU и POGl3-SbCl5. Выявлены, причины восстановления U(VI), получены кинетические зависимости накопления U(IV) при разных способах синтеза растворов, при нагреве и длительном хранении растворов, а также при их облучении светом в полосу поглощения 1,Ю2~ . Оценена энергия активации процесса накопления Ш(1У) в лазерных жидкостях Р0С1з-8пС14-235и022! -Ш3" и Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ыс13+ в широком температурном диапазоне. Показано, что необратимое накопление и(1У) приводит к увеличению линейного коэффициента неактивных' потерь в лазерных жидкостях и к уменьшению времени затухания люминесценции Ж3!. Рассчитаны константы Штерна-Фольмера внутрикомплсксного тушения люминесценции

Ш3+ -*и4+. ' ' . . •;.•'■•-.

8: Разработаны способы получения высокоэффективных жидкостных лазерных материалов? РОС1;,-8пС1 ,-2351 Ю22+-№1 и РОС13-8ЬС15-2" IЮ22 -Ыс13 , характеристики« которых удовлетворяют требованиям!к активным средам лазеров и оптических квантовых усилителей с прямой ядерной накачкой. ;

9. Установлено, что устойчивые растворы РОС13-В1'С13. активированные Ш3+ и 2°чи02*' , могут быть приготовлены только при ?введении других кислот Льюиса МС1* и- соответствующих; им соединений«неодима1И^и(^/1)., Показано, что висмут не входит в состав неодим- и? (или) уранилсодержащих комплексов^ а остается в матрице; . '" ' : •' "•■■,'•■■■.•

10. Обнаружены существенные различия в спектрах поглощения и люминесценции;Ш3+ в растворах РОС13-ВС13, связанные с использованием разных исходных соединений неодима: Впервые создан- жидкий лазерный, материал РОС13-ВС13-]Чс13' С; уникально узкой полосою люминесценции N(1?', которая соответствует .основному ' лазерному;; переходу —> 41\■ ДА. = 5.2±0.2 им. большим сечением* вынужденного' излучения а — (1.5±0:2)-10: см" и малым, линейным; коэффициентом неактивных потерь (2-5)-10"3 см"1, перспективный, для; использования, в качестве активных сред лазерных систем с оптической накачкой.

И. Выявлены закономерности радиолюминесценции при гомогенном возбуждении неорганических растворов а-излучением: урана. Установлено, что эффективность радиолюминесценции Ьп3+ пропорциональна концентрации Ьп3+ и определяется структурой люминесцирующего комплекса. Обнаружено; что выход фотонов радиолюминесценции Еи3+ в возбуждённом состоянии ЭД) в РОС13-8пС14 в 4 раза больше, чем в Б20. Показано, что радиационно-химический выход Ыс13+ в возбужденном состоянии 4^3/2 в растворах РОС13-МС1г зависит от относительной концентрации [МС1Х]/[Ш3+], возрастает с уменьшением сродства Мх+ к кислороду и достигает наибольших значений в

Р0е13-8ЬС15-235и022+-Ыс13+ и РОСЬ-впСЦ

235Ш22+-Ш3+: 2.20+0.24 и 1.68+0.10 возб. ион/100 эВ при [Ш3+] = 0.4 моль/л.

12. Установлено, что эффективность накачки верхнего-лазерного уровня 4/<з/2 И(13+ в РОС13-8пС14 продуктами ядерных реакций пропорциональна концентрации Мс13+ и достигает 2 %. Впервые зарегистрирована инверсная населенность верхнего лазерного уровня Кс13+ при прямой^ ядерной накачке лазерных жидкостей Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+ и РОС13-ВС13-Ш3+ на импульсном« реакторе БАРС-6. Установлено, что эффективность накачки верхнего лазерного уровня* 4^3/2 Ис13+ в о | лазерной жидкости РОС13-ВС13-Ыс1т в 3 раза больше, чем в лазерной жидкости Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+. Показано, что лазеры, на РОС13-8пС14-Ш3+ и Р0С13-8пС14-235и022+-Нё3+ стабильно работают при синхронизованном облучении светом Хе-лампы и мощнымизлучениемреактора БАРС-6.

13. Лазерные жидкости на основе оксихлорида^фосфора рекомендуются для получения* лазерной генерации« при прямой ядерной накачке: РОС13-8пС14-235Ш22+-Ш3+ иР0С1г8ЬС15-235и022+-Ш3+ - осколками деления 235и, Р©С13-,0ВС13-Ш3+ - продуктами ядерной реакции 10В(/?,а)71л.

В заключение выражаю благодарность всем своим соавторам, сотрудникам группы, которая занимается исследованиями ядерной* накачки жидких лазерных сред, за многолетнюю совместную работу, в результате которой и была сделана эта диссертация.

Я благодарен руководителю проблемы Дьяченко Петру Петровичу за предоставленную тему, непреходящий интерес к работе, советы и взыскательную критику.

Особую благодарность выражаю Серегиной Елене Андреевне за плодотворное сотрудничество в течение многих лет, ценные обсуждения и полезные дискуссии.

Считаю своим долгом выразить признательность год назад ушедшему из жизни Добровольскому Анатолию Феодосьевичу за определяющий вклад в проведение лазерных экспериментов.

Благодарю Серегина Артура Александровича за совместную работу и полезные замечания.

Выражаю искреннюю признательность Бучаченко Анатолию Леонидовичу за неизменное внимание, доброжелательную поддержку и своевременные наставления.

Благодарю Тананаева Ивана Гундаровича за поддержку и организационную помощь.

Выражаю чистосердечную признательность Юсову Александру Борисовичу за внимательное ознакомление с диссертацией, ценные замечания и советы при её обсуждении.

Нельзя не помянуть добрым словом недавно ушедшего из жизни Казакова Валерия Петровича, который поддержал и первые работы по радиолюминссценции, и быстро откликнулся на данную работу, согласился быть оппонентом.

Спасибо родителям и семье.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новое направление использования ядерной энергии — ядерно-лазерная энергетика — основывается на уникальных возможностях ядерного реактора как энергоёмкого, мощного и компактного источника энергии. Преобразование ядерной энергии'в энергию лазерного излучения открывает новые горизонты для освоения новейших технологий и может стать важной вехой в развитии человеческой! деятельности. Но- для практического осуществления этой идеи требуется не только источник ядерной энергии, но й высокоэффективная лазерная среда, устойчивая к большим, р а д иационным нагрузкам.

Существует две основные точки зрения на получение лазерной генерации при прямой ядерной' накачке жидких лазерно-активных сред осколками деления атомных ядер. Первая — невозможность получения лазерной генерации. Это утверждение опирается на неудачные попытки получения генерации, на отсу гствие требуемых жидких лазерных сред, а также на предположения, что при облучении мощными потоками тепловых нейтронов лазерная жидкость станет оптически непрозрачной из-за термооптических искажений, радиолиза, образования газовых пузырьков на треках осколков деления<и ряда других причин. Другой взгляд на проблему — необходимость либо получения лазерной генерации, либо предоставление доказательств невозможности этого. Поэтому, чтобы исследовать процессы преобразования энергии деления атомных ядер в лазерное излучение, необходимо, в первую очередь, иметь лазерно-активную жидкость, которая содержит делящееся вещество. На первый взгляд, введение 235и в известную лазерную жидкость РОС13-8пС1 (-Ыс1 не представляет больших сложностей. Однако суть проблемы — не просто приготовление урансодержащей жидкости, но создание жидкостного лазерного материала, который удовлетворяет довольно жёстким требованиям к активным средам лазерных систем с прямой ядерной накачкой.

Не удивительно, что основные трудности выявились при оптимизации характеристик лазерной жидкости. Было обнаружено, что в процессе синтеза з+ лазерных жидкостей

РОС13-8пСЦ-ЧЮу4одновременно с образованием о ■ люминесцирующих комплексов N(1 необратимо накапливается и(1У). Уран(1У), во-первых, поглощает оптическое излучение на длине волны основного лазерного перехода 1^с13+ —> 4/ц/2 А, - 1.05 мкм и, во-вторых, тушит люминесценцию Ыс13+ вследствие внутрикомплексного переноса энергии возбуждения Кс13+ —> и|+.

Поэтому жидкости, которые содержат ЩГУ), не пригодны в качестве лазерно-активных сред для получения лазерной генерации при ядерной накачке.

В результате исследования-растворов РОС1з-8пСЦ- 1Ю2~ было установлено, что и(1У) появляется вследствие образования дихлорфосфатных комплексов 1Ю221 при растворении водосодержащих соединений и(У1). Уран(У1) не восстанавливался при использовании безводных соединений ЩУ1) и кристаллогидратов перхлората уранила. Кроме того, растворимость и02(С1©4)2'5Н20 была наибольшей среди изученных соединений и(У1). Казалось, решение найдено.

Однако в лазерных жидкостях РОСЬ-БпСЦ- и02" -N(1 Щ1У) необратимо накапливался при использовании всех изученных исходных соединений неодима и и(У1), включая перхлорат, а также при добавлении окислителей. Было установлено, что 1Ю22+ и ИсГ+ образуют гетероядерные дихлорфосфагные комплексы, и скорость накопления 1У(1У) возрастает пропорционально увеличению концентрации не только и022+, но и Ы<13+.

При? синтезе лазерных жидкостей при температуре кипения Т= 380 К одновременно протекают процессы, которые разнонаправленно влияют на время затухания люминесценции N<3 : удаление тушащих люминесценцию примесей и образование люминесцирующих комплексов Ыс13+, с одной стороны, и накопление и(1У) и перенос энергии возбуждения Кс13+ —■> и4+, с другой стороны. Поэтому время затухания люминесценции* Ыс1 сначала возрастает, а затем уменьшается. Исследования« кинетики накопления и(ГУ) при синтезе и сенсибилизированной уранилом люминесценции Ыс13+ при оптическом возбуждении лазерных жидкостей РОС1з-8пС1 Г235и022+-Ыс1",+ выявили также существование времени задержки накопления Щ1У). В результате "были найдёньт оптимальные условия" синтеза лазерных жидкостей РОС13-8пС1г~ и02" -Ис1 с требуемыми концентрационными и люминесцентными характеристиками. Но такие жидкости оказались неустойчивы: через несколько минут - несколько дней из них выпадали осадки. И решить проблему устойчивости лазерных жидкостей без ухудшения их качества, прежде всего, путём увеличения продолжительности синтеза, казалось невозможным. Увеличение содержания воды и перхлорат-ионов в исходных соединениях также действует двояко: с одной стороны, увеличивает ся устойчивость растворов вследствие образования дополнительных связей, главным образом, дихлорфосфатных мостиков, с другой стороны, образуются малорастворимые оксихлориды металлов.

Тем не менее, решение было найдено.

Ранее предполагалось, что восстановление и(У1) в растворах РО(213-8пС14 — фотохимический; процесс, и, следовательно^ на него не должно влиять изменение температуры. Однако было установлено, что скорость накопления и(1У) уменьшается; с уменьшением температуры жидкости,, и? что Ш(1У) медленно накапливается при хранении жидкостей в темноте. Эти; факты привели к разработке способа синтеза- устойчивых лазерных жидкостей, с требуемыми характеристиками:. Уменьшение: давления: при? проведении синтеза позволило увеличить его продолжительность и не толвко уменьшить линейный коэффициент неактивных потерь, но и значительно увеличить время*затухания люминесценции Ыс13+ до 300-360 мкс. Увеличение продолжительности синтеза дало возможность проводить. длительную отгонку больших объёмов-'растворителя для> получения лазерных жидкостей, с большой- концентрацией Ыс13+ и 1Ю22 и поэтому осуществить, раздельный? синтез из лазерной жидкости РОС1з-8пС14-Ыс13: и урансодержащей? жидкостж Р©(1)1з-8п614-235Ш022+. Важное1 значение в способе получения* лазерных, жидкостей; имеют специальным , образом» приготовленные исходные соединенияшеодима и

Таким образом, впервые был создан жидкостной»лазерно-активный материал для ядерной накачкщ и разработан-способ его приготовления.

Использование урана, обогащенного на 90 % по изотопу 235Ы, позволило выявить некоторые закономерности . радиолюминесценци ид при- гомогенном возбуждении1 неорганических растворов а-излучением урана и оценить, перспективность растворов в; качестве активных сред для; ядерной накачки из л | | значений радиационно-химического выхода N<1 в возбужденном состоянии Уз/о. I I

Радиационно-химический выход N(1 в возбужденном состоянии в лазерных жидкостях Р001з-8п614-2ои022+-Ы(13+ возрастал пропорционально концентрации Ш3+, не зависел от концентрации 8пСЦ при соотношении [8пС14]/{Ыс13+] > 3 и уменьшался» с уменьшением относительной- концентрации 8пС14. Эти результаты хорошо» согласуются с данными [44] о том, люминесцирующие комплексы содержат от одной до трёх молекул 8пС14 на каждый ион Ыс13+. Ограниченная растворимость 8пС14 в РОС1з нешозволяет увеличить эффективность возбуждения Ш3+ за счёт простого увеличения концентрации. К тому же при больших

5 1 концентрациях N(1 увеличивается скорость накопления Ш(1У), и резко возрастают вязкость лазерной жидкости и линейный коэффициент неактивных потерь.

Исследования радиолюминесценции Ьп3+ продуктами ядерных реакций показали, что эффективность возбуждения активного иона зависит от типа растворителя и, соответственно, от структуры люминесцирующего комплекса.

Так, выход фотонов радиолюминесценции Ей3"* в возбуждённом состоянии 5А, в РОС13-8пС1} оказался в 4 раза больше, чем в Б20.

Создание урансодержащих растворов оксихлорида фосфора с другими кислотами Льюиса и разработка способов их синтеза стали естественным шагом в развитии направления исследований. Новые лазерные жидкости,с ТЮ1(, 8Ю14 или ЪгСи имели несомненное достоинство — в, их составе не было и(1У). Однако в результате попадания в жидкость с исходными компонентами микропримесей воды, которые не удалялись отгонкой растворителя, уменьшалось время затухания о I люминесценции N(1 , и выпадали микрокристаллические осадки. И, главное,

-7 1 « радиационно-химический- выход N<1 в возбужденном состоянии \Р3/2 при гомогенном возбуждении а-излучением урана лазерных жидкостей с ТЮ14, 8Ю14 или ЪгС\1 оказался в несколько раз меньше, чем с 8пС14 при одинаковых концентрациях компонентов.

На основании полученных сведений о растворах РОС13-МС1[ и данных о том, что ближайшее окружение N<1 и и02~ составляют атомы кислорода, была высказана гипотеза, что различия в свойствах жидкостей должны быть связаны с разным химическим сродством центрального элемента кислоты Льюиса к кислороду. По этому признаку кислоты Льюиса и соответствующие им жидкости были разделены на две группы: сродство к кислороду элемента меньше или больше, чем сродство к кислороду и6+. Использование термодинамического подхода для целенаправленного поиска высокоэффективных урансодержащих лазерных материалов привело к созданию новых лазерных жидкостей на основе РОСЬ-БЬСЬ.

Как и предполагалось, радиационно-химический выход N<1 в возбужденном состоянии 4^3/2 при гомогенном возбуждении растворов РОС13-кислота Льюиса а-излучением урана возрастал с уменьшением сродства к кислороду и увеличением массы центрального элемента кислоты Льюиса и достигал 2.20±0.24 возб. ион/100 эВ для [Ш3+] = 0.4 моль/л в РОС13-8ЬС15-2351Ю22+-Ш34, превысив на 30 % значения, характерные для лазерных жидкостей Р0С13-8пС14-235и022^-Ш3+, что хорошо коррелирует со значениями химического сродства к кислороду центральных элементов кислот Льюиса.

Впервые была получена лазерная генерация при оптической накачке лазерных жидкостей на основе РОС13-8ЬС15. Для лазера на Р0С13-8ЬС13-235и022'-Ыё34 порог генерации оказался ниже, а КПД в 1.5 раза больше, чем для лазера на РОС13-8пС14-Ш3+.

Лазерные жидкости РОС13-8ЬС15-235иО 2 -N(1 с требуемыми характеристиками были приготовлены таким же способом, как и Р0С13-8пС14-235и022+-Ш3+, но с одним существенным отличием. Вследствие малого сродства сурьмы к кислороду и большого сродства к хлору в растворах Р0С13-8Ь<215-235и022+ отсутствует и(ТУ), а в лазерных жидкостях Р0С1з-8Ье15-235и022+-Ш3+ время затухания люминесценции Кс13+ не превышает 230 мкс. Поэтому для приготовления высококачественных лазерных жидкостей РОС13-8ЬС15-235иС>22+-Ш3+ требуется использовать безхлорное соединение неодима или и(У1) вместо ЫсЮ3-«Н20 или и02(С104)2-тН20.

Практически такое же сродство к кислороду, как и 8Ь5+, имеет В13+. Причём висмут - самый тяжёлый нерадиоактивный элемент, и трихлорид висмута хорошо растворяется в РОС13, до 2 моль/л при комнатной температуре. Однако устойчивые л I 235 ? |растворы Р0013-В1С13, активированные N(1 и 1Ю2" , были приготовлены только при введении других кислот Льюиса и соответствующих им соединений неодима и и(У1). И'спектрально-люминесцентные свойства приготовленных жидкостей были подобны свойствам растворов без висмута. Кроме того, радиационно-химический выход К<13+ в возбужденном состоянии 4^3/2 в растворах РОС13-В1С13-МСЦ-2351Ю22+-Мс13+ при гомогенном возбуждении а-излучением урана был меньше, чем в растворах РОС13-МС1^- и02 -N<1 . Всё это указывает, что висмут не входит в состав неодим- и (или) уранилсодержащих комплексов, а остается в матрице.

Были синтезированы новые лазерные жидкости и с самой лёгкой кислотой Льюиса, ВС13, температура кипения которой всего 12.6 °С. Впервые в спектрах поглощения и люминесценции №с13+ в лазерных жидкостях были обнаружены существенные различия, обусловленные использованием разных исходных соединений неодима. Лазерные жидкости приготовленные из

Кс1(СР3СОО)3, имели уникально узкую, 5.2+0.2 нм, полосу люминесценции, которая соответствует основному лазерному переходу 4Е3/2 -»41\т, сечение вынужденного излучения 2-3 раза больше, чем в известных лазерных жидкостях, и в 5-10 раз больше, чем в неодимовых лазерных стеклах, а также малый линейный

1 1 коэффициент неактивных потерь, (2-5)-10" см" . Поскольку с увеличением сечения вынужденного излучения значительно возрастают коэффициент усиления, и, л г соответственно, эффективность накачки

Ш , то новый лазерный материал РОС13-ВС13-Мс13+ перспективен в качестве активной среды лазерных систем с традиционной оптической накачкой.

Основные люминесцентные характеристики в лазерных жидкостях на основе оксихлорида фосфора, такие как время жизни верхнего лазерного уровня

177

4^з/2> положение и полуширина линии люминесценции перехода 4Рза —> 41\ т практически не отличались при возбуждении активной среды оптическим излучением и ионизирующим излучением нейтронного генератора КГ-03 и импульсного реактора БАРС-6. Эффективность накачки верхнего лазерного уровня 4^з/2 Ш3+ продуктами ядерных реакций была пропорциональна концентрации Ш3+ и достигала 2 % при [ЫсГ 1 ] > 0.4 моль/л.

Впервые была зарегистрирована инверснаялнаселенность верхнего лазерного уровня 1Чс13+ при прямой ядерной« накачке лазерных жидкостей РОС^-ЗпСЦ-235и©22 Ь-К(13+ на импульсном реакторе БАРС-6: С увеличением энерговклада осколков деления инверсная-населенность значительно возрастала, и временная область, где создавалась инверсная населенность, расширялась. Пропорционально увеличению энерговклада осколков деления возрастал линейный коэффициент усиления* излучения« на длине волньь генерации Ы<13+, который в некоторых образцах РОС13-8пС1 Г2351Ю22+-Ш3+ и РОС13-8ЬС15-23\Ю22+-Ш3+ превышал полные потери излучения при энерговкладе более 15'Дж/см"5. В то же время, с увеличением энерговклада возрастал и линейный коэффициент дополнительных активных потерь оптического излучения на длине волны генерации который удалось уменьшить в 1.5-2 раза при повышении давления в жидкости до 25 атм.

Замечательный результат был получен при синхронизованном облучении лазеров на РОСЬ-ЗпСЦ-Ш3" и Р0С13-8пСЦ-235и022,"-Ш?+ светом Хе-лампы и мощным излучением реактора БАРС-6 с плотностью потока нейтронов (1.8±0.1)-1017 и/см2-с и длительностью нейтронного импульса 180 мкс. Было установлено, что энергия генерации лазеров с оптической накачкой при реакторном облучении возрастала на 20-30 %, а пороговая энергия накачки несколько уменьшалась с увеличением поглощенной дозы излучения.

Создание инверсной населенности верхнего лазерного уровня при прямой ядерной накачке и стабильная работа жидкостных лазеров с оптической накачкой в условиях мощного реакторного облучения свидетельствуют о возможности получения лазерной генерации при прямой ядерной накачке жидких лазерно-активных материалов. Для достижения порога и получения лазерной генерации необходимо уменьшить потери оптического излучения на длине волны генерации N(1^ X = 1.05 мкм в лазерных жидкостях Р0С13-8пС1}-235и022+^с131 и Р0С13-8ЬС15-235и022+-Ш3+ с большими концентрациями Ш3+ и 235Ш22+ и увеличить линейный коэффициент усиления излучения, увеличить эффективность преобразования энергии тяжелых заряженных частиц в энергию возбуждения и, главное, уменьшить длительность импульса нейтронов реактора.

178

Зарегистрирована инверсная населенность верхнего лазерного уровня /2 Ис13+ при( облучении лазерной жидкости РОС1з-ВС13-Мс13+ на реакторе БАРС-6. Благодаря-большому сечению вынужденного излучения эффективность накачки верхнего лазерного уровня- %/2Ш3+ вРОС13-ВС1з-Ш3+ при реакторном облучении ллр л I о | в 3 раза больше, чем в РОС1з-8пС14- и©2 -N(1« . Поэтому при увеличении содержания^ изотопа 10В вВС13 лазерная жидкость РОС13-10ВС13-Мс13+ может быть использована для получения^ лазерной« генерации при облучении медленными нейтронами- В! результате накачки продуктами ядерных реакций, прежде всего |0В(я,а)7Ьи у которых трековые эффекты при торможении в активной среде значительно меньше, чем у осколков деления, ядер урана.

Высокоэффективные жидкофазные лазерные материалы» РОС13-8пС14-Кс134, РОС13-8ЬС15-Кс13+ и РОС13-ВС1з-Мс13+ могут быть использованы в лазерах с традиационной накачкой, которые работают в условиях мощного реакторного облучешт и повышенной радиации: Такие материалы перспективны в качестве лазерно-активных сред для созданияе лазерных систем с ядерно-оптической накачкой, В; которых область ядерной накачки, и область снятия инверсии пространственно разделены.

Таким образом, установлены закономерности изменения^ свойств урансодержащих растворов РОС13-кислота Льюиса, осуществлён направленный синтез, и созданы, высокоэффективные жидкие лазерные материалы с заданными характеристиками как для ядерной, так и для традиционных способов накачки.

Список литературы диссертационного исследования доктор химических наук Тихонов, Геннадий Викторович, 2010 год

1. Thom К., Schneider R i Т. Nuclear: Pumped Gas laser. Report AIAA. 1971. N МО. (¿Том К, Шнайдер P. Т. Газовые лазеры с ядерной накачкой // Ракетная техника и космонавтика: Л 972. T. IO^N:4. С. 42r50:);¡

2. Басов Ю Г. Нетрадиционные способы накачки« лазеров-7/ Приборы и техника эксперимента. 1988. N 6: С. 5-17.

3. Lïpmski R:J:^ McArthurrDíA.^ Физика ядерно^-возбуждаемою плазмы; и про1блемы.лазеров, с ядернош накачкой: Сборник докл. Второй Межд. коиф. 26-30 сент. 1994 г. ВНИИЭФ. Арзамас-16, 1995. Т. 1. С. 44-51. : ; ■ ' '■','.;. : ;. ■';.■• . ' \ur:j\ :ï.-.

4. Дьяченко П.П., Зродников A.B., Прохоров Ю.А. и др. Гибридная ядерно-термоядерная электростанция. Препринт N2327. Обнинск: ФЭИ, 1993.

5. Пупко В.Я. Обзор экспериментальных работ по непосредственной ядерной накачке газовых лазерно-активных сред. Препринт N 1245. Обнинск: ФЭИ, 1981.

6. Гулевич А.В., Дьяченко П.П., Зродников А.В. и др. Энергетический макет лазерной системы от импульсного реактора // Атомная энергия. 1996. Т. 80. Вып. 5. С. 361-365.

7. Dyachenko P.P. Exsperimental and theoretical works performed by the Institute of Physycs and Power Engineering on the physics of nuclear-induced plasmas // Laser and Particle Beams. 1993. V. 11. N 4. P. 619-634.

8. Жаботинский M.E., Жаворонков H.M., Лебедев В.Г. и др. Оптические квантовые генераторы на жидкостях //Вестник АН СССР. 1969. N 2. С. 52-57.

9. Апикиев Ю.Г., Жаботинский М.Е., Кравченко В.Б. Лазеры на неорганических жидкостях. М.: Наука. 1986. 248 С.

10. AndreowD. A high-power liquid laser amplifier // J. Phys. D: Appl. Phys. 1974. V. 7. P. 1073-1077.

11. Гапонцев В.П. Исследования спектрально-кинетических и релаксационных характеристик ионов иСЬ~ методами лазерной спектроскопии: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. М., 1972:2Гс.

12. Friedman Н.А., Bell J. Т. A search for laster phenomena in the actinides: studies of investigations of Am3+ in liquid POCl3 // J. Inorg. Nucl. Chem. 1972. V. 34. N 12. P 3928-3930.

13. Matovich E. In Pursuit of a Pulsed Homogeneous Nuclear Laser // IEEE J. of Quantum Electronics. 1968. QE-4. N 5. P. 379.

14. Бабичева T.A., Воинов A.M., Довбыш JI.E. и dp. Лазеры с ядерной накачкой на жидких активных средах // Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой: Труды конф: 26-29 мая 1992 г. Обнинск: ФЭИ, 1992. Т.З.С. 145-155.

15. Бонч-Бруевич A.M., Капорский Л.Н., Калабугикин О.И. Жидкостные неорганические оптические квантовые генераторы // Оптико-механическая промышленность. 1973. N 12. С. 49-59.

16. Петровский Г.Т., Серёгина ЕА., Дьяченко /7.77. и др Спектрально-люминесцентные свойства ионов Nd3+ в системе GaCl3-SOCI2 при возбуждении продуктами ядерных реакций // Журнал физической химии. 1991. Т. 65. N 11. С. 3075-3079.

17. Серёгина Е.А. Проблемы поиска лазерно-активных сред для преобразования энергии деления атомных ядер в когерентное электромагнитное излучение // Химическая физика. 1996. Т. 15. N 8. С. 23-27.

18. Батяев И.М. Новые неорганические лазерные жидкости (HJDK) и их физико-технические и генерационные свойства // ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 6. С. 125-135.

19. Батяев И.М., Кабацкий Ю.А., Соклакова H.A. Люминесцентно-спектральные свойства системы SOCb-GaCb, активированной ионами уранила // Радиохимия. 1993. Т. 35. N 2. С. 67-71.

20. Батяев И.М, Кабацкий Ю.А., Соклакова H.A. Синтез и строениекомплексных соединений уранила в растворе SOCb-GaCb // Тез. докл. XVII Всесоюз. Чугаевского сов. по химии* комплексных соединений 29-31 мая 1990 г. Минск, 1990. Ч. 2. С. 339.

21. Батяев И.М., Кабацкий Ю.А., Морев С.Ю. Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства^ ионов неодима' в. системе на основе S02Cl2-GaCl3 в присутствии ионов уранила'// Оптика и спектроскопия. 1992. Т. 72. Вып. 6. С. 1489-1493.

22. Батяев И.М., Кабацкий Ю.А., Морев С.Ю. Генерация ионов неодима в неорганической лазерной^ жидкости S02Cl2-GaCl3 в присутствии ионов уранила // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17. Вып. 17. С. 82-84.

23. Батяев И.М:, Морев С.Ю. Синтез и некоторые физико-химические свойства неорганической лазерной жидкости на> основе хлорида сульфурила, активированной?неодимом и ураном-238 // ЖПХ. 1994. Т. 67. N 9. С. 1509-1513.

24. Батяев И. М., Суханов С. Б., Кшиалов Ф. М. Спектрально-люминесцентные свойства неорганических жидкостей на основе "оксихлорида фосфора, активированных неодимом и ураном (VI) // ЖПС. 1991. Т. 55. N 3. С. 507-509.

25. Любимов Е.И., Батяев И.М. Сольвотермальное растворение окислов редкоземельных элементов (РЗЭ) в POCl3-SnCl4 // ЖПХ. 1972. Т. 45. N6. С. 1176-1178.

26. Асланов Л.А., Гиляров О.Н., Куликовский Б.Н. и др. Комплексообразование в системе хлорокись фосфора-льюисова кислота-неодим // Координационная химия. 1982. Т. 6. Вып. 6. С. 723-736.

27. Януш О.В., Карапетян Г.О., Мосичев В.И. и др. Квантовый выход и сечение усиления стимулированного излучения для растворов неодима в оксихлориде фосфора // ЖПС. 1976. Т. 24. Вып. 4. С. 622-630.

28. Heller A. Formation of hot ОН bonds in the radiationless relaxations of excited rare earth ions in aqueous solutions // J. Am. Chem. Soc. 1966. V. 88. N 9. P. 2058-2069.

29. Гаевой Г. M., Жаботинский M. Е., Красшов Ю. И. и др. Особенности переноса и диссипации энергии в люминофорах на основе полифосфорных кислот с уранилом и р.з. ионами // Изв. АН СССР. Неорг. мат. 1969. Т. 5. N 4. С. 691-700.

30. Brecher С., French K.W. Comparision of Aprotic Solvent for NdJ+ Liquid Laser Systems: Selenium Oxychloride and Phosphorus Oxychloride // J. Phys. Chem. 1969. V. 73. N 6. P. 1785-1789.

31. Weichselgartner H., Perchermeier J. Anorganische Fliissigkeitslaser. Beitrâge1zur praparation und Hanghabung der aktiven Lôsungen // Z. Naturforsch. 1970. Bd. 25a. S. 1244-1247.

32. Пэйн Д.С. Галогениды и оксигалогениды элементов V группы*// Певодные растворители. Под ред. Ваддингтона Т.: Пер. с англ.- М.: Химия, 1971. Гл. 8. С. 282-333:

33. Батяев И.М., Соловьев MA. К вопросу о комплексообразовании в жидкой системе хлорокись фосфора-хлорид галлия, активированной хлоридом, неодима // ЖНХ. 1976. Т. 9. С. 2556-2557.

34. Collier F., Dubost H., Kohlmuller R., Raoult G. Sur 1 ionization du mélange POCl3-SnCl4 et son intérêt comme solvant minéral' des chlorures de terres-rares // Comptes rendus Acad. Se. Paris. 1968. T. 267 C. N 23. S. 1605-1608.

35. Гутман В. Химия координационных соединений в неводных растворах: Пер. с нем.- М.: Мир, 1971. 220 с.

36. Heller A., French K.W., Haugsjaa P.O. Formation of electronically excited ions in electrode processes: electroluminiscence of trivalent rare earth ions in liquid solutions //J. Chem. Phys. 1972. V. 56. N 5. P. 2368-2377.

37. Schimitschek Erhard J. Laser Emission of a Neodymium Salt Dissolved in POCI3//J. Appl. Phys. 1968. V. 39. N 13. P. 6120-6121.

38. Brecher C., French K.W. Spectroscopy and Chemistry of Aprotic Nd1+ Laser Liquids //J. Phys. Chem. 1973. V. 77. N 11. P. 1370-1377.

39. Батяев И.М., Соловьев М.А. Состав и строение комТшексов в системе NdCh-SnCLrPOClj //Изв. Ali СССР. Неорг. мат. 1977. Т. 13. N 1.С. 104-108.

40. Brun Р., Саго P. Sur la dissolution des compousés du néodyme dans РОС13 // Comptes rendus Acad. Se. Paris. 1971. T. 273 C. S. 894-897.

41. Weichselgartner Н. Zur Präparation laseraktiver Flüssigkeiten mit hohen Fluoreszenzlebensdauern//Z. Naturforsch: 1969. Bd. 24a. S. 1665-1666.

42. Иванов B.M., Ермакова H.B. Оптические и цветометрические характеристики комплексов редкоземельных элементов с арсеназо III // ЖАХ.1882001. T. 56, N6. С. 586-590.

43. Бусее А.И., Типцова В.Г., Иванов В.М. Практическое руководство по аналитической химии редких элементов: М.: Химия, 1966. 412 с.

44. Спектрофотометрические и люминесцентные методы определения лантаноидов / Полуэктов Н.С., Кононенко Л.И., Ефрюшина Н.П., Бельтюкова C.B.; Отв. ред. Пилипенко А.Т.; АН УССР: Физ.-хим: Ин-т им. A.B. Богатского. Киев: Наукова думка, 1989. 256 с.

45. Уран. Методы его определения / Под ред. В.К. Маркова. 2-е изд. испр. и доп. М.: Атомиздат, 1964. 504 с.

46. Нгмодрук A.A., Глухова JI.JT. Взаимодействие шестивалентного урана с арсеназо III в сильнокислых растворах //ЖАХ. 1963. Т. 18. Вып. 1. С. 93-98.

47. Дьяченко U.U., Дорофеев Ю.Б., Полетаев Е.Д., Серёгина Е.А. Подпороговая диагностика активных сред для.1 лазеров с прямой ядерной накачкой. Препринт N 2070. Обнинск: ФЭИ, 1990. 17 с.

48. D'yachenko P.P., Dorofeev Yu.V., Poletaev E.D., Seregina E.A., Korobkin V. V. Subthreshold Diagnostics of Active Media for Direct Nuclear Pumped Lasers // Proc. of Int. Conf. LASE1C90. December, 10-14. 1990. STS. PRESS. Mc. Lean. 1991. P. 835-842.

49. А. Тихонов Г.В., Серёгина Е.А. 0 восстановлении урана» (УГ) в растворах оксихлорида фосфора // Современная химическая физика. XI симпозиум. 18-29 .сент. 1999 т. Туапсе. Тез. докл. С. 126-127.

50. Росоловский В. Я. Химия безводной хлорной: кислоты. М.: Наука, 1966. 140 с.

51. Мельниченко Е. Б. Физико-химические свойства- системы SnCl4-POCl3 // Труды Института химических наук. АН Казахской ССР. 1983. Т. 60. С. 19-30.

52. Бургер К. Сольватация, ионные реакции и комплексообразоваиие в неводных средах: Пер: с англ. М.: Мир; 1984.

53. Корбридж Д. Фосфор: Основы химии, биохимии, технологии: Пер. с англ. М.: Мир. 1982. 680 с.

54. Nakamoto К. Infrared spectra of inorganic and coordination compounds. Wiley. New York. 1963. 112 p.

55. Рабинович E., Белфорд P. Спектроскопия и фотохимия соединенийуранила: Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1968. 344 с.

56. Газиее С.А., Горшков Н.Г., Маишров Л.Г., Суглобов Д.Н. Влияние солей металлов на фотостимулированный кислородный обмен уранила в водных растворах // Радиохимия. 1986. Т. 28: Вып. 6. С. 764-770.

57. Gordon G., Kern D.M.H. Observations on the Complex between Uranyl and Clorite Ions // Inorg. Chem. 1964. V. 3, N 7. P. 1055-1056.

58. Справочник химика. Под ред. Б. П. Никольского и др. М.: Химия, 1965. Т. IV. С. 747.

59. Белевский В.Н., Бугаенко JI.T. Радиационная химия кислородных соединений хлора. V. Исследование радиолиза водных растворов хлорной кислоты методом ЭПР//ЖФХ. 1967. T.41,N 1.С. 144-151.

60. Казаков В. П., Шарапов Г. Л. Радиолюминесценция водных растворов.-М.: Наука, 1986. 136 с.

61. Казаков В.П. Радиолюминесценция растворов урана. // Изв. РАН. Сер. Физ. 1992. Т. 56. N. 2. С. 57-63.

62. Асланов Jl.A., Галузпна Т.В., Гиляров О.Н. и др. Взаимодействие безводного перхлората неодима с оксихлоридом фосфора // ЖНХ. 1988. Т. 33. Вып. 7. С. 1702-1705.

63. Липшина И.И. Уранил и его соединения. М.: Изд-во АН СССР ИОНХ им. Н.С. Курнакова, 1959. 316 с.

64. Новодережкина Т.Л., Серёгина Е.А., Борипа А.Ф., Куликовский Б.Н. Взаимодействие и перенос энергии возбуждения между ураном и РЗЭ в смешанном апротонном растворителе РОС13-8пС14 // ЖНХ. 1998. Т. 43. N 2. С. 314-319.

65. Серёгина Е. А., Боргта А.Ф., Новодережкина Т.Л., Куликовский Б.Н. Перенос энергии возбуждения и характеристика полиядерных комплексов в системе POCl3-SnCl rU022+-Nd3+(Er3+>// ЖНХ. 1999. Т. 44. С. 1201-2007.

66. ЗА .Дьяченко 77.77., Серёгина Е.А., Тихонов Г.В. Активный материал для жидкостных лазеров? и усилителей: Патент РФ № 2075143 от 10.03.97, МПК H01S3/20. 3 с.

67. Лазерные фосфатные стёкла / Алексеев Н.Е., Гапонцев В.П., Жаботинский М.Е. и др. Под ред. Жаботинского М.Е.- М.: Наука, 1980. 352 с.

68. Шарипов Г.Л., Казаков В.П. Радиолюминесценция водных растворов Tb3f. Концентрационная зависимость интенсивности люминесценции // Оптика и спектроскопия: 1980. Т. 48. Вып. 1. С. 69-74.

69. Серёгина E.A., Серёгин A.A. Спектрально-люминесцентные свойства Eu34 в неорганических апротонных растворителях D20 и POCl3-SnCl4 // Оптика и спектроскопия. 2002. Т. 92. N 5. С.726-731.

70. Carnall W.T. Handbook on the physics and chemistry rare earths. Amsterdam. Holland Publ. Co. 1979. V. 3. P. 171-208.

71. Бедилов М.Р., Хабибулаев П.К., Бейсембаева Х.Б. Влияние нейтронного излучения на эмиссионные свойства твердотельных лазеров // ЖТФ. 1981. Т. 51. С.2436.

72. Бедилов М. Р., Бейсембаева X. Б., Саидов Р. П., Хабибулаев /7. К Действие пучка электронов на работу лазера на основании HAP-Nd1' // Укр. Физ. журн. 1986. Т. 26. С. 1904.

73. Журавлева О.В., Курносое В.Д., Швейкин В.И. Воздействие радиации на GaAlAs—GaAs- и InGaAsP—InP-лазеры // Квантовая электроника. 1997. Т. 24. N 9. С. 773-775.

74. А. Добровольский А.Ф., Кабаков ДВ., Серегин A.A., Серёгина Е.А., Тихонов Г.В. Влияние реакторного излучения* на работу неодимового лазера на неорганической жидкости // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. N 2. С. 139-142.

75. Серегина Е. А., Новодерёжкина Т. Л., Куликовский Б. Н. Спектрально-люминесцентные характеристики и перенос энергии возбуждения в растворе P0Cl3-AlCl3-U022+-Nd3+ // ЖНХ. 2002. Т. 47. N.6. С. 1004-1009.

76. Коршунов Б.Г., Сафонов В.В., Дробот Д.В. Диаграммы плавкости члоридных систем. Справочник. Л.: Химия, 1972. 384 с.

77. Координационная химиям редкоземельных элементов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. 254 с.

78. Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной' области. М.: Химия, 1977. 280 с.

79. Воронъко Ю.К., Кротова Л.В., Сычугов В. А., Шипуло Г.П. ОКГ с жидкими активными веществами- на основе POCl3:Nd3+ // ЖПС. 1969: Т. 10. Вып. 2. С. 244-247.

80. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. 2 / Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. М.: Сов. энциклопедия» 1990. Т. 2. 673 с.

81. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. 5 / Редкол.: Зефиров И.С.~(гл: ред.) и др. М.: Большая Российская энцикл., 1998. 784 е.: ил.

82. Шека H.A., Войтович Б.А. О соединениях четыреххлористого циркония с оксихлоридом фосфора //ЖНХ. 1956. Т. 1, N 6. С. 964-968.

83. Heller A. A high-gain room temperature liquid laser — trivalent neodymium in selenium oxychloride//Appl. Phys. Lett. 1966. V. 8. N 3. P. 106-108.

84. МаракушевА.А. Петрогенезис и рудообразование (геохимические аспекты). М.: Наука, 1979: 192 с.

85. Хьюи Дж. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность. Пер. с англ. М.: Химия, 1987. 696 с.

86. Нефедов В Д., Текстер Е.Н., Торопова М.А. Радиохимия. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1987.272 с.

87. Юсов А.Б., Шилов В.П. Фотохимия ионов/-элементов // Изв. Академии наук. Сер. Хим. 2000. N 12. С. 1957-1984.

88. Кабаков Д.В., Серегина- Е.А. Спектральные свойства неодима в POCl3-BCl3-Nd34 // Современная химическая физика. XIX симпозиум. 22 сент.-ОЗ окт. 2007 г. Туапсе. Тез. докл. ИПХФ РАН. С. 357.