к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Рентгеновский лазер

Рентгеновский лазер - источник когерентного эл--магн. излучения рентг. диапазона. Иногда используется термин «разер» по аналогии с «гразер» (см. Лазер, Гамма-лазер). Идея создания Р. л. появилась в нач. 1960-х гг. сразу же после создания лазеров. Осн. концепции создания сложились к нач. 70-х гг. Первый лабораторный Р. л. был создан в Ливерморской лаборатории им. Э. Лоуренса (США) в 1985 (была получена генерация на серии линий Ne-подобного иона селена в области 182-2638004-80.jpg, наиб. яркая из к-рых - линия 206,38004-81.jpg). К настоящему времени (1991) получено квазикогерентное рентг. излучение в режиме усиления спонтанного излучения с длиной волны от неск. сотен до десятков ангстрем, напр. 2068004-82.jpg (Se24+), 1828004-83.jpg6+), 818004-84.jpg (F8+), 468004-85.jpg (Al11+). Длительность импульса генерации Р. л. составляет 0,1-10 нс и определяется, как правило, временем жизни плазменного образования. Величина коэф. усиления за один проход лежит в пределах 3-16. Т. о., макс. усиление относительно уровня спонтанного излучения составляет8004-86.jpg . Макс. энергия, полученная в импульсе, ~10 мДж, угл. расходимость пучка ~10 мрад. Сравнение параметров импульса лазера накачки и импульса рентг. излучения показывает, что коэф. преобразования по энергии составляет лишь ~10-5. Однако уже этого достаточно для проведения ряда физ. и биол. экспериментов. Р. л. обладают наивысшей импульсной яркостью по сравнению с др. источниками рентг. излучения.

Активная среда Р. л.- высокоионизиров. плазма с электронной температурой от неск. сотен эВ до неск. кэВ, создаваемая при облучении мишени (напр., тонкой фольги из селена и иттрия) мощными лазерами видимого и ИК-дпапазонов. Плазменное образование имеет длину в неск. см (0,5-5 см) и поперечный размер 0,01 - 0,1 см. Плазма создаётся, как правило, фокусировкой излучения либо 2-й гармоники Nd : YAG-лазера (см. Твердотельный лазер ),либо излучения СО2-лазера, имеющих энергию излучения ~1 кДж и длительность импульса генерации 0,1-10 нс. Энергия, необходимая для создания иона заданной кратности, и плотность атомов активного элемента в мишени определяют плотность энергии лазерного излучения накачки, необходимую для создания активной среды. Пороговые условия генерации Р. л. определяют мин. значения плотности ионов в плазме. Если длина поглощения генерируемого рентг. излучения больше длины активной области L кристалла, то пороговое условие генерации имеет вид
8004-87.jpg

где резонансный коэф. усиления
8004-88.jpg

здесь8004-89.jpg ; N2, N1 - населённости верх. и ниж. рабочих уровней, g2, g1 - кратности их вырождения, Г - ширина линии усиления, T1 - спонтанное время жизни. Пороговая уд. мощность накачки определяется условием
8004-90.jpg

или
8004-91.jpg

где8004-92.jpg ,8004-93.jpg и - отношение энергии рабочего перехода к энергии8004-94.jpg и, затрачиваемой на создание иона требуемой кратности на верх. рабочем уровне. В предположении, что лазерное излучение полностью поглощается в слое плазмы, являющейся активной средой и имеющей длину L и поперечный диаметр d, а также что ширина линии усиления определяется доплеровским уширением8004-95.jpg =8004-96.jpg, пороговая интенсивность лазерного излучения накачки
8004-97.jpg

При L ~ 1 см, d ~ 10-2 см, vr ~ 106 см/с
8004-98.jpg

Требования к мощности накачки не являются очень жёсткими в области8004-99.jpg = (0,1 -10) нм. Гораздо более жёсткие требования предъявляются к энерговкладу. Из (4) следует, что
8004-100.jpg

здесь nпоp - пороговая концентрация понов. Если8005-1.jpg = 0,1 и nпор ~ 1022 см-3, т. e. nпор ~ концентрации атомов в твёрдом теле, то энерговклад на единицу длины активной среды
8005-2.jpg

Для значений8005-3.jpg п L ~ 1 см пороговые значения концентрации ионов, согласно (1) и (2), определяются выражением8005-4.jpg [нм] см~3, что существенно меньше концентрации атомов в твёрдом теле. Так, при nпор ~ 1016 см-3 из (6) следует8005-5.jpg [нм] Дж/см, что выполнимо для широкого класса систем накачки.

Основные механизмы создания инверсии. Предложено ок. 10 механизмов создания инверсии между уровнями в атомах или ионах активной среды Р. л., нек-рые из них являются развитием методов, широко использующихся в традиционных оптич., ИК- и УФ-лазерах, другие применимы лишь в рентг. области. Реализованы два механизма: столкновит. возбуждение и рекомбинац. накачка. В лазерной плазме, в отличие от плазмы низкой плотности, распределение частиц по энергетич. уровням может существенно отличаться от равновесного и определяется соотношением скоростей процессов ионизации, рекомбинации электронов и ионов, возбуждения ионов, а также излучат. процессов. При высоких значениях электронной плотности преобладают процессы трёхчастичной рекомбинации: напр.,8005-6.jpg , где8005-7.jpg - возбуждённое состояние иона кратности п. Поскольку в этом случае третья частица принимает часть энергии, то электроны оказываются на высоковозбуждённых уровнях иона8005-8.jpg , последующая релаксация в осн. состояние идёт либо излучательным, либо столкновит. путём.

В случае низкой плотности электронов преобладают процессы излучат. рекомбинации, когда электрон оказывается на ниж. уровнях иона Аn: если электронная темп-pa при этом велика, то ион оказывается в осн. состоянии. Указанные процессы и определяют два осн. механизма создания в Р. л. инверсии. Р. л. с о с т о л к н о в и т е л ь н о й накачкой по принципу действия гораздо ближе к традиц. лазерам, работающим в видимой области. В этом случае в качестве активной среды используется высокотемпературная плазма низкой плотности. В результате излучат. рекомбинации заселяются осн. состояния рабочих ионов (напр., уровни 2s2р6 в случае иона Se24+; рис.). Верхний рабочий уровень 3р заселяется из осн. состояния при соударениях ионов плазмы с электронами, нижний рабочий уровень 3s быстро опустошается за счёт быстрого излучат. распада8005-9.jpg . Переход8005-10.jpg запрещён. Генерация рентг. излучения идёт на излучательно разрешённом переходе8005-11.jpg Плазма должна быть оптически тонкой для излучения на переходе8005-12.jpg (с тем чтобы избежать заселения уровня 3s в результате пленения излучения на переходе8005-13.jpg ).

В лазерах срекомбинационной накачкой используется быстрое охлаждение высокоплотной плазмы, В этом случае электроны, оказавшиеся на высоких уровнях иона8005-14.jpg , начинают релаксировать под влиянием излучат. и столкновит. переходов. Если электронная темп-pa мала, то столкновит. процессы важны лишь при переходах между верх. уровнями, когда8005-15.jpg, где8005-16.jpg - частота перехода с уровня с энергией8005-18.jpgна уровень с энергией8005-19.jpg. С ростом wnm сечение столкновит. переходов падает, а излучательных - растёт. Чем ближе уровень к основному, тем выше скорость спонтанных переходов, поэтому возможно возникновение инверсии между возбуждёнными уровнями за счёт того, что ниж. уровень будет опустошаться быстрее, чем верхний. Если скорость притока частиц на верх. рабочий уровень за счёт рекомбинац. процессов будет удовлетворять пороговому условию (3), то в этом случае возможна квазистационарная генерация, к-рая прекратится, когда нарушится пороговое условие из-за охлаждения плазмы. Такой тип генерации рентг. излучения был реализован на Бальмера серии водородоподобных ионов (С5+, F8+).
8005-17.jpg

Другие методы накачки. Среди др. методов накачки рентг. переходов атомов и ионов - процессы фотоионизации электронов внутр. оболочек атомов или ионов, фотовозбуждения на верхний рабочий уровень излучением, исходящим от ионов более высокой кратности. Этот метод требует перекрытия спектральных линий ионов разл. кратности, что встречается достаточно часто. Идея накачки за счёт перезарядки понов близка к идее рекомбинац. лазера. При перемешивании ионов с атомными пучками пли при распылении плазмы в газ возможны ионизация атомов и образование ионов меньшей кратности. Последние образуются, как правило, в возбуждённом состоянии. Дальнейшие процессы релаксации и возникновение инверсии предположительно будут происходить так же, как и в лазере с рекомбинац. накачкой.

Литература по рентгеновским лазерам

  1. Бункин Ф. В., Держнев В. И., Яковлевко С. И., О перспективах усиления света далекого УФ диапазона (Обзор), «Квантовая электроника», 1981, т. 8, с. 1621;
  2. Key M. Н., Laboratory production of X-ray lasers, «Nature», 1985, v. 316, p. 314;
  3. Matthews D. L. и др., Demonstration of a soft X-ray amplifier, «Phys. Rev. Lett.», 1985. v. 54, p. 110;
  4. Elton R. C., X-Ray lasers, N. Y., 1990.

А. В. Андреев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 21.11.2019 - 05:38: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
21.11.2019 - 05:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
20.11.2019 - 07:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
19.11.2019 - 09:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
18.11.2019 - 19:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
16.11.2019 - 12:16: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Кулькова - Карим_Хайдаров.
15.11.2019 - 06:45: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
14.11.2019 - 12:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.11.2019 - 19:20: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Бориса Сергеевича Миронова - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:49: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Веры Лесиной - Карим_Хайдаров.
10.11.2019 - 23:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Кирилла Мямлина - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution