Синтез неустойчивых соединений. Столкновительный обмен колебательной энергией между молекулами одного сорта происходит быстрее, чем между молекулами разных видов, в свою очередь обмен колебательной энергией между всеми молекулами идет быстрее, чем обмен между колебательными и поступательными степенями свободы молекул [81, 82].
Это наряду со способностью молекул к многофотонному поглощению ИК-излучения позволяет найти режимы воздействия (плотность энергии облучения 0,01 - 1,0 Дж/см2, t ~ 10-6 - 10-7 с, р ~ 0,1 - 1 Тор), при которых происходит изотопически селективная диссоциация и осуществляется управление синтезом радикалов. Отрыв колебательной температуры от поступательной, реализуемый в таких режимах, позволяет осуществлять синтез термически менее устойчивых соединений при ИК-фотолизе соединений, более устойчивых, например синтез СF3I при фотолизе СF3Вr в атмосфере I.
Лазерная термохимия. В тех случаях, когда релаксационные процессы исключать не удается (длительное воздействие ЛИ, относительно большое давление газа, твердые тела), лазерное воздействие носит тепловой характер. Но резонансное поглощение излучения исходными или конечными продуктами химических реакций влияет на ход химических процессов и тогда, когда реагирующие атомы и молекулы находятся в состоянии локального теплового равновесия. Это происходит в силу обратной связи между химическими и тепловыми степенями свободы системы. Изменение в ходе реакции концентрации молекул, поглощающих ЛИ, приводит к изменению скорости ввода лазерной энергии, что меняет температуру реагентов, а значит, и скорость химических реакций. Изменение интенсивности, длины волны или других параметров ЛИ изменяет тип обратной связи, управляет динамикой процесса и составом продуктов реакции. Пример - связывание атмосферы азота в реакции с парами воды (синтез аммиака и азотной кислоты) при резонансном лазерном воздействии на насыщенные водяные пары в квазинепрерывном режиме. Увеличение выхода NН3 достигается при этом с помощью 100 %-ной модуляции мощности поглощенного ЛИ в силу сложности динамики резонансного лазерного нагрева молекулярных газов.
В гетерогенных условиях (т.е. на границе раздела твердое тело - жидкость, твердое тело - газ и т.п.) лазерная термохимия позволяет осуществлять обычно не идущие реакции осаждения металлов из растворов сложных солей, обращать термодинамически возможную последовательность протекания электродных процессов в растворах электролитов по отношению к электрохимическому ряду напряжений, создавать по выбору омические или выпрямляющие контакты металл-полупроводник, синтезировать совершенные полимерные пленки (полиимидизация) и т.д. [82].
С появлением лазеров сформировался новый раздел физики, называемый металлооптика, в котором изучается взаимодействие с металлами интенсивного ЛИ. В теории лазерного воздействия разработаны модели, описывающие механизмы поглощения света и передачи поглощенной энергии. В разд. 2 первой части курса показано, как при поглощении квантов возрастает кинетическая энергия отдельных электронов, которая за 10-13 - 10-12 c перераспределяется между другими электронами (в результате межэлектронных соударений), и возрастает температура электронного газа Те. Далее эта энергия передается решетке (за 10-11 - 10-10 c), что приводит к росту решеточной температуры (Тi). Через время ~ 10t обе температуры выравниваются (Те = Тi = Т). Нагрев внутренних слоев осуществляется за счет электронной теплопроводности. Так как коэффициент поглощения металлов увеличивается с нагревом (А~ Т), то это ведет к постепенному ускорению темпа разогрева металла ЛИ постоянной плотности, вплоть до перехода к тепловой неустойчивости.
При высоких интенсивностях и коротких воздействиях ЛИ Те может значительно превышать Тi, а поглощение отличаться от равновесного.
Помимо непосредственного роста температуры, к изменению коэффициента поглощения a при лазерном нагреве на воздухе приводит окисление поверхности металла, сопровождающееся образованием поглощающих и интерференционных окисных пленок, а также диффузией кислорода в скин-слой металла. Эти механизмы существенны при воздействии непрерывного интенсивного ЛИ. К росту a ведет также образование на поверхности периодического рельефа при нагреве металла в интерференционном поле падающего излучения и возбуждаемых им поверхностных ЭМВ. Лазерное воздействие меняет также индикатрису отражения первоначально зеркальной металлической поверхности в результате появления заметного диффузного рассеяния света.
Отдельную область металлооптики составляют магнитооп-тические явления в ферромагнетиках, заключающиеся во влиянии намагниченности на состояние поляризации при отражении света от металла или прохождении его через тонкие пленки и объясняемые в рамках квантовой теории взаимодействия внешних и внутренних электронов ферромагнетика и влияния спин-орбитального взаимо-действия на поглощение света [83, 84].
Следует отметить, что в технологии
оптики под металлоопти-кой понимаются также оптические элементы и системы (в
первую очередь зеркала), выполненные из металлов. Они используются в оптических
приборах различного назначения (микроскопах, телескопах) в качестве экранов,
отражателей и др. Широкое распространение получила металлооптика в
криовакуумных системах, и в особенности в лазерной технике, где используются
металлические зеркала в резонаторах СО2-лазеров. Методами алмазного
точения удается получать гладкие металлические поверхности с коэффициентом
отражения 98-99 %, обладающие малым рассеянием.
Литература
лазерный нагрев световой
1. Болдырева Л.Б.: Что дает физике наделение физического вакуума свойствами сверхтекучего 3He-B. - М.: ЛИБРОКОМ, 2012
2. НИУ БелГУ; Н.В. Камышанченко и др.; рец.: Ю.В. Солюсаренко, Э.В. Иванисенко: Введение в основы физики аморфного и стеклообразного состояния твердых тел. - Белгород: ИПК НИУ "БелГУ", 2012
. : Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее. - Белгород: БГТУ, 2011
. Конт Р.: Метод Пенлеве и его приложения. - Ижевск: Ижевский институт компьютерных исследований, 2011
. Красников Н.В.: Новая физика на Большом андронном коллайдере. - М.: КРАСАНД, 2011
. Логунов А.А.: Релятивистская теория гравитации. - М.: Наука, 2011
. М-во образования и науки РФ, Департамент образования, культуры и молодежной политики Белгородской области, БелГТУ им. В.Г. Шухова: Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011
. НИУ БелГУ; гл. ред. Л.Я. Дятченко: Научные ведомости Белгородского государственного университета. - Белгород: ИПК НИУ "БелГУ", 2011
. НИУ БелГУ; гл. ред. Л.Я. Дятченко: Научные ведомости Белгородского государственного университета. - Белгород: ИПК НИУ "БелГУ", 2011
. НИУ БелГУ; гл. ред. Л.Я. Дятченко: Научные ведомости Белгородского государственного университета. - Белгород: ИПК НИУ "БелГУ", 2011
. НИУ БелГУ; гл. ред. Л.Я. Дятченко: Научные ведомости Белгородского государственного университета. - Белгород: НИУ БелГУ, 2011
. Присный А.В.: Биофизика. - М.: НОУДПО "Институт АйТи", 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Кинетика и термодинамика твердофазных реакций. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Композитные наноматериалы ионики твердого тела. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Магнитные свойства нанокомпозитов. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Оптические свойства нанокомпозитов. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Структурный анализ нанокристаллов. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Фазовые переходы в нанокомпозитах. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Физика квантоворазмерных систем. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов и др.: Электроактивные нанокомпозитные материалы. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов, Ю.С. Тверьянович: Фотоактивные композитные твердотельные наноматериалы. - СПб.: СПбГУ, 2011
. СПбГУ; авт.-сост.: А.С. Комолов, Ю.С. Тверьянович: Электронные свойства органических и композитных полупроводниковых наноматериалов. - СПб.: СПбГУ, 2011
. Феофанов А.В.: Конфокальная микроскопия и микроспектроскопия. - М.: НОУДПО "Институт АйТи", 2011
. Феофанов А.В.: Основы оптической микроскопии. - М.: НОУДПО "Институт АйТи", 2011
. Яковлев Ю.П.:
Вариант упрощённой реализации идеи И.Р. Пригожина о приоритете законов
термодинамики и необходимости учёта стрелы времени А.С. Эддингтона. - СПб.:
Нестор-История, 2011