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  

Гамма-лазер

Гамма-лазер - источник когерентного электромагн. излучения 1119921-384.jpg-диапазона. Часто также используются сокращения "гразер" или "газер", являющиеся аббревиатурой англ. фразы "Gamma Ray Amplification by Stimulated Emission of Radiation" ("усиление g-излучения с помощью вынужденного излучения"). Пока генерация вынужденного излучения в 1119921-385.jpg-диапазоне не осуществлена. Получение генерации в рентгеновском и 1119921-386.jpg -диапазонах открыло бы новые перспективы в рентгеновском структурном анализе, ядерной физике (воздействие на течение ядерных реакций) и др.

Идея гамма-лазера возникла в связи с появлением оптич. лазера и открытием Мессбауэра эффекта. Открытие безотдачного излучения 1119921-387.jpg-квантов поставило вопрос о реализации вынужденного излучения системы возбуждённых ядер. Впервые на эту возможность указал Л. А. Ривлин в 1961. В 1961-65 одновременно и независимо несколько сов. и амер. групп физиков занимались разработкой схем гамма-лазеров на эффекте Мессбауэра. Для создания активной среды предполагалось использовать радиохим. методы выделения долгоживущих ядерных изомеров с последующим введением их в кристалл (кристаллич. матрицу) или выращиванием из этих ядер активных кристаллов.

Для возникновения нарастающей лавины когерентных 1119921-388.jpg-квантов необходимо, во-первых, чтобы в среде было больше возбуждённых ядер, чем невозбуждённых, и, во-вторых, чтобы вероятность вынужденного излучения была выше вероятности поглощения или рассеяния 1119921-389.jpg-квантов ядрами среды. T. о., возникшее в среде 1119921-390.jpg-излучение (в результате спонтанного распада отд. ядер) будет усиливаться, если концентрация возбуждённых ядер превышает нек-рое пороговое значение N*, определяющееся из условия равенства коэф.1119921-391.jpg резонансного вынужденного излучения (коэф. квантового усиления) и коэф. 1119921-392.jpg нерезонансных потерь энергии:

1119921-393.jpg

Коэф. усиления 1119921-394.jpg определяется ф-лой:

1119921-395.jpg

Здесь1119921-396.jpg- длина волны 1119921-397.jpg-излучения, Г - спектральная ширина резонансного перехода ядра в кристалле, 1119921-398.jpg - время жизни ядра в изомерном состоянии, 1119921-399.jpg- коэф. конверсии внутренней, 1119921-400.jpg - т. н. коэф. ветвления, учитывающий возможность перехода ядра на др. уровни, лежащие выше нижнего рабочего, если генерация идёт с более высоких уровней, чем первый возбуждённый (1119921-401.jpg=1, если генерация идёт с первого возбуждённого уровня ядра). Нерезонансные потери в области энергий 1119921-402.jpg-квантов, при к-рых вероятность эффекта Мессбауэра велика, определяются в осн. фотоэффектом, т. е. процессом, при к-ром атом поглощает 1119921-403.jpg-квант и испускает электрон. Для лёгких матриц 1119921-404.jpg10 см-1. Полагая в (2) 1119921-405.jpg , получим для N* след. выражение:

1119921-406.jpg

T. о., при естеств. ширине линии 1119921-407.jpg критич. плотность возбуждённых изомерных ядер составляет незначит. часть плотности атомов в твёрдом теле (~1023 атом/см3). Из (3) видно, что немёссбауэровский вариант 1119921-408.jpg-лазера практически невозможен. Действительно, для ядер со ср. ат. номерами Z доплеровское уширение линии 1119921-409.jpg1013 с-1. Следовательно, согласно (3), пороговая плотность изомерных ядер выходит за пределы плотности твёрдого тела уже при 1119921-410.jpg = 10-7 с.

С ростом энергии 1119921-411.jpg-квантов вероятность безотдачного излучения резко падает. Вероятность эффекта Мессбауэра близка к 1 только при значениях энергии перехода 1119921-412.jpg150 кэВ. Это ограничивает верх. значение величины энергии 1119921-413.jpg-квантов, достижимое в 1119921-414.jpg-лазере на ядерных переходах. Ниж. значение энергии радиац. переходов ядер, пригодных для генерации 1119921-415.jpg -излучения, определяется быстрым ростом сечения фотоэффекта с уменьшением энергии 1119921-416.jpg-квантов. Поэтому область пригодных энергий радиац. переходов ядер определяется неравенствами: 10 кэВ <1119921-417.jpg<150 кэВ.

Предложенные модели 1119921-418.jpg-лазера на ядерных переходах можно разделить на две группы: гамма-лазеры на короткоживущих (1119921-419.jpg10-5 с) и долгоживущих (1119921-420.jpg10-5 с) изомерах. Граничное значение 1119921-421.jpg=10-5 с обусловлено тем, что при 1119921-422.jpg10-5 с ширина мёссбауэровской линии 1119921-423.jpg-перехода близка к естеств. ширине, когда 1119921-424.jpg 1. При 1119921-425.jpg10-5 с ширина линии не зависит от времени жизни и равна приблизительно 105 Гц, следовательно, 1119921-426.jpg1 (рис. 1). Последнее обстоятельство и определило осн. трудности первых моделей 1119921-429.jpg -лазера на долгоживущих изомерах.

1119921-427.jpg

Рис. 1. Зависимость ширины гамма-линии мёссбауэровского излучения от времени жизни изомера 1119921-428.jpg;
пунктирная кривая соответствует естественной ширине линии, сплошная линия - результат экспериментов.


Неизбежные нарушения правильности (идеальности) кристаллич. решётки, хим. и квадрупольные сдвиги приводят к уширению линий 1119921-430.jpg-резонанса. Кроме того, причиной уширения линии, неустранимой даже в идеальных кристаллах, является магн. диполь-дипольное взаимодействие ядер, т. к. спины возбуждённых и невозбуждённых ядер различны, а координаты ядер, высветившихся в процессе генерации, случайны.

Значит. прогресс в разработке схем гамма-лазеров на долгоживущих изомерах был достигнут благодаря работам P. В. Хохлова с сотрудниками, к-рые предложили применить методы ЯМР-спектроскопии (см. Ядерный магнитный резонанс)твёрдых тел для сужения линии 1119921-431.jpg -резонанса. Использование специально подобранных последовательностей радиочастотных импульсов с частотой, соответствующей переходам между магн. подуровнями рабочих уровней ядер, позволяет подавить эти механизмы уширения линии. (Быстрая переориентация ядер радиочастотным полем ослабляет диполь-дипольное взаимодействие, усредняя его величину, имеющую разл. знак при разл. ориентации спинов. Одновременно ослабляется магн. взаимодействие ядер с соседними атомами и взаимодействие электрич. квадрупольных моментов ядер с внутрикристаллич. электрич. полями.) Аналогично подавляется т. н. химический сдвиг. T. о., искусств. сушение линии 1119921-432.jpg-резонанса позволяет приблизиться к созданию гамма-лазеров на долгоживущих изомерах.

В схемах на короткоживущих изомерах (В. И. Гольданский, Ю. M. Каган) осн. проблема - механизм возбуждения (накачка) ядер. Накачка должна быть интенсивной и селективной. Эффективно возбуждая рабочие ядра, она должна минимально возмущать состояние решётки кристалла. Наиб. близки к выполнению указанных требований след. виды возбуждения ядер: захват тепловых нейтронов (см. Радиационный захват ),радиац. возбуждение (синхротронным излучением, характеристическим излучением, рентгеновским излучением и др.), а также возбуждение пучком заряж. частиц.

Исследовалась также возможность совмещения преимуществ двух схем: некритичности параметров накачки в схеме на долгоживущих изомерах и малости произведения 1119921-433.jpg в схеме на короткоживущих изомерах. Это можно, напр., осуществить при наличии двух близко лежащих ядерных уровней с разл. временами жизни и энергетич. разницей, соответствующей энергии кванта оптич. или УФ-лазера, к-рый может стимулировать переход с долгоживущего ядерного подуровня на короткоживущий. T. о., накачка осуществляется на долгоживущем переходе, а генерация - на короткоживущем. Такая схема аналогична традиц. лазерной трёхуровневой схеме с той разницей, что в последней накачивается широкий короткоживущий уровень, а генерация идёт на более долгоживущем узком переходе.

1119921-434.jpg

Рис. 2. Волновая картина в кристалле, характеризующая обращение в 0
электрического поля E в точках расположения атомов для брэгговски связанных мод.

Из-за низкой отражательной способности материалов в 1119921-435.jpg-диапазоне традиц. схема оптических резонаторов непригодна. Однако возможно использование аномально низкого поглощения 1119921-436.jpg-излучения по определённым направлениям в кристалле, для к-рых выполняется Брэгга - Вулъфа условие (эффект Бормана). В этих направлениях происходит сильное отражение от атомных плоскостей кристалла. В результате в кристалле распространяются 2 плоские волны под углом друг к другу и напряжённость интерференц. электрич. поля в узлах решётки равна О (рис. 2). Поэтому 1119921-437.jpg-кванты не теряют энергию на вырывание электронов и резко понижается вероятность поглощения 1119921-438.jpg-квантов. Однако одновременно с этим понижается и величина коэф. усиления (подавление неупругих каналов ядерных реакций). Тем не менее использование ядерных переходов мультипольности выше, чем E1, даёт результирующий выигрыш. Играет роль и форма кристалла. В иглообразном кристалле возникают моды с устойчивой поперечной конфигурацией, для которых поглощение мало, как и для плоских волн в условиях эффекта Бормана. Излучение с боковых граней очень мало (рис. 3), т. к. интенсивность поля для слабозатухающей моды у граней кристалла незначительна.

Генерация когерентного 1119921-439.jpg-излучения возможна также при вынужденной аннигиляции электронно-позитронных пар, при взаимодействии высокоэнергетич. встречных пучков заряж. частиц с пространственно периодич. структурами (напр., распространение релятивистских пучков в кристаллах).

Выше в качестве механизма генерации когерентного 1119921-440.jpg -излучения рассматривался процесс вынужденного излучения. Известен и др. механизм, а именно т. н. сверхизлучение, когда когерентность испущенных фотонов является следствием корреляции состояний отдельных ядер - излучателей. Было показано, что при радиац. распаде системы возбуждённых ядер режим сверхизлучения более вероятен. Поскольку пороговое значение плотности возбуждённых ядер для режимов сверхизлучения и вынужденного излучения определяется одним и тем же условием, то осн. проблемы и пути их решения одинаковы для обоих подходов.

Литература по гамма-лазерам

  1. Ильинский Ю. А., Проблема гамма-лазера, "Природа", 1978, N9
  2. Ваldwin G. С., Sоlеm J. С., Gоldanskii V. I., Approaches to the development of gamma-ray lasers, "Rev. Mod. Phys ", 1981, v. 53, № 4, pt 1, p. 687.

А. В. Андреев

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

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution