Киреев Лазеры и их применения в ядерных технологиях 2008
.pdf)
. .
“ ”
2008
УДК 621.373.826(075) ББК 32.86-5я7 К 43
Киреев С. В., Шнырев С. Л. Лазеры и их применения в ядерных технологиях: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2008. − 180 с.
Посвящено изучению свойств источников когерентного излучения – лазеров, а также вопросам их практического использования.
В пособии изложены физические принципы работы лазерных источников излучения, описаны наиболее распространенные и широко используемые в настоящее время лазеры.
Рассмотрены некоторые интенсивно развивающиеся области применения лазеров в ядерных технологиях: лазерное разделение изотопов, лазерные методы очистки и дезактивации поверхностей, лазерный термоядерный синтез, лазерное детектирование вредных веществ в атмосфере.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям “Физика конденсированного состояния вещества”, “Лазерная физика”, изучающих курсы “Квантовая радиофизика”, “Методы лазерной диагностики”, “Лазеры и их применение” и др.
Пособие подготовлено в рамках инновационной образовательной программы МИФИ
Рецензент д-р физ.-мат. наук С.А. Гончуков
ISBN 978-5-7262-0986-9
©Московский инженерно-физический институт (государственный университет), 2008
Редактор Т.В. Волвенкова
Подписано в печать 10.10.08 Формат 60×84 1/16.
Печ. л. 11,25 Уч.- изд.л. 11,25 Тираж 150 экз.
Изд. № 1/36. Заказ №
Московский инженерно-физический институт (государственный университет). 115409, Москва, Каширское ш., 31 Типография издательства “Тровант”.
г. Троицк Московской области
2
|
|
|
|
1. |
|
5 |
|
1.1. |
, |
|
|
. |
5 |
||
1.2. |
|
||
|
|
|
11 |
1.3. , |
19 |
||
1.4. |
|
23 |
|
1.5. |
27 |
||
1.6. : , |
|
||
, |
35 |
||
1.7. : |
|
||
, , |
45 |
||
1.8. |
|
55 |
|
1.9. |
|
60 |
|
1.10. |
|
67 |
|
1.11. |
|
|
73 |
|
|
78 |
|
2. |
|
80 |
|
2.1. |
|
80 |
|
2.2 |
|
91 |
|
2.3. |
|
107 |
|
2.4. |
|
112 |
|
3
2.5. |
121 |
2.6. |
123 |
2.7. |
127 |
|
135 |
3. |
137 |
3.1. |
137 |
3.2. |
152 |
3.3. |
159 |
3.4. |
|
|
167 |
|
178 |
|
180 |
4
1.1.,
.
,
,
.
( , , , -
.) .
,
( , , ),
, -
. , -
, .
.
-
2 * ( ). -
, -
, -
, , ,
. . , -
.
E.
-
:
ˆ |
(1.1) |
H E , |
ˆ – , -
H
.
-
.
5
,
-
-
. ,
.
,
n ,
, ) ,
En (n –
). -
, -
-
.
-
, – -.
, -
. -
.
,
-
.
, -
, ,
.
-
:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
Ngi |
exp( E / kT) , (1.2) |
N |
|
|
|
|
g |
exp( E / kT) |
||||
i |
g j |
exp( E j |
|
Q |
||||||
|
|
/ kT) |
i |
i |
i |
|||||
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
Ni – Ei, gi – -
( ) , N –
6
, k = 1,38·10-23 /K – , – -
, Q – -
, :
Ni N.
i
-
Em > En.
, .
. -
(1.2) :
N |
|
|
g |
|
|
|
|
Em |
En |
(1.3) |
|
|
m |
|
|
m |
gn |
exp |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Nn |
|
|
|
|
|
kT |
|
||
,
(gn = gm),
-
. -
-
-
. -
, , -
:
N n |
|
Nm |
(1.4) |
g n |
> |
g m . |
, -
,
.
.
. ,
) , , -
m. Em > En, -
n. -
E = Em – En. -
, -
.
7
( ,
), .
, -
( ),
:
mn h mn Em En , |
(1.5) |
h= 2 6,6·10-34 – , mn |
– - |
.
m -
Nm ( m ), -
m n (
) -
Nm:
dN m |
A |
N |
|
. |
(1.6) |
dt |
mn |
|
m |
|
|
Amn
. , -
: mn 1 Amn m .
n.
,
, .
, -
(1.5), -
, m.
E = Em – En, ,
.
, -
( -
). , -
. :
dN n |
dt |
Bnm |
( nm )N n |
, |
(1.7) |
|
|||||
|
|
|
|
|
8
( nm) – ( -2·c-1),
Bnm – ,
( 2).
Wnm Bnm ( nm )
.
-
,
1916 . ,
m, -
(1.5). ,
, ,
m n , .
E = Em – En ,
,
. ( -
) . (1.7)
m :
dNm |
Bmn ( nm )Nm , |
(1.8) |
dt |
Bmn – , Wmn Bmn ( nm ) – .
-
. -
-
, .
-
, . ,
, -
, , -
, , .
, , -
,
: , -
.
.
9
– -
, -
. -
,
,
.
( ) –
, -
.
-
( ).
, -
, .
.
-
, . -
. ,
.
,
. -
. ,
.
-
, :
v |
8 2 |
|
h |
|
. |
(1.9) |
||
|
|
|
|
|
|
|||
c3 |
h |
|
|
|
||||
|
|
|
exp |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
kT |
|
|
|
||
, (1.6) – (1.8)
:
N m Amn N m Bmn ( nm ) N n Bnm ( nm ) . |
(1.10) |
10