СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНВЕРСНОЙ ЗАСЕЛЕННОСТИ ЯДЕРНЫХ УРОВНЕЙ В МАТЕРИАЛЕ АКТИВНОЙ СРЕДЫ ГАММА-ЛАЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК H01S4/00 

Одной из важнейших научно-технических проблем, решение которой может существенно повлиять на уровень современной науки и техники, является проблема создания источника когерентного гамма-излучения, т,н. гамма-лазера.

Современному состоянию работ по этой проблеме посвящены публикации [1-3]
При взаимодействии гамма-излучения с веществом могут происходить как процессы его поглощения, так и испускания вынужденного гамма-излучения. Активной средой является такая среда, в которой вероятность испускания вынужденного излучения преобладает над вероятностью поглощения. Основными процессами, приводящими к поглощению излучения, являются: взаимодействие с электронной оболочкой атомов (фотопоглощение, упругое и неупругое рассеяние) и взаимодействие с ядрами резонансное поглощение эффект Мессбауэра). Процессом, приводящем к испусканию излучения, является вынужденное испускание гамма-кванта ядром, находящемся в возбужденном состоянии, причем энергия возбуждения ядра должна быть равна энергии налетающего гамма-кванта с точностью до ширины возбужденного уровня ядра (т.н. гамма-резонансные условия). Достижение гамма-резонансных условий, т.е. условий, обеспечивающих безотдачное испускание и поглощение гамма-излучения для рабочего гамма-перехода, является обязательным условием работы гамма-лазера. Способ перевода ядер в возбужденное состояние называется накачкой. Известно, что вероятность резонансного поглощения при взаимодействие гамма-кванта с невозбужденным ядром и вероятностью вынужденного испускания при тех же прочих условиях, равны. Поэтому для получения активной среды необходима такая накачка, которая переводила бы более половины ядер в гамма-резонансное возбужденное состояние за время жизни этого состояния. В условиях такой накачки осуществляется инверсная заселенность двух ядерных уровней основного состояния ядра и гамма-изомерного уровня.

Основная проблема гамма-лазера заключена в том, что при временах жизни изомерных уровней, меньших примерно 10 мкс, трудно обеспечить перевод большей части ядер в возбужденное состояние, а при больших временах трудно получить гамма-резонансные условия.

Предлагается новый способ создания инверсной заселенности ядерных уровней в материале активной среды гамма-лазера. В качестве активной среды используется монокристаллический изотоп осмия 187. Способ основан на уникальных свойствах изотопа осмия 187. Предлагается производить накачку изомерного уровня с энергией около 257 кэВ и времени жизни около 230 мкс, а в качестве гамма-резонансного перехода использовать переход на уровень с энергией около 101 кэВ и времени жизни около 110 нс. При этом автоматически (за счет разности времени жизни) обеспечивается инверсная заселенность этих изомерных уровней, а интенсивность накачки должна обеспечить только превышение вероятности испускания вынужденного гамма-излучения над вероятностью взаимодействия гамма-излучения с электронной оболочкой атомов. Таким образом снимается требование обязательного перевода более половины ядер в возбужденное состояние, что позволяет облегчить решение основной проблемы гамма-лазера.

Данные по характеристикам ядер изотопа осмия 187 взяты из справочника Tables of isotopes, 7 edition, Edited by C.Mi- chael Lederer and Virgima S. Shirley. Lawrence Berkeley Labo- ratory, 1978.

Использование: способ создания инверсной заселенности ядерных уровней в материале активной среды гамма-лазера относится к области создания источников когерентного гаммаизлучения. Сущность: способ включает в себя перевод некоторой доли ядер в возбужденное состояние в материале активной среды, в качестве которой используется изотоп осмия 187, а инверсная заселенность создается между двумя изомерными уровнями ядер осмия 187, время жизни которых обеспечивает возможность создания в материале активной среды гамма-резонансных условий для гамма-излучательного перехода.

Способ создания инверсной заселенности ядерных уровней в материале активной среды гамма-лазера, включающий в себя перевод некоторой доли ядер в возбужденное метастабильное состояние, отличающийся тем, что в качестве материала активной среды используется изотоп осмия-187, а инверсная заселенность создается между двумя изомерными уровнями ядер осмия-187, причем уровень с большей энергией возбуждения распадается через гамма-излучение на более короткоживущий уровень, который имеет время жизни, обеспечивающее возможность создания в материале активной среды гамма-резонансных условий для указанного гамма-излучательного перехода.