автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Кинетические модели ядерно-возбуждаемой газовой плазмы, содержащей нанокластеры соединений урана

На правах рукописи

КОСАРЕВ ВСЕВОЛОД АЛЕКСАНДРОВИЧ

КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНО-ВОЗБУЖДАЕМОЙ ГАЗОВОЙ ПЛАЗМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ НАНОКЛАСТЕРЫ СОЕДИНЕНИЙ УРАНА

05.13,18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 5 СЕН 2011

Обнинск-2011

4853167

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации -Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент

Будник Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, доцент

Карелин Александр Витальевич

доктор физико-математических наук, доцент Суворов Алексей Анатольевич

Ведущая организация: Государственный научный центр

Российской Федерации -Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований

Защита состоится « 2.2 » октября 2011 г. в «/0 » часов на заседании диссертационного совета Д 201.003.01 при ГНЦ РФ ФЭИ по адресу: 249033, Калужская область, г.Обнинск, пл. Бондаренко 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ФЭИ Автореферат диссертации разослан «2^» _2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Т.Н.Верещагина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из наиболее значимых проблем в области лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН) представляется проблема поиска как перспективных лазерно-активных сред, так и более эффективных способов преобразования ядерной энергии в энергию оптического когерентного излучения. Широко используемые в настоящее время активные газовые лазерные среды до настоящего времени не позволили создать высокоэнергетичные ЛЯН [1-4]. Связано это, в основном, с тем, что при таком способе накачки активной среды лазера, лишь около десяти процентов энергии осколков деления попадают в активную среду. Ядерно-возбуждаемая плазма, содержащая мелкодисперсные частицы, представляется весьма перспективной в качестве активной лазерной среды для создания высоко-энергетичных конкурентоспособных ЛЯН, поскольку имеет ряд преимуществ относительно других лазерно-активных сред [5]:

1) Использование аэрозольных сред может позволить увеличить эффективность энерговклада осколков деления в среду на порядок.

2) Аэрозольные среды, вследствие распыления делящегося вещества по объему среды, позволят уменьшить ограничения на размеры лазерно-активных элементов (ЛАЭЛов) и на диапазоны применяемых давлений.

3) Равномерное распыление частиц по активной среде лазера уменьшит крупномасштабные оптические неоднородности, имеющие место в средах с гетерогенным способом накачки среды.

Есть и ряд ограничений, которые создают значительные трудности при использовании аэрозольных сред в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН:

1) Процессы ослабления лазерного излучения пылевыми частицами, распыленными в активной среде лазера — серьезная проблема использования аэрозольных сред в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН.

2) Пылевые частицы, попадая в плазму инертных газов, заряжаются. Вследствие большей подвижности электронов по сравнению с ионами, многозарядные кластеры приобретают отрицательный заряд. Соответственно, увеличивается взаимодействие с ионами среды. Эти процессы могут существенно повлиять на компонентный состав среды, что, в свою очередь, вполне способно отразиться на генерационных характеристиках.

3) Проблемы технологического характера и радиационной безопасности при работе с радиоактивными аэрозолями. Очень важный аспект. Во многом из-за этого рассматриваемый метод ядерно-оптического преобразования энергии до сих пор экспериментально практически не изучен.

Цели диссертационной работы: 1) Исследование влияния нанокластеров и микрочастиц на протекание кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме при различных концентрациях и размерах добавленных в среду нанокластеров, в условиях, характерных для ядерной накачки удельных мощностей энерговклада.

2) Исследование влияния нанокластеров на протекание кинетических процессов в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме при различных концентрациях частиц в концепции применения данной среды в качестве лазерно-активной среды для ЛЯН.

3) Исследование гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей на-нокластеры соединений урана, на возможность усиления лазерного излучения на длине волны 1,79 мкм.

Научная новизна:

1) Впервые разработана кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы, с учетом дискретности процесса передачи заряда. С помощью разработанной модели методами математического моделирования исследовано влияние нанокластеров и микрочастиц на компонентный состав данной среды. Также изучены процессы зарядки пылевых частиц.

2) Впервые разработана кинетическая модель гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры. С помощью разработанной модели методами математического моделирования исследовано влияние нанокластеров на компонентный состав данной среды, а также на генерационные характеристики гелий-аргоновой активной среды для лазерного излучения на переходе Лг(Зй?[1/2]10)- Аг{Ар[Ъ12\г) на длине волны X - 1,79 мкм в условиях, характерных для ядерной накачки удельных мощностей энерговклада.

3) Впервые показана возможность усиления слабого сигнала лазерного излучения на длине волны Х - 1,79 мкм в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры соединений урана при больших (10п-1012 см"3) концентрациях нанокластеров.

На защиту выносятся:

1) Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы.

2) Результаты математического моделирования кинетических процессов в ядерно-возбуждаемой гелиевой плазме, а именно - результаты расчета компонентного состава гелиевой пылевой для частиц радиусами 10, 100 и 200 нм.

3) Кинетическая модель гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры, при различных концентрациях частиц.

4) Результаты математического моделирования кинетических процессов в ядерно-возбуждаемой гелий-аргоновой плазме, а именно - результаты расчета компонентного состава гелий-аргоновой пылевой плазмы, содержащей нанокластеры радиусом 10 нм. А также расчет одной из основных генерационных характеристик данной среды - линейного коэффициента усиления слабого сигнала для лазерного излучения на переходе Аг{М[\12\ 0)- Аг{Ар[Ъ11\Х 2) на длине волны X = 1,79 мкм.

Научная и практическая значимость. В работе разработаны кинетические модели гелиевой и гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы. Детальное изучение негативных факторов, которые имеют место в данных средах (речь идет, в первую очередь, о негативном влиянии нанокластеров на кинетику заселения лазерных уровней, а также о процессах ослабления лазерного излучения пылевыми частицами), в сравнении с их преимуществами дает объективную оценку в плане перспективы данной среды для дальнейшего ее использования в области лазерной энергетики. Добавление нанокластеров соединений урана именно в гелий-аргоновую среду позволяет существенно уменьшить процессы ослабления лазерного излучения на пылевых частицах, поскольку данная среда излучает в инфракрасном диапазоне, что в концепции применения аэрозольных сред является несомненным преимуществом по сравнению со средами, излучающими в диапазонах более коротких длин волн. Кроме того, в отличие от широко используемых ксено-новых сред, тоже генерирующих лазерное излучение в инфракрасном диапазоне, кинетика процессов, происходящих в гелий-аргоновой среде, исследована гораздо менее подробно, что, соответственно, представляет значительный научный интерес в плане ее более детального изучения.

Таким образом, исследование влияния нанокластеров на кинетику данных сред, а также на генерационные характеристики гелий-аргоновой среды для лазерного излучения на переходе Лг(Зс/[1/2]10)- Аг(Ар[Ъ12\2) на длине волны Х = 1,79 мкм

показывает потенциальную возможность использования данной среды в качестве лазерно-активной среды в концепции применения аэрозольных сред в качестве активных сред для ЛЯН, и является начальным этапом практического освоения данного типа лазеров.

Достоверность результатов диссертации подтверждается физической обоснованностью постановки задачи, широкой апробацией использованных в работе данных по кинетическим моделям и методов расчета, а также хорошим соответствием результатов моделирования гелий-аргоновой среды с экспериментальными и расчетными данными, полученными другими авторами.

Личный вклад диссертанта. Идея работы принадлежит научному руководителю - А.П. Буднику. Им же была выполнена постановка задачи. Автор самостоятельно проводил сбор, систематизацию и анализ необходимых данных для построения кинетических моделей, построенных в настоящей работе. Содействие при поиске необходимой литературы оказали: А.П. Будник, В.П. Лунев и Е.Э. Кузнецова. При математическом моделировании использовался комплекс программ, созданный на основе [7-8]. Автором диссертации написаны программы для расчета необходимых параметров взаимодействия нанокластеров с заряженными компонентами плазмы для учета роста температуры. Автор диссертации самостоятельно проводил численные расчеты и необходимую обработку полученных данных. Анализ результатов проводился совместно с А.П. Будником.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научных семинарах в ГНЦ РФ-ФЭИ, а также докладывались на 3 международных, 2 всероссийских конференциях, а также на 2 всероссийских школах-семинарах:

1. IV международная конференция «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007, г. Обнинск, Россия, сентябрь 2007 г.);

2. II Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем» (АФМ-2008, г.Москва, Россия, декабрь 2008 г.);

3. XVII Всероссийская конференция «Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов и решение задач математической физики с приложением к многопроцессорным системам», посвященная памяти К.И. Бабенко (г. Новороссийск 15-21 сентября, 2008 г.);

4. XIII International conference on Physics of Non-ideal Plasmas (Chernogolovka, Russia, September 13-18, 2009);

5. VI International Conference Plasma physics and plasma technology. (Minsk, Belarus, September 28 - October 2, 2009);

6. III Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем» (АФМ-2009, г.Москва, Россия, декабрь 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 1 статья из перечня Высшей аттестационной комиссии РФ. Список работ представлен в конце автореферата.

Структура и объём диссертационной работы: диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, включает 144 страницы машинописного текста, 36 рисунков, 7 таблиц, содержит библиографию из 119 наименований и Приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется постановка задачи, а также предпосылки к данному исследованию. Кроме того, во введении изложены перспективы применения аэрозольных сред в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН, научная новизна, защищаемые положения, краткое содержание работы, а также структура и объем диссертации.

Первая глава посвящена истории данного вопроса и обзору основных работ, проведенных в данной области исследований. Рассматриваются работы, как по исследованию ядерно-возбуждаемой пылевой плазмы, так и гелий-аргоновой среды в качестве лазерно-активной среды для ЛЯН.

Математическая модель, методы решения построенных систем уравнений, а также описание применяемых для их решения программных комплексов изложены во второй главе. В ней описывается математическая модель, основанная на использовании уравнений кинетики для описания временной эволюции компонент кинетической модели, а также на использовании уравнения Больцмана для описания функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ). Необходимо отме-

тить, что данные уравнения решаются совместно. При этом учитывается, что на-ночастицы в рассматриваемых условиях могут разрушаться.

Во-первых, разрушение нанокластеров, содержащих делящиеся элементы в нейтронных полях, может происходить при делении атомного ядра, находящегося внутри или на поверхности нанокластера.

Во-вторых, разрушение нанокластера может происходить при столкновении с ним осколка деления.

Согласно современным представлениям движущийся с характерной скоростью V ~ 109 см/с в конденсированной среде осколок деления создает вблизи оси трека (сердечник трека) область расплава, температура достигает примерно 10 кК, а характерный поперечный размер порядка 1 нм. Это, на наш взгляд, должно приводить к разрушению нанокластеров размером около 10 нм.

Рассмотрим вначале влияние первого механизма разрушения на процессы в активной среде. При применении импульсных реакторов в типичных условиях ядерной накачки (мощность энерговклада 1¥0 ~ 102 Вт/см3, длительность импульса т0 порядка 100 мкс) концентрация разрушенных нанокластеров не может превышать п0 = 1У0т()Ь~ц', где ¿^ - энергия, выделяющая при делении атомного ядра. Нетрудно оценить, что при этом л0~3-Ю8 см"3. При концентрациях наночастиц, представляющих наибольший практический интерес (п^ ~10псм"3), доля разрушившихся наночастиц невелика в рассмотренных условиях.

Оценим влияние разрушения наночастиц и при их столкновении с движущимися в активной среде осколками деления. Влияние этого процесса можно оценить следующим образом. Принимая, что длина свободного пробега осколка деления до столкновения с наночастицей равна /^ = (пакг}у{, где пс1 - концентрация нанокластеров, га - их радиус и полагая г^=10 нм, находим, что ~ 3 см. В газообразном гелии, в котором наибольший пробег осколков деления в инертных газах, сравнивается с длиной свободного пробега осколка деления в газе уже при

давлении газа =3 атм и температуре около 300 К. При более высоком давлении гелия среднее число разрушенных наночастиц движущимся осколком деления до его остановки будет меньше единицы.

Поскольку рассмотрение разрушения наночастиц представляется крайне сложной задачей, содержащей большое число неопределенностей, в ходе выполнения диссертационной работы пришлось ограничиться рассмотрением указанных типичных условий и не рассматривать процессы взаимодействия наночастиц с осколками деления.

В математической модели рассматриваются взаимодействия многозарядных нанокластеров с заряженными компонентами плазмы, для чего рассчитываются константы скоростей реакций многозарядных нанокластеров с ионами среды, а

также сечения взаимодействия многозарядных нанокластеров с электронами. Так- -же кратко рассматриваются некоторые особенности кинетики данных сред в уело-виях, для которых проводилось моделирование. В математической модели для описания макроскопической кинетики использовалось так называемое «нульмерное» приближение. Это однородная и изотропная модель, в которой не принима- L ются в расчет гидродинамические процессы переноса, и рассматривается только распределение частиц и энергии между ними в результате радиационных процессов, а также, столкновений атомов, электронов, молекул и т.д. В дальнейшем для краткости данные процессы именуются как плазмохимические реакции. Также считается, что диффузией компонент плазмы можно пренебречь.

Была использована система интегро-дифференциальных уравнений, описывающая временную эволюцию концентраций компонент плазмы, аналогичная составленной в [5]. При решении жесткой нелинейной системы уравнений кинетики -использовался метод Гира с неявными схемами до пятого порядка и переменным шагом по времени. При вычислении ФРЭЭ и скоростей процессов с участием электронов на каждом временном интервале решается уравнение Больцмана. Данная задача решалась с помощью широко распространенного для расчетов кинетики различных процессов в лазерных средах комплекса программ, специально модифицированного под данную задачу [6, 7].

В третьей главе подробно рассматривается кинетическая модель гелиевой | ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы в зави- | симости от концентрации и размеров частиц. В данную модель входят: 21 компо- I нента и 108 реакций для частиц радиусом 10 нм; 41 компонента и 228 реакций для частиц радиусом 100 нм; 51 компонента и 288 реакций для частиц радиусом 200 нм. Графически рассматриваемая в работе кинетическая модель показана на рис. 1.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма рассматриваемых в кинетической модели состояний и основных процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме

Энергия, эВ

26

' В данной работе под понятием «нанокластер» подразумевается частица сфе-

' рической формы размером порядка < О,1 мкм, частицы же радиусом > 0,1 мкм будем называть «микрочастицами». Также при расчете сечений взаимодействия на-нокластеров с электронами и констант скоростей пылевых частиц с ионами среды коэффициенты прилипания соответствующих частиц к нанокластерам были приняты равными единице.

В диссертации подробно исследовалось влияние кластеров на компонентный состав плазмы. Изучено изменение концентраций основных компонент среды при давлении газа р = 1 атм, максимальной удельной мощности энерговклада 0,125 кВт/см3 и длительности импульса 10 мкс для частиц радиусами 10 нм (рис. 2). При этом полагалось, что удельная мощность энерговклада осколков деления в среду линейно нарастала в течение 1 мкс до максимального значения, после чего оставалась постоянной. В связи с этим можно считать концентрации основных компонент плазмы на большей части импульса квазистационарными.

Расчеты проводились с учетом нагрева среды. Проведенное математическое | моделирование показало, что при концентрациях кластеров свыше 1011 см"3 в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме в несколько раз изменяются концентрации одних компонент данной плазмы (например, Не2+) и практически не изменяются концентрации других (например, Не+).

Процессы разрушения ионов гелия пылевыми частицами довольно сильно влияют на концентрацию в плазме ионов Не2+, но не на концентрацию ионов Не+. Объясняется это тем, что основным каналом разрушения ионов Не+ является реакция:

Не+ + Не + Не Не2+ + Не.

Рис. 2. Зависимость квазистационарных концентраций электронов Ые, удельного объемного заряда отрицательно заряженных нанокластеров в единицах заряда

I электрона N , атомарных и молекулярных ионов гелия N + и N +

ииы х Не Не2

от начальной концентрации нанокластеров . Давление гелия 1 атм

Максимальный вклад в убыль ионов Не+ в реакциях с участием нанокласте-ров (в скобках указан соответствующий заряд пылевой частицы) дает реакция:

02- + не+ + Не.

Этот канал дает вклад в разрушение ионов Не+ в десятки раз меньше.

Таким образом, каналы разрушения ионов гелия нанокластерами дают незначительный вклад в разрушение ионов Не4, т. е. нанокластеры слабо влияют на изменение концентрации ионов Не+ в плазме инертных газов, возбуждаемой осколками деления.

Также при указанных выше условиях рассматривался и процесс зарядки кластеров (рис. 3).

Представленные на рис. 3 результаты показывают, что в данных условиях пыль заряжается не очень сильно, т.е. заряд, который имеет большая часть пылевых частиц, невелик. Поэтому и необходимо было учитывать дискретность процесса передачи заряда.

Кроме того, было проведено математическое моделирование кинетических процессов гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей мелкодисперсные частицы, при различных размерах добавленных частиц. Результаты расчетов показывают, что с увеличением размеров кластеров резко возрастает заряд пылевых частиц, в результате чего существенно меняется характер взаимодействия этих частиц с заряженными компонентами среды. Также, с ростом заряда мелкодисперсных частиц увеличивается их взаимодействие между собой. Показано, что для кластеров размерами г = 200 нм, гелиевая ядерно-возбуждаемая плазма, содержащая такие частицы, становится слабонеидеальной, т.е. параметр неидеальности незначительно превышает единицу.

I , МКС

Рис. 3. Зависимость концентрации нанокластеров NсШ(1) ,тпч /'-заряд нанокластера

в единицах заряда электрона, от времени при начальной концентрации пыли

МЫт1 = 2- Ю10 см-3. Удельная мощность энерговклада 125 Вт/см3, давление гелия 1 атм

Таким образом, по результатам математического моделирования гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы, можно судить, что добавление в гелиевую среду нанокластеров при их концентрации выше 10" см" приводит к серьезным изменениям концентраций некоторых компонент (прежде всего, электронов). Однако при концентрациях пыли меньше 10п см 3 значительного влияния нанокластеров на концентрации основных компонент плазмы не выявлено. В связи с этим, сделан вывод о целесообразности дальнейшего исследования пылевой активной среды на основе гелия, в качестве лазерно-1 активной среды для ЛЯН. Помимо этого, необходимо отметить, что ФРЭЭ в течение импульса начинает значительно отличаться от максвелловской (рис. 4).

Рис. 4. ФРЭЭ: 1 - спустя 0,1 мкс после начала импульса, 2 - в конце импульса. Длительность импульса 10 мкс, удельная мощность энерговклада 125 Вт/см3

В четвертой главе рассматривается кинетика гелий-аргоновой среды, со-( держащей нанокластеры соединений урана. Кинетическая модель без пыли была разработана на основе модели, представленной группой A.B. Карелина в [3]. В кинетической модели в данной работе (см. рис. 5) учитывались следующие компоненты: атомы гелия в основном состоянии, атомы гелия в 10 нижних возбужденных состояниях.

Также учитывались: атомарный и молекулярный ионы гелия Не",Не2 > ато~ мы аргона в основном состоянии, атомы аргона в следующих возбужденных состояниях:

Ar(As[3/2]2), Ar{As\\H\), Ar{As[3!2\), Ar{As\\ 12\), Ar(Ap[\ / 2]j), Ar{Ap[5l2\), Ar{Ap[5! 2]2), Аг{Ар[Ъ 12\2), Ar{Ap[U2\), Ar{Ap'[3i2\), Ar(Ap'[3 / 2]2), Ar(Ap\l/2\), Ar{Ap\\i2\), Лг(341/2]10), Ar(Ad6), Ar(3sA).

Рис. 5. Энергетическая диаграмма рассматриваемых в кинетической модели состояний и основных реакций, протекающей в данной среде без учета нанокласте-ров. Слева для удобства шкала энергий для состояний гелия, справа - для состояний гелий-аргона и аргона. За диаграмму более крупно вынесены некоторые рассматриваемые в работе возбужденные состояния гелия, а также уровни аргона 4р, среди которых есть верхний и нижний лазерный уровни. Рассматриваемый в работе лазерный переход указан стрелкой со значением соответствующей длины волны

А также: атомарные и молекулярные ионы аргона Аг+, Аг2 , гетероядерные

ионы НеАг+, эксимеры аргона, электроны и заряженные нанокластеры с зарядами до 10 зарядов электрона.

Проведено математическое моделирование кинетических процессов в данной среде, а именно - исследовалось влияние нанокластеров на компонентный состав среды при максимальной удельной мощности энерговклада 0,125 кВт/см3, давлении р = 3 и 5 атм (рис. 6-7). Кроме того, выполнено сравнение полученных результатов для Не-Аг смеси без наличия пыли с результатами, полученными в [8] (рис. 6).

Представленные на рис. 6 результаты показали, что, как и в случае гелиевой плазмы, заметное влияние нанокластеров на компонентный состав начинает проявляться при их концентрации свыше 10" см 3.

Также, для того, чтобы понять, насколько построенная модель корректно описывает гелий-аргоновую лазерно-активную среду, проводится сравнение полученных результатов для гелий-аргоновой смеси без пыли с результатами, полученными в [8] (рис. 7).

N.. , см'

а)

б)

Рис. 6. Зависимость квазистационарных концентраций основных компонент плазмы Ык от начальной концентрации нанокластеров : а) давление смеси 3 атм, б) давление смеси 5 атм

10 15 20 25

р(Аг),торр

Рис. 7. Зависимости КПД генерации на линии 1,79 мкм от давления Аг при давлении смеси Не-Аг 1 атм: 1 - расчеты, выполненные в настоящей работе, 2 - расчеты, выполненные в [8], 3 - результаты эксперимента [9]

Как видно из результатов сравнения, представленных на рис. 8, наблюдается удовлетворительное согласие расчетов, выполненных в настоящей работе и работе [8], а также с экспериментальными данными, полученными работе [9]. Кроме того, проводится исследование влияния нанокластеров химических соединений урана на генерационные характеристики Не - Аг лазерно-активной среды. Однако перед этим представлялось целесообразным провести сравнение одной из генерационных характеристик данной среды (в настоящей работе сравнивались линейные ненасыщенные коэффициенты усиления слабого сигнала) с результатами других ученых. В связи этим, было выполнено сравнение линейных коэффициентов данной среды а, рассчитанных без пыли, с данными полученными экспериментально в [10] (рис. 8).

а , 10'2 см"1 а , 10'2 см"'

10"

10'

10'

Рис. 8. Зависимости линейных коэффициентов а от удельной мощности энерговклада при давлении смеси: &)р = Ъ атм, б)р = 4,5 атм, ъ)р = 6 атм; 1 - результаты взятые из [10], 2 - результаты расчетов, выполненных в данной работе

( I

I

Как видно из результатов, представленных на рис. 8, наблюдается удовле-I творительное согласие результатов сравнения. После этого были проведены рас-1 четы линейных коэффициентов усиления лазерного излучения для перехода Лг(3</[1/2]!о)- Аг(4р[3!2\г) на длине волны X = 1,79 мкм. Также с помощью

теории Ми [11-12] были вычислены линейные коэффициенты ослабления данного лазерного излучения на пылевых частицах радиусом г = 10 нм из химических со-

а) б)

Рис. 9. Зависимость линейных коэффициентов усиления лазерного излучения I газовой фазой гелий-аргоновой среды на длине волны 1,79 мкм и коэффициентов ' ослабления излучения нанокластерами и, 1Ю2 и и308 от их концентрации.

Давление смеси: а) 3 атм, б) 5 атм; удельная мощность энерговклада 125 Вт/см3

I

Таким образом, как и предполагалось, наличие нанокластеров размерами 10 нм при концентрациях до 1012 см-3 в среде, генерирующей лазерное излучение в инфракрасном диапазоне, существенно уменьшает ослабление лазерного излуче-I ния, особенно для мелкодисперсных частиц из 1ГО2 и металлического урана. I Учитывая все преимущества, о которых говорилось выше, при использова-

нии аэрозольных сред в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН, можно утверждать, что дальнейшие исследования этих сред представляется целесообразным.

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы.

| ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Собраны, систематизированы и проанализированы данные о сечениях ионизации и возбуждения при взаимодействиях осколков деления, упругих и неупругих столкновений электронов с компонентами гелиевой и гелий-аргоновой среды; сечениях взаимодействия нанокластеров с электронами, а также констант скоростей реакций нанокластеров и микрочастиц с ионами инертных газов.

2. Разработана кинетическая модель газовой гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы, учитывающая дискретность процесса зарядки частиц. В модель входят: 21 компонента и 108 реакций для частиц радиусом 10 нм; 41 компоненту и 228 реакций для частиц радиусом 100 нм; 51 компоненту и 288 реакций для частиц радиусом 200 нм.

3. Модернизирован программный комплекс для математического моделирования кинетических процессов в гелиевой и гелий-аргоновой плазме, возбуждаемой осколками деления с учетом влияния на них пылевых частиц. Созданы программы для расчета сечений взаимодействий нанокластеров с электронами, а также констант скоростей реакций нанокластеров с ионами среды.

4. Результаты математического моделирования кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры, показали, что при концентрациях кластеров свыше 101! см 3, в данной среде в несколько раз изменяются концентрации некоторых компонент данной плазмы (например, концентрации электронов и Не24) и практически не изменяются концентрации других (Не ), при типичных значениях мощности удельного энерговклада, характерных для лазеров с ядерной накачкой (порядка сотни Вт/см3), давлении газа 1 атм.

5. Проведено математическое моделирование кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме с учетом влияния на них нанокластеров и микрочастиц в зависимости от их размеров при тех же условиях. Для частиц радиусом 200 нм произведен расчет параметра неидеальности по пылевой компоненте. Полученные результаты показали, что при концентрации кластеров 10й см 3 гелиевая плазма может становится слабонеидеальной.

6. Разработана кинетическая модель гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры. В модель входит 50 компонент и 246 реакций. Модель протестирована по газовой компоненте путем сравнения результатов моделирования различных генерационных характеристик среды с экспериментальными и расчетными данными, полученными другими группами ученых.

7. Изучено влияние нанокластеров на компонентный состав гелий-аргоновой плазмы для давлений смеси 3 и 5 атм. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при концентрациях до Ю11 см 3 нанокластеры практически не влияют на концентрации компонент плазмы. Кроме того, исследованы процессы зарядки частиц в данных условиях с учетом дискретности процесса передачи заряда.

8. Рассчитана одна из основных генерационных характеристик гелий-аргоновой пылевой лазерно-активной среды - линейный коэффициент усиления слабого сигнала на длине волны 1,79 мкм. Впервые показано наличие усиления слабого сигнала с учетом ослабления на нанокластерах. Результаты расчетов показали, что нанокластеры при концентрациях до 10п см"3 влияют на линейные коэффициенты усиления незначительно. Результаты расчета линейных коэффициентов ослабления излучения на длине волны 1,79 мкм нанокластерами радиусом 10 нм из U, Ш2и

U308 показали, что нанокластеры радиусом 10 нм из U02 и металлического урана ослабляют лазерное излучение на длине волны 1,79 мкм несущественно. 9. В итоге, на основании полученных результатов можно утверждать, что использование в гелий-аргоновой лазерно-активной среде нанокластеров из диоксида урана и металлического урана представляется наиболее перспективным.

Автор выражает благодарность научному руководителю, начальнику лаборатории физических проблем ГНЦ РФ ФЭИ - Буднику Александру Петровичу за постоянное внимание, ценные советы и большую помощь при выполнении работы. Также автор благодарит Е.Э. Кузнецову, В.П. Лунева за содействие при поиске необходимой литературы. Отдельная благодарность выражается В.П. Луневу за неоценимую помощь, связанную с предоставлением важнейших данных при расчете процессов ослабления лазерного излучения на пылевых частицах из различных соединений урана. Кроме того, автор выражает благодарность коллективу лаборатории физических проблем ГНЦ РФ ФЭИ, а также В.А. Рыкову и В.Н. Манохину за плодотворные обсуждения и полезные замечания.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бойченко A.M., Держиев В.И., Жидков А.Г., Карелин A.B., Коваль A.B., Середа О.В., Яковленко С.И. Кинетические модели некоторых плазменных лазеров, накачиваемых жестким ионизатором // Труды Института общей физики РАН. -1989.-Т. 21.-С. 44-65.

2. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат. 1978. С. 257.

3. Карелин A.B., Синянский A.A., Яковленко С.И. Лазеры с ядерной накачкой и физические проблемы создания реактора-лазера // Квантовая электроника, (1997), 24, №5. С.387-414.

4. Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), ГНЦ РФ-ФЭИ, Обнинск, 18-21 сентября 2007 г., т. 1,442 с.

5. Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой аргон-ксеноновой плазме, содержащей нанокластеры химических соединений урана: Препринт ФЭИ-3141, Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2008, 23 с.

6. Дятко H.A., Кочетов И.В., Напартович А.П. Функция распределения электронов по энергии в распадающейся плазме азота // Физика плазмы. - 1992. -Т. 18.-Вып. 7.-С. 888-900.

7. Lacina W.B. Theoretical Modeling of Molecular and Electron Kinetics Processes // Northrop Research and Technology Center. - 1979 - 360 p.

8. Бабичев Д.Н., Карелин A.B., Симакова О.В., Томизава X. Кинетическая модель активной среды Не-Аг-лазера с накачкой жестким ионизатором // Квантовая электроника, 2001, 31, №3, С. 209-217.

9. Magda E.P., Grebyonkin K.F., Kryzhanovsky V.A. Nuclear pumped lasers at the Institute of Technical Physics, Transactions // Proc. Intern. Conf. LASER'90 (San Diego, USA, 1990, p.827).

10.Бочков A.B., Магда Э.П., Мироненко B.B., Мурзин В.М., Софиенко Г.С. Исследования параметров лазеров на переходах атомов инертных газов в условиях высокой энергетической нагрузки // Труды III Международной конференции «Проблемы лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы», г. Сне-жинск, 2002, С.395-403.

П.Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир. 1986. С. 77-222.

12.Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1973. С. 585-612.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Budnik А.P., Deputatova L.V., Fortov V.E., Kosarev V.A., Rykov V.A., Vladimi-rov V.I. Simulation of Kinetic Processes in the Non-ideal Helium Nuclear-Exited Dusty Plasma // Contributions to plasma physics, 2010, V.49, issue 10, P. 765-768.

2. Будник А.П., Косарев B.A. Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы с учетом влияния наночастиц // Физико-химическая кинетика в газовой динамике / www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-01 l.pdf.

3. Будник А.П., Косарев В.А. Математическое моделирование кинетичеких процессов в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокла-стеры химических соединений урана // Физико-химическая кинетика в газовой динамике / www.chemphys.edu.ru/media/files/201 l-02-01-004_Budnik_Kosarev.pdf.

4. Будник А.П., Дьяченко П.П., Исаков А.А., Косарев В.А., Кузнецова Е.Э., Рыков В.А., Рыков К.В. Влияние пылевых частиц на кинетические процессы в ядерно-возбуждаемой плазме и ее оптические свойства // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга: Издательство «Полиграф-инфом». 2007. Вып. 10. С. 140-144.

5. Budnik А .P., Deputatova L.V., Fortov V.E., Kosarev V.A., Rykov V.A., Vladimirov V.I. Simulation of kinetic processes in the non-ideal nuclear-excited dusty plasma of the noble gases. VI International Conference Plasma physics and plasma technology. Minsk, Belarus, September 28 - October 2,2009. Contributes papers. Vol. II. P. 764-767.

6. Budnik A.P., Deputatova L.V., Fortov V.E., Kosarev V.A., Rykov V.A., Vladimirov V.I.Mathematical simulation of kinetic processes in the non-ideal nuclear-exited dust plasma of the noble gases / Books of abstracts of XIII International conference on Physics of Non-ideal Plasmas, 2009, P.25.

7. Будник А.П., Косарев B.A., Лунев В.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой аргон-ксеноновой плазме, содержащей нанокла-стеры химических соединений урана: Препринт ФЭИ-3141, Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2008, 23 с.

8. Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой гелий-аргоновой плазме, содержащей нанокла-стеры: Препринт ФЭИ-3202, Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2011, 27 с.

9. Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование генерационных характеристик активных газовых сред, содержащих нанокластеры соединений урана // Труды IV Международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы (ЛЯН-ИР-2007)», г. Обнинск, ГНЦ РФ-ФЭИ, 18-21 сентября 2007 г., т.1. С. 177-185.

Ю.Будник А.П., Косарев В.А. Влияние наночастиц на кинетические процессы в ядерно-возбуждаемой плазме инертных газов // Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), г. Обнинск, ГНЦ РФ - ФЭИ, 18-21 сентября 2007 г., т.1, С.81-88.

11.Будник А.П., Косарев В.А. Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы с учетом влияния наночастиц // Труды II Всероссийской школы-семинара «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем», Москва, декабрь 2008 г. - С.91-97.

12.Будник А.П., Косарев В.А. Математическое моделирование кинетических процессов в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры химических соединений урана // Труды III Всероссийской школы-семинара «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем», Москва, декабрь 2009 г. — С.28-34.

13.Будник А.П., Косарев В.А. Исследование компонентного состава гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры соединений урана, в зависимости от концентраций и размеров нанокластеров методами математического моделирования // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции «Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов и решение задач математической физики с приложением к многопроцессорным системам», посвященной памяти К.И.Бабенко, г. Новороссийск, 2008 г. - С.22-23.

14.Будник А.П., Косарев В.А., Кузнецова Е.Э. Математическое моделирование из-лучательных свойств ядерно-возбуждаемой He-N2-H2 пылевой плазмы // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции «Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов и решение задач математической физики с приложением к многопроцессорным системам», посвященной памяти К.И.Бабенко, г. Новороссийск, 2008 г. - С.23-24.

15.Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование генерационных характеристик активных газовых сред, содержащих нанокластеры соединений урана // Тезисы докладов IV Международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы (ЛЯН-ИР-2007)», г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ. 2007 г. - С. 48-49.

16.Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры соединений урана // Тезисы докладов IV Всероссийской конференции «Актуальные проблемы прикладной математики и механики», посвященной памяти А.Ф.Сидорова, г. Новороссийск, 2008 г. - С. 11-12.

17.Будник А.П., Косарев В.А. Влияние наночастиц на кинетические процессы в ядерно-возбуждаемой плазме инертных газов // Тезисы докладов IV Международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы (ЛЯН-ИР-2007)», г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ. 2007 г. - С.25.

Подписано к печати 17.08.2011 г. Заказ № 289. Формат 60x84 Усл. п. л. 0,6. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 50 экз.

Отпечатано в ОНТИ методом прямого репродуцирования с оригинала автора. 249033, Обнинск Калужской обл., пл. Бондаренко, 1 ГНЦ РФ - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава It ОБЗОР РАБОТ Па ИССЛЕДОВАНИЮ ПЫЛЕВОЙ) ЯДЕР^ НО-ВОЗБУЖДАЕМОЙ ПЛАЗМЫ^ А ТАКЖЕ ПО/ИССЛЕДОВАНИЮ? КИНЕТИКИ БАЗОВЫХ ЛАЗЕРНО-АКТИВНЫХ СРЕД; ВОЗБУЖДАЕМЫХ ОСКОЛКАМИ ДЕЛЕНИЯ!.Л

1.1 Исследования пылевой ядерно-возбуждаемойшлазмы.

1.2 Обзрр основных исследований кинетики гелий-аргоновой лазерноактивный сред, возбуждаемых осколками деления. .22:

Глава 2.,МАТЕМАТИЧЕСКАЯ? МОДЕЛЬ И*. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ.;.».352.1. Основные уравнения; описывающие кинетические- процессы: в ядерновозбуждаемой плазме инертных газов.;.'.;. . .35;

2.2. Методы решения;.;. :

2.3. Краткое описание программного модуля для расчета микроскопической кинетики.

Глава; 3- МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИЧЕт СКИХ ПРОЦЕССОВ! Вк ГЕЛИЕВОЙ! ЯДЕРНО^ВОЗБУЖДАЕМОЙ! ПЛАЗМЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ НАНОКЛАСТЕРЫ И МИКРОЧАСТИЦЫ.

3.1. Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры.:.

3.2. Математическое моделирование кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры радиусом Юнм.

3.3. Математическое моделирование кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей частицы радиусами 100 и 200 нм.

Исследование различных сред в концепции активных сред для лазеров; является- очень, важным: в» области современной физики лазеров по причине того, что на сегодняшний день, лазерные: технологии: уже; нашли широкое применение в различных областях науки: и техники; Широко* освоены, и достаточно детально изучены лазеры с различными типами накачки их активных.сред: газоразрядные, газодинамические, лазеры, с накачкой электронным- пучком: ш т.д. Особенно стоит отметить, что достаточно1 большой: интерес среди; ученых, вызывают: лазеры с прямой накачкой осколками деления. Это связано с большой энергоемкостью ядерного топлива и большой проникающей способностью нейтронов.

История лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН) насчитывает уже не один десяток лет. С тех пор былошсследовано -множество сред в качестве лазер-но-активных сред для ЛЯН. В основном используется гетерогенный* способ-накачки. При таком способе накачки имеется слой делящегося вещества, распыленный по стенке лазерно-активного элемента (ЛАЭЛ). ЛАЭЛ облучается нейтронами от источника. Осколки деления вылетают из слоя, делящегося материала в; результате его взаимодействия с нейтронами и попадают в газовую среду, создавая сильно неравновесную плазму.

Однако широко используемые в настоящее время, активные; газовые лазерные среды, пока не позволили создать высокоэнергетичные- ЛЯН [7, 34, 45, 60]. Связано это, в основном, с тем, что при таком способе накачки активной среды лазера, лишь, около десяти процентов кинетической энергии осколков деления передастся активной среде, остальные же тратятся совершенно бесполезно. Следует отметить, что; несмотря на большой объем теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с жидкостными средами, до сих пор при прямой накачке осколками деления генерации лазерного излучения не получено [39, 60].

В связи с вышеизложенным, одной из наиболее значимых проблем в области лазеров с ядерной накачкой представляется проблема поиска как перспективных лазерно-активных сред, так и более эффективных способов преобразования ядерной энергии.

В настоящей диссертационной работе проводится исследование кинетических процессов в аэрозольных активных лазерных средах.

Ядерно-возбуждаемая плазма, содержащая мелкодисперсные частицы, представляется весьма перспективной в качестве1 активной лазерной среды для создания высокоэнергетичных конкурентноспособных ЛЯН, поскольку имеет ряд преимуществ относительно других лазерно-активных сред [14-15]. Можно надеяться, что по сравнению с методами гетерогенной ядерной- накачки добавление мелкодисперсных частиц может увеличить долю энергии, выносимой осколками-деления из твердой фазы в газовую; в десять и более раз. Кроме того, добавление в активную газовую среду мелкодисперсных урансодержащих частиц способствует расширению диапазона используемых давлений смесей и размеров ЛАЭЛов. К тому же, применение аэрозольных сред в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН может существенно снизить оптическую неоднородность среды.

Однако существует и ряд ограничений на использование ядерно-возбуждаемой плазмы инертных.газов, содержащей мелкодисперсные частицы соединений урана, в качестве лазерно-активных сред для ЛЯН. Речь идет об имеющих место проблемах ослабления лазерного излучения-пылевыми частицами, а также о возможном влиянии мелкодисперсных частиц на протекание кинетических процессов в активной среде, что, в свою очередь, может негативно отразиться на ее генерационных характеристиках. Если рассматривать среду, генерирующую инфракрасное излучение, то за счет того, что ослабление лазерного излучения на пылевых частицах происходит в рэлеевской области, при определенных размерах пылинок можно надеяться, что процессы ослабления лазерного излучения на пылевых частицах будут уменьшены, поскольку сечение рассеяния, в данном случае, будет по порядку величины в• меньше [8-9], чем геометрическое сечение мелкодисперсной частицы.

Необходимо отметить, что исследованиям пылевой? ядерно-возбуждаемой? плазмы В; последнее время проводятся; весьма; интенсивно [27, 90-96].'Исследования же влияния пылевых частиц на протекание-кинетических процессов? в ядерно-возбуждаемош плазме - инертных- газов« особенно-теоретические,. практическише!проводятся; Поэтому сведениячо;том, насколько сильно; влияют пылевые;, частицы, добавленные в ядерно-возбуждаемую плазму инертных газов, на кинетику- процессов в среде,, практически отсутствуют;

В связи с вышеизложенным,. математическое моделирование: кинетических процессов в газовой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей на-нокластеры и микрочастицы представляется достаточно интересной и важной задачей как с научной, так и с практической точек зрения.

Настоящая'диссертационная работа посвящена:разработке. кинетических моделей ядерно-возбуждаемой плазмы инертных газов, содержащей нанокластеры или микрочастицы. ч ' '

Цели диссертационной работы:

1) Исследование влияния* нанокластеров и микрочастиц нашротекание кинетических -ироцессовз гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме при различных концентрациях и размерах добавленных в- среду нанокластеров, в условиях, характерных для ядерной накачки удельных мощностей энерговклада.

2) Исследование влияния нанокластеров на протекание кинетических процессов в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме при различных концентрациях частиц в концепции применения данной среды в качестве лазерно-активной среды для ЛЯН.

3) Исследование гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры соединений урана, на возможность усиления лазерного излучения на длине волны 1, 79 мкм.

Научная новизна:

1), Впервые разработана кинетическая, модель гелиевой' ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы, с учетом, дискретности процесса передачи, зарядам С помощью разработанной1-модели* методами математического моделирования исследовано-влияние нанокластеров и- микрочастиц на* компонентный состав.данной-среды. Также изучены процессы зарядки пылевых частиц.

2) Впервые разработана' кинетическая^ модель, гелий-аргоновой, ядерно-возбуждаемой* плазмы, содержащей нанокластеры. С помощью разработанной модели методами! математического моделирования* исследовано влияние нанокластеров на компонентный« состав данной среды, а также на генерационные характеристики гелий-аргоновой активной среды для лазерного излучения на переходе Лг(ЗсУ[1/ 2]10) - Аг(4р[3 / 2]12) на~ длине:волны X = 1,79 мкм в условиях, характерных для ядерной накачки удельныхсмощностей энерговклада.

3) Впервые1 показана возможность усиления слабого сигнала лазерного -излучения* на длине" волны Х- = 1,79- мкм в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме; содержащей нанокластеры-соединений урана при больших (10п-1012 см'3) концентрациях нанокластеров.

На защиту выносятся

1) Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы.

2) Результаты математического моделирования кинетических процессов'в ядерно-возбуждаемой гелиевой плазме, а именно — результаты, расчета компонентного состава гелиевой пылевой для частиц радиусами 10, 100 и 200 нм.

3) Кинетическая модель гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры, при различных концентрациях частиц.

4) Результаты математического моделирования кинетических процессов в ядерно-возбуждаемой гелий-аргоновой плазме, а именно - результаты расчета компонентного состава гелий-аргоновой пылевой-плазмы, содержащей нанокластеры радиусом 10 нм. А также расчет одной из основных генерационных характеристик данной среды — линейного коэффициента усиления слабого сигнала для лазерного излучения на переходе Аг{Ъб[\ / 2\ 0) - Аг(4р[3 / 2]; 2) на длине волны X = 1,79 мкм.

Научная и практическая значимость. В работе разработаны кинетические модели гелиевой и гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы. Детальное изучение негативных факторов, которые имеют место в данных средах (речь идет, в первую очередь, о негативном влиянии нанок-ластеров на кинетику заселения лазерных уровней, а также о процессах ослабления лазерного излучения пылевыми частицами), в сравнении с их преимуществами дает объективную оценку в плане перспективы данной' среды для дальнейшего ее использования в области* лазерной энергетики. Добавление нанокластеров соединений урана именно в гелий-аргоновую среду позволяет существенно уменьшить процессы ослабления лазерного излучения на пылевых частицах, поскольку данная среда излучает в инфракрасном диапазоне, что в концепции применения аэрозольных сред является несомненным преимуществом по сравнению со средами, излучающими в диапазонах более коротких длин волн. Кроме того, в отличие от широко используемых ксеноновых сред, тоже генерирующих лазерное излучение в инфракрасном диапазоне, кинетика процессов, происходящих в гелий-аргоновой среде, исследована гораздо менее подробно, что, соответственно, представляет значительный научный, интерес в плане ее более детального изучения.

Таким образом, исследование влияния нанокластеров на\ кинетику данных сред, а также на генерационные характеристики гелий-аргоновой! среды, для; лазерного; излучения. наг переходе* Аг(3с([1/ 2]10)- Аг(4р[3 / 2]Х1) на длине волны X = 1,79 мкм показывает потенциальную возможность использования? данной среды в качестве ла-зерно-активной среды, в концепции применения« аэрозольных: сред в качестве активных сред для ЛЯН, и является начальным этапом практического освоенияданного.типа лазеров.

Достоверность результатов; диссертации- подтверждается физической обоснованностью постановки задачщ широкой апробацией использованных в работе данных, по кинетическим моделям и методов расчета; а также хорошим соответствием результатов! моделирования; гелий-аргоновой'среды с экспериментальными и расчетными данными, полученными другими авторами.

Личный вклад диссертанта. Идея работы принадлежит научному руководителю - А.П.Буднику. Им; же была выполнена' постановка задачи; Автор самостоятельно; проводил сбор, систематизацию и анализ необходимых данных для - построения кинетических; моделей,, построенных в наг стоящей работе. Содействие при поиске; необходимой литературы оказали: А.П.Будник, В.П.Лунев и Е.Э.Кузнецова. При математическом моделировании использовался комплекс программ, созданный на основе [7-8]. Автором диссертации написаны программы для расчета необходимых параметров взаимодействия; нанокластеров; с заряженными компонентами плазмы, для учета роста температуры. Автор диссертации самостоятельно проводил численные расчеты и необходимую обработку полученных данных. Анализ результатов проводился совместно с А.П.Будником.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены, на научных семинарах в ГНЦ РФ-ФЭИ, а также докладывались на 3 международных, 2 всероссийских конференциях, а также; на 2 всероссийских школах-семинарах:.

1. IV международная конференция «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные'реакторы» (ЛЯИ-ИР-2007, г. Обнинск, Россия, сентябрь 2007

Г);:- , . • ■ .'.-■ ■ "

2., II Всероссийская школа-семинара «Аэрофизика и физическая механика-классических и квантовых систем» (АФМ-2008, г.Москва, Россия, декабрь, 2008г);

3; XVIF Всероссийская? конференция^ «Теоретические основы! и? конструи-} рование численных алгоритмов й решение задач математической физики с приложением к многопроцессорным:системам»; посвященная памяти К.И. Бабенко (г. Новороссийск 15-21 сентября, 2008г);

4. XIII International conference on Physics of Non-ideal Plasmas (Cher-nogolovka, Russia, September 13-18, 2009);

5. VI International Conference Plasma physics and plasma technology. (Minsk,, Belarus, September 28 - October 2, 2009);

6. Ill Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических неквантовых систем» (АФМ-2009,. г.Москва; Россия, декабрь 2009г).

Публикацииi По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 1 статья из перечня Высшей аттестационной комиссии РФ [12-25, 81-83].

Структура и объём диссертационной работы: диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, включает 144 страницы машинописного текста, 36 рисунков, 7 таблиц, содержит библиографию ¡из 119 наименований и Приложение.

4.4. Основные выводы

В заключение данной главы еще раз остановимся на основных результатах, полученных в ходе математического моделирования кинетических процессов в гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры различных химических соединений урана. 1 .Разработана кинетическая модель гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей мелкодисперсные частицы. В модель входит 50 компонент и 246 реакций.

2. Проведено сравнение результатов моделирования гелий-аргоновой среды без пыли с результатами, полученными А.В.Карелиным [4] и группой из ВНИИТФ, г.Снежинск [11,109]. Данное сравнение, особенно с результатами А.В.Карелина, показывает, что кинетическая модель, построенная в данной работе корректно описывает кинетику процессов, протекающих в данной среде.

3. Изучено влияние нанокластеров на компонентный состав гелий-аргоновой плазмы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при концентрациях нанокластеров до Ю10см"3 их влияние на кинетику несущественно, а начиная с 10й см"3, нанокластеры начинают значительно влиять на концентрации компонент гелий-аргоновой плазмы, изменяя их в несколько и более раз.

4. Изучено влияние нанокластеров соединений урана на генерационные характеристики данной смеси. Рассчитаны линейные коэффициенты усиления лазерного излучения гелий-аргоновой среды, содержащей нанокластеры соединений урана, на длине волны 1,79 мкм. Показано, что нанокла

12 3 стеры при концентрациях до 10 см" влияют на линейные коэффициенты усиления незначительно. Кроме того, были рассчитаны линейные коэффициенты ослабления излучения на длине волны 1,79 мкм нанокластерами радиусом 10 нм из U, U02 и U2Os. Из результатов этих расчетов можно сделать вывод, что нанокластеры радиусом 10 нм из (J02 рассеивают лазерное излучение на длине волны 1,79 мкм несущественно. 5. В итоге, на основании полученных результатов можно утверждать, что использование в активных лазерных средах, генерирующих излучение в инфракрасном диапазоне, нанокластеров из диоксида урана и металлического урана представляется наиболее перспективным.

Таким образом, проведено исследование в концепции использования аэрозольных сред для ЛЯН гелий-аргоновой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры радиусом 10 нм химических соединений урана. Проведено математическое моделирование кинетических процессов в данной среде, по результатам которого можно надеяться, что использование аэрозольных лазерно-активных сред, генерирующих инфракрасное излучение (например, Не- А г или А г - Хе), для ЛЯН, будет активно осваиваться в будущем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении перечислены, основные результаты настоящей диссертационной работы.

1. Собраны, систематизированы и проанализированы данные о сечениях ионизации и возбуждения при взаимодействиях осколков деления, упругих и неупругих столкновений электронов с компонентами гелиевой и гелий-аргоновой среды; сечениях взаимодействия нанокластеров с электронами, а также констант скоростей реакций нанокластеров и микрочастиц с ионами инертных газов.

2. Разработана кинетическая модель газовой гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры и микрочастицы, учитывающая дискретность процесса зарядки частиц. В модель входят: 21 компонента и 108 реакций для частиц радиусом 10 нм; 41 компоненту и 228 реакций для частиц радиусом 100 нм; 51 компоненту и 288 реакций для частиц радиусом 200 нм.

3. Модернизирован программный комплекс для математического моделирования кинетических процессов в гелиевой и гелий-аргоновой плазме, возбуждаемой осколками деления с учетом влияния на них пылевых частиц. Созданы программы для расчета сечений взаимодействий нанокластеров с электронами, а также констант скоростей реакций нанокластеров с ионами среды.

4. Результаты математического моделирования кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемой плазме, содержащей нанокластеры, показали, что при концентрациях кластеров свыше 1011 см"3, в данной среде в несколько раз изменяются концентрации некоторых компонент данной плазмы (например, концентрации электронов и Не2+) и практически не изменяются концентрации других (Не+), при типичных значениях мощности удельного энерговклада, характерных для лазеров с ядерной накачкой (порядка сотни Вт/см3), давлении газа 1 атм.

5. Проведено математическое моделирование кинетических процессов в гелиевой ядерно-возбуждаемойг плазме с учетом влияния на них нанок-ластеров и микрочастиц в зависимости от их размеров при тех же условиях. Для частиц радиусом 200 нм произведен расчет параметра-неидеальности по* пылевой компоненте. Полученные результаты показали, что при концентрации кластеров 1011 см"3 гелиевая плазма может становится слабонеидеальной.

6. Разработана кинетическая' модель гелий-аргоновой' ядерно-возбуждаемой плазмы, содержащей нанокластеры. В модель входит 50 компонент и 246 реакций. Модель протестирована по газовой компоненте путем сравнения результатов- моделирования различных генерационных характеристик среды с экспериментальными и расчетными данными, полученными другими группами-ученых.

7. Изучено влияние нанокластеров на компонентный» состав гелий-аргоновой'плазмы; для давлений смеси 3 и 5 атм. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при концентрациях до 1011 см"3 нанокластеры практически не влияют на концентрации компонент плазмы. Кроме того, исследованы процессьгзарядки< частиц в данных условиях с учетом дискретности процесса-передачи заряда.

8. Рассчитана одна из основных генерационных характеристик гелий-аргоновой пылевою лазерно-активной среды — линейный коэффициент усиления слабого сигнала на длине волны 1,79 мкм. Впервые показано» наличие усиления слабого сигнала с учетом ослабления на нанокласте-рах. Результаты расчетов показали, что нанокластеры при концентраци

11 о ях до 10 см" влияют на линейные коэффициенты усиления незначительно. Результаты расчета линейных коэффициентов ослабления излучения на длине волны 1,79 мкм нанокластерами радиусом 10 нм из и, Ш2 и и308 показали, что нанокластеры радиусом 10 нм из иСЬ и металлического урана ослабляют лазерное излучение на длине волны 1,79 мкм несущественно.

9. В итоге, на основании полученных результатов можно утверждать, что использование в гелий-аргоновой лазерно-активной среде нанокласте-ров из диоксида урана и металлического урана представляется наиболее перспективным.

Автор благодарит своего научного руководителя Будника Александра Петровича за руководство при работе над диссертацией. Также автор выражает большую признательность Луневу В.П. и Кузнецовой Е.Э., а также другим сотрудникам лаборатории №608 за ценные и неоценимые советы и содействие при выполнении работы.

112

1. Азимжанов Б А., Арсланбеков Т.У., Бункин Ф.В., Держнев В.И., Юровский В.А., Яковленко С.И. Исследование характеристик активной среды эксиплексного лазера на основе гидрида гелия // Квантовая электроника.-1985 №8 С.1557-1566.

2. Алхазов Г.Д. Эффективные сечения ионизации и возбуждения гелия электронным ударом // ЖТФ. 1970. Т.40, В.1. С.97-107.

3. Бабичев Д.Н., Карелин A.B., Симакова О.В., Томизава X. Кинетическая модель активной среды Не-Аг-лазера с накачкой жестким ионизатором // Квантовая электроника, 31, №3, 2001, С.209-217.

4. Басов Н Г, Баранов В В, Данилычев В А , Дудин А Ю, Заярный Д А , Устиновский Н Н, Холин И В, Чугунов А Ю. Мощный лазер высокого давления на переходах 3p-3s Nel с длинами волн 703 и 725 нм // Квантовая электроника 1985. Т. 12. №7. С. 1521-1524.

5. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы, издательство «Наука», M, 1982, 376 с.

6. Бойченко A.M., Держиев В.И., Жидков А.Г., Карелин A.B., Коваль A.B., Середа О.В., Яковленко С.И. Кинетические модели некоторых плазменных лазеров, накачиваемых жестким ионизатором // Труды Института общей физики РАН, т.21, 1989, С.44-65.

7. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. M.: Мир. 1986.С. 77-222.

8. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Наука. 1973. С. 585-612.

9. Будник А. П., Косарев В.А., Лунев В'.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой аргон-ксеноновой плазме, содержащей нанокластеры химических соединений урана // Препринт ФЭИ-3141, Обнинск, 2008, 23 с.

10. Будник А.П., Косарев В.А., Лунев В.П. Математическое моделирование кинетических процессов в газовой гелий-аргоновой плазме, содержащей нанокластеры // Препринт ФЭИ-3202, Обнинск, 2011, 27с.

11. Будник А.П., Косарев В.А. Влияние наночастиц на кинетические процессы в ядерно-возбуждаемой плазме инертных газов / Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), Обнинск, 2009, T.l, С.81-88.

12. Будник А.П., Косарев В.А. Кинетическая' модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы с учетом влияния наночастиц // Физико-химическая, кинетика в газовой*динамике www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-011.pdf, 2010.

13. Будник А.П., Косарев, В:А. Кинетическая модель гелиевой ядерно-возбуждаемой плазмы с учетом влияния наночастиц // Труды 2 Всероссийской школы-семинара "Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем", Москва, 2009, С.91-97.

14. Ваулина О.С., Петров О.Ф., Фортов В.Е., Храпак А.Г., Храпак G.A. Пылевая плазма. Эксперимент и теория — М.: Издательство физико-математической литературы, 2009. 316 с.

15. Воинов A.M., Довбыш Л.Е., Кривоносов В.Н., Мельников С.П., Казакевич А.Т., Подмошенский И.В., Синянский A.A. Инфра-красные лазеры сядерной накачкой на переходах Arl, KrI и Хе 1 // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5 вып 7. С. 422-424.

16. Воинов і А. М. Применение импульсных ядерных реакторов для* исследования; лазеров ; с ядерной накачкой// Труды отраслевой^ конференции ЛЯН-92, Обнинск 1992 Т.1 С 101-121.

17. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский A.A. Кинетическая модель рекомбинационных ИК лазеров высокого давления на переходах атома ксенона // Изв. АН СССР. Сер. Физическая, 1990, Т.54, №10, С. 2040-2044.,

18. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский A.A.Кинетическая модель рекомбинационных лазеров на переходах1 атома ксенона . I; Механизм генерации и параметры плазмы // ЖТФ, 1990, Т.60, № 10. С. 100-1 Об.

19. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский A.A. Кинетическая модель рекомбинационных лазеров на переходах атома ксенона . II., Лазерные характеристики // ЖТФ, 1990, Т.60, №10, С.107-113.

20. Воинов A.M., Мельников С.П., Синянский A.A. © механизме генерации рекомбинационных лазеров на переходах атомов инертных газов У/ Письма в ЖТФ, 1989, Т.15, №19, С.56-59.

21. Гудзенко Л И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат. 1978. С.257. . \

22. Дудин А.Ю., Заярный Д;А., Семенова Д.В., Уситновский H.H., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Динамика усиления и генерации Аг-Хе лазера, накачиваемого электронным пучком // Квантовая электроника,. !8, 021 (1993).

23. Дьяченко П.П., Дорофеев Ю.Б., Полетаев Е.Д., Серегина Е.А. Подпоро-говая диагностика активных сред для лазеров с прямой ядерной накачкой // Препринт ФЭИ-2070, Обнинск, 1990, 18 с.

24. Дюжов Ю.А., Полетаев Е.Д. Спектрально-кинетические характеристики люминесценции Ar-N смесей при возбуждении осколками деления // Препринт ФЭИ-2671, 1997, 18 с.

25. Дятко H.A., Кочетов И.В., Напартович А.П. Функция распределения электронов по энергии в распадающейся плазме азота // Физика плазмы. -1992. -Т.18. -Вып.7. -С.888-900.

26. Звелто О. Принципы лазеров М.: Мир, 1990, 560 с.

27. Иванов В.А., Диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов в плазме инертных газов // УФН, 162, №1, 35 (1992).

28. Игнатов А.М., Физические процессы в пылевой плазме //Физика плазмы.-2005.-Т. 31. №1.-С. 52-63.

29. Карелин A.B. Физические основы реактора-лазера. М.: ВНИЭМ, 2007 , С. 259.

30. Карелин A.B., Синянский A.A., Яковленко С.И. Лазеры с ядерной накачкой и физические проблемы создания реактора-лазера // Квантовая электроника, 24, №5 (1997), С.387-414.

31. Кацнельсон С.С., Ковальская Г.А. Теплофизические и оптические свойства аргоновой плазмы, издательство "Наука", Новосибирск, 1985, 148с.

32. Конак А.И., Мельников С.П., Порхаев В.В., Синянский A.A. Генерация на ИК переходах атомов криптона и аргона при возбуждении активных сред осколками деления урана//Квантовая электроника, 22, 537 (1995).

33. Магда Э.П. Краткий обзор выполненных в РФЯЦ-ВНИИТФ работ по лазерам с ядерной накачкой // Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), Обнинск, 2009, T.l, С.34-43.

34. Магда Э.П., Крыжановский В.А. ЭБР-JI Экспериментальная установка для исследования лазеров с ядерной накачкой // Труды конференции «Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой». - Обнинск. -1992. -Т.З. - С.136.

35. Мельников С.П Механизмы генерации лазеров с ядерной накачкой на ИК переходах атомов инертных газов / Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), Обнинск, 2009, Т.1, С. 167-177.

36. Мельников С.П., Сизов А.Н., Синянский A.A. Лазеры с ядерной накачкой. Саров. ФГУП "РФЯЦ ВНИИЭФ", 2008, ФГУП С.440.

37. Мельников С.П., Синянский A.A. Кинетика ИК лазеров я ядерной накачкой на переходах атомов криптона и аргона// ЖТФ, 62, №6, 159 (1992).

38. Мельников С.П., Синянский A.A. Расчет пороговых характеристик лазера с ядерной накачкой на переходах атома ксенона // Письма в ЖТФ, 1991, Т.17, №12, С.78-82.

39. Мешакин В.И., Будник А.П. Оптические свойства наночастиц, образующихся при распылении покрытий лазерных элементов осколками деления // Препринт ФЭИ-3065, Обнинск, 2006, 15с.

40. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль Томск: МП «РАСКО», 1991. - 272 с.

41. Паль А.Ф., Старостин А.Н., Филиппов A.B. Исследование физических принципов преобразования энергии радиоактивных изотопов в электричество на основе плазменно-пылевых структур : Препринт №6105/6 г. Москва: ИАЭ, 1998.

42. Смирнов Б.М. Аэрозоли в газе и плазме Учебное пособие .- М.: ИВ-ТАН, 1990,104с.

43. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М., Атомиздат, 1974, 45с.

44. Труды IV международной конференции «Физика лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы» (ЛЯН-ИР-2007), ГНЦ РФ ФЭИ, г. Обнинск, 18-21 сентября 2007 г., Т.1, 442с., 2009.

45. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Энергоатомиздат.М.:1991. 1232с.

46. Филиппов А.П., Рыков В.А., Рыков К.В. и др. Атомная батарея на основе упорядоченных плазменно-пылевых структур / Препринт № 0113-А. г. Троицк: ТРИНИТИ, 2004.

47. Фортов В.Е., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Самарян A.A., Чернышев A.B. Сильнонеидеальная классическая термическая плазма: экспериментальное изучение упорядоченных структур макрочастиц // ЖЭТФ. 1997. -Т. 111.-С. 467.

48. Фортов В.Е., Нефедов А.П., Торчинский В.М, Молотков В.И., Храпак

49. A.Г., Петров О.Ф., Волыхин А.Ф. Кристаллизация пылевой плазмы в положительном столбе тлеющего разряда // Письма в ЖЭТФ 1996. Т. 64. -Вып.2,-С. 86-91.

50. Фортов В.Е. Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на земле и в космосе // Вестник Российской Академии Наук. 2005. - Т. 75. - № 11. - С. 1012-1027.

51. Фортов В.Е., Рыков В.А., Рыков К.В., Дьяченко П.П., Худяков О.Ф., Владимиров В.И., Депутатова Л.В., Будник А.П., Молотков В.И., Филинов

52. B.C. Вихревые структуры пылевых частиц в трековой плазме пучка протонов.// Физика плазмы. 2003. - Т.31. - №7.- С.621-627.

53. Фортов В.Е., Рыков В.А., Худяков A.B. и др. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме // ДАН. 1999. - Т.366. - №2.1. C. 184-187.

54. Фортов В.Е., Рыков В .А., Худяков A.B. Образование пылевых вихрей в ядерно-возбуждаемой плазме // ДАН. 2001. - Т.380. - №5. - С.610-613.

55. Фортов В.Е., Рыков В.А., Худяков A.B. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме неона и аргона // Физика плазмы. -2001. Т.27. - №1. - С. 37-44.

56. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Храпак С.А. и др. Пылевая плазма // УФН. -2004. Т. 174. - № 5. - С. 495-544.1

57. Цитович В.Н., Морфил Г.Е., Томас В.Х. Комплексная плазма: I. Ком-г плексная плазма как необычное состояние вещества //Физика плазмы. —2002. Т. 28. - №8. - С.675-707.

58. Цитович В.Н., Морфил Г.Е., Томас В.Х. Комплексная плазма: II. Эксперименты по сильной связи и дальним корреляциям //Физика плазмы. —2003.-Т. 29. -№11. С.963-1030.

59. Цитович В.Н., Морфил Г.Е., Томас В.Х. Комплексная плазма: II. Элементарные процессы в комплексной плазме //Физика плазмы. — 2003. Т. 29. - №1. - С.3-36.

60. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, Серия Б «Справочные приложения, базы и банки данных», Тематический том XI-4 Газовые и плазменные лазеры под.ред. Яковленко С. И- М. Физматлит, 2005, 822 с.

61. Ackermann R.J., Thorn R.J., and Winslow G.H. Visible and Ultraviolet Absorption Properties of Uranium Dioxide Films// J. Opt. Soc. Am. V.49. 1959. P.l 107-1112.

62. Arakawa E.T., and Williams M.W. Optical properties of uranium mononitride from 0 to 74 eV// Journal of Nuclear Materials, v.41. 1971. P.91-95.

63. Bates J.L. Visible and Infrared Absorption Spectra of uranium Dioxide // Nuclear Sciece and Engineering, v.21. 196 P. 26-29.

64. Budnik A.P.,Deputatova L.V.,Fortov V.E., Kosarev V.A., Rykov V.A., Vladimirov V.I. Simulation of Kinetic Processes in the Non-ideal Helium Nuclear-Exited Dusty Plasma / Contributions to plasma physics, V.49, issue 10, pp. 765-768(2010).

65. Chu J. H., I L. Direct observation of Coulomb crystals and liquids in strongly coupled rf dusty plasmas //Phys. Rev. Lett. 1994. - V.72. - p.4009.

66. DeYoung R.J. Kilowatt multiple-path 3He-Ar nuclear-pumped laser //Appl. Phys. Letts, 38, 297(1981).

67. DeYoung R.J., Hohl F. Large volume multiple path nuclear lasing of He-Ar IEEE J. Quantum Electron., 16, 1114 (1980).

68. Dyachenko P.P., Experimental and theoretical work performed by the Institute of Physics and Power Engineering on the Physics of Nuclear-Induced Plasma. //Laser and Particle Beams. 1993. - V. 11. - №4. - pp. 619-634.

69. Faldt A., and Nilsson P.O. Optical properties of uranium in the range 0.6-25 eV. // J.Phys. -1980. -V.10. -P.2573-2580.

70. Filinov V.S., Rykov V.A., Khudyakov A.V.et al. Nuclear Induced Dusty Plasma Structures // ICPDP-99. 2nd Intern. Conference on the Physics of Dusty Plasmas. May 24-28 1999 - Japan. - p.99.

71. Fortov V.E., Nefedov A.P., Vladimirov V.I., Deputatova L.V., Budnik A.P., Khudyakov A.V., Rykov V.A. Dust grain charging in the nuclear-induced plasma// Physics letters. 2001. - V.A284. - P. 118-123

72. Fortov V.E., Rykov V.A., Budnik A.P., Filinov V.S., Deputatova L.V., Rykov K.V., Vladimirov V.I., Molotkov V.I., Zrodnikov A.V., Dyachenko P.P. Dust crystals in plasma created by proton beam. // J. Phys. A: Math. Gen. -2006. -V.39. -P.4533-4537.

73. Fortov V.E., Rykov V.A., Khudyakov A.V. et al Charge Formation on Dust Grains in the Nuclear Induced Plasma // III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. Minsk. - 2000. - V.l. - pp.350353.

74. Fortov V.E., Rykov V.A., Khudyakov A.V. et al Dust Vortices, Clouds and Jets in Nuclear-Induced Plasmas // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2001. - V.93. - N.2. - pp.313-323.

75. Fortov V.E., Rykov V.A., Khudyakov A.V. et al Dust particles in a nuclear-induced plasma // Physics Letters. 1999. - V.258. - p.305-311.

76. Fortov V.E., Rykov V.A., Khudyakov A.V. et al Experimental Investigation of Dust Particles Structures in the Nuclear Induced Plasma // III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. Minsk. -2000. - V.l. - pp.346-349.

77. Griffiths T., Hubbard H., Allen G., Tempest P. A new method for the determination of x in UO2+X • Optical absorption spectroscopy measurements. // J.Nucl. Mater. -1988. V.151. -№3. -P.313-317.

78. Hayashi M. Bibliography of Electron and Photon Cross Sections with Atoms and Molecules Published in the 20th Century- Argon // National Institute For Fusion Science, Report No. NIFS-DATA-72, Jan. 2003.

79. Hayashi Y., Tachibana K. Observation of Coulomb-Crystal Formation from Carbon Particles Grown in a Methane Plasma //Jpn. J. Appl. Phys. 1994. -Y.33.-p.804.

80. Hebner G.A., Hays G.N. 1.27|im atomic argon laser parameters in fission-fragment excited He/Ar and He/Ne/Ar gas mixtures // IEEE J. Quantum Electron., 29, 2356 (1993).

81. Hebner G.A., Hays G.N. Parametric investigation of the fission-fragment excited helium/argon laser at 1.79 ^m // J. Appl. Phys., 71,1610 (1992)

82. Hu X.K., Mitchell J.B.A., Lipson R.H. Resonance-enhanced multiphoton-ionization photo-electron study of the dissociative recombination and associative ionization of Xe2+ // Phys. Rev. A, 2000, v.62, №5, 052712.

83. Jalufka N.W., De Young R.J., Hohl F., Williams M.D. Nuclesr-pumped He-Ar laser excited by the 3He(n,p)3H reaction // Appl. Phys. Letts, 29,188 (1976)

84. Kolts J.H., Setser D.W. Decay rates of Ar(4s,3P2), Ar(4s',3P0), Kr(5s,3P2), andXe(6s,3P2) atoms in argon// J.Chem.phys.,68,4848,1978.

85. Lacina W.B. Theoretical Modeling of Molecular and Electron Kinetics ProcessesA Northrop Research and Technology Center. — 1979. -360 p.

86. Lilly R.A. Transition probabilities in the spectra of Nel, Arl, and KrI // J.Opt.Soc.Amer., 66, 245 (1976).

87. Magda E.P., Grebyonkin K.F., Kryzhanovsky V.A. Nuclear pumped lasers at the Institute of Technical Physics, Transactions // Proc. Intern. Conf. LA-SER'90 (San Diego, USA, 1990, p.827).

88. Marutzky M., Barkow U., Schoenes J., Troc R. Optical and magneto-optical properties of single crystalline uranium nitride // Journal of Magnetism and magnetic Materials, v.299. 2006. P.225-230. '

89. Melzer A., Trottenberg T., Piel A. Experimental determination of the charge on dust particles forming Coulomb lattices //Phys. Lett. A.- 1994. V. -191.-pp. 301-308.

90. Miley G.H., McArhur D., DeYuong R., Prelas M. Fission reactor pumped laser: History and prospects. // Proceedings Conferences 50 Years with nuclear fission. Washington 25-28 April PP. 333-342. Pub. American Nuclear Society. 1989.

91. Prelas M.A., Boody F.P., Zediker M., Rowe M. A direct energy conversion technique based on an aerosol core reactor concept: 1984 IEEE International Conference on Plasma Science Publication Number 84CH1958-8. -1984. -P.38.

92. Prelas M.A., Romero J., Pearson E. A critical review of fusion system for radiolytic conversion of inorganics to gaseous fuels. // Nuclear Technology and Fusion. V. 2. N. 2. P. 143. 1982.

93. Schoenes J. Electronic transitions. Crystal field effects and phonons1 in U02 // Physica reports v.63. 1980. P.301-336.

94. Schoenes J. Optical properties and electronic structure of UO2 . // J. Appl. Phys. -1978. -V.49. №3. -P. 1463-1465.

95. Shon J.W., Kushner M.J Excitation mechanism and gain modeling of the high-pressure atomic Ar laser in He/Ar mixture // J. Appl, Phys., 1994, v. 75, No. 4, p. 1883-1890.

96. Thomas H., Morfill G.E., Demmel V., Goree J. Plasma crystal: coulomb crystallization in a dusty plasma // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73. - p.652.

97. Wiese W.L., Smith M.W., and Glennon B.M. Atomic Transition Probabilities. Volume I Hydrogen Through Neon //Institute for Basic Standarts National Bureau of Standarts, Washington,D.C, 1966, p. 173 .