ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ЧАСТОТОЙ СТИМУЛИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02N3/00 H05G2/00 H05H1/00 

Область применения

Устройство относится к области электричества и в частности к газоразрядным приборам радиотехнической промышленности для преобразования электрической энергии в энергию направленного стимулированного излучения в исполнении как генератор рентгеновского, так и в исполнении как генератор гамма-излучения с перестраиваемой частотой в этих диапазонах не всей ширине спектра. Первоначально рассчитывалось для использования в устройствах по патентам: №2110137, МКИ Н 02 N 3/00, 1996 г., №2169854, МКИ F 02 К 1/00, №2165671, МКИ Н 02 N 3/00, но учитывая высокий КПД преобразования энергии рентгеновского или гамма-излучения в электрический ток, позволит применять это устройство для создания станций в космосе для преобразования рентгеновского излучения в электрический ток, а также в качестве новых технических средств для нелинейной лазерной спектроскопии.

Уровень техники

В настоящее время известно устройство /1/ по лазерному усилению техники рентгеновского излучения, содержащее: импульсный лазер (СО₂-лазер), углеродную мишень и соленоид с напряженностью 90 кГс. Под действием импульсного лазера на углеродную мишень создавалось плазменное облако. Благодаря сильному магнитному полю разлет плазмы был почти одномерным - отношение длины плазменного столба (несколько миллиметров) к его радиусу (доли миллиметров) равнялось 100, а охлаждение плазмы происходило не за счет расширения, а в результате линейчатого излучения многозарядных ионов. Измерялась интенсивность излучения вдоль и поперек плазменного столба для линий иона С VI 182 и 135 соответствующих переходов n=3 → n=2 и n=4 → n=2. Для обеих линий эмиссия вдоль столба плазмы превышала эмиссию радиальную; причем для линии 182 излучение вдоль столба было в 120 раз интенсивнее, чем по радиусу. Подобный эффект можно объяснить лишь сильной инверсией и стимулированным излучением, т.е. усилением света при его распространении по среде с инверсной заселенностью. Полагалось, что в Принстоне инверсную заселенность уровней получили по схеме, предложенной специалистами ФИАНа: сначала создается облако горячей плотной плазмы для получения многозарядных ионов, а затем плазма быстро охлаждается. При рекомбинации в первую очередь заселяются высоковозбужденные уровни с большими главными квантовыми числами n. Более низкие уровни заполняются благодаря каскадным переходам с верхних уровней при столкновении частиц. Уровни с малым n “очищаются” из-за спонтанных радиационных переходов. Обычно для охлаждения используется быстрое расширение плазмы, однако при этом трудно получить длинный и однородный плазменный столб.

Известна работа /2/ по созданию высокоинтенсивного, остронаправленного, квазимонохроматического источника рентгеновского излучения с перестраиваемой длиной волны; да и сами вещества, у которых показатель преломления превышает единицу в рентгеновском диапазоне, можно применять для создания устройств формирования и монохроматизации пучков рентгеновских лучей. С помощью исследований удалось установить, что у таких веществ, как алюминий, аргон, углерод, ксенон и неон, вблизи краев зоны фотопоглощения существуют области рентгеновских частот, где показатель преломления вещества очень незначительно, но превышает единицу. Этого оказалось достаточно, для того чтобы для заряженных ультрарелятивистских частиц выполнялось условие υn/c>1, где n - показатель преломления. В результате наблюдалось рентгеновское излучение из углерода с энергией фотонов около 0,3 кэВ. Т.е. исследования группы И.И. Гуревича в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова показали возможность создания Черенковского лазера в рентгеновском диапазоне частот.

В настоящее время ведутся разработки гамма-лазера /3/. Запасенная энергия хранится на метастабильных уровнях возбужденных ядер и освобождается при переходах с метастабильных на близко расположенные верхние и последующих переходах в основное состояние. Первоначально специалисты университета штата Техас, Даллас (США) использовали метастабильное возбуждение состояния ядра ⁵⁷Fе, а дополнительное возбуждение осуществлялось излучением радиочастотного диапазона. По предварительным данным его воздействие на возбужденные ядра железа приводило к испусканию гамма-квантов с длинами около 0,086 нм (0,86 ).

Известна работа /4/, где специалисты из Массачусетского технологического института (США) показали, что можно создавать направленное сверхизлучение, искусственно вызывая анизотропию коэффициента усиления путем компенсации эффекта Доплера для группы атомов, движущихся в одном направлении, и наоборот усиление эффекта Доплера для группы атомов с противоположно направленными скоростями. Это достигается путем сдвига одного из уровней (атомных), участвующих в сверхизлучении, как раз настолько, чтобы изменение частоты атомного перехода (для неподвижного атома) равнялось с обратным знаком доплеровскому изменению частоты излучаемой этим атомом световой волны. Такой сдвиг можно получить за счет радиационного взаимодействия атомов с сильным монохроматическим полем, возбуждающим быстрые индуцированные переходы между одним из двух рабочих уровней и некоторым третьим. Инверсия населенностей между 3Д и 3Р-состояниями и компенсирующее излучение создавалось двумя лазерами на красителях, приводимых в действие одним и тем же лазером на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающим в режиме переменной добротности. Точная настройка этого излучения обеспечивалась компьютером. Принятый к рассмотрению прототип по работе /4/ хоть и не дает пока выход на режим рентгеновского или гамма-излучения, но определяет возможность обратного взаимодействия излучения на смещение групп атомов в объеме активной среды за счет получаемого из вне излучения, причем он не предусматривает постоянного смещения заряженных частиц в разных направлениях (как это определено в аккумуляторных батареях, т.е. смещения положительных ионов к одной пластине и отрицательных ионов к другой пластине). Тогда следует учесть решение по работе /15/, определяющее условие компенсации поперечного эффекта Доплера дополнительно к усилению продольного эффекта Доплера по работе 4/. Рассеяние атомов коротким импульсом стоячей световой волны носит селективный характер, т.е. атомы с разными массами и скоростями рассеиваются на разные углы. Учитывал, что используя световые импульсы длительностью 10^-8 с, спонтанное излучение не изменяет знак (фазу) дипольного момента атома за время импульса, и поэтому рассеяние атомов будет когерентным. Но и этого не достаточно для выхода на рентгеновский режим излучения, т.к. согласно условиям по работе /1/ о необходимости заполнения электронами более низких уровней, которые заполняются благодаря каскадным переходам с верхних уровней при столкновении заряженных частиц, а как известно, рентгеновское излучение атомов связано с переходами окружающих ядро электронов с внешних орбит на внутренние. Т.е. необходим мощный короткий импульс звукового давления, тогда следует обратить внимание на работу /14/ в области нелинейной лазерной спектроскопии, где специалисты Института Общей Физики АН СССР получили прямую генерацию субнаносекундных звуковых импульсов большой мощности в воде, глицерине и этаноле с помощью ультракоротких импульсов лазера на гранате. Звук генерировался в среде, находящейся между двумя кварцевыми пластинками. Были получены однополярные импульсы длительностью 0,75 нс и амплитудой 20 тыс. атмосфер, при этом даже вода сжималась на 30% от своего объема. Звуковой сигнал, имеющий столь малую длительность, что состоит из одного периода колебаний звуковой волны или даже из одной фазы сжатия и названа А. Таму (США) солитоном, а такая генерация позволяет уже осуществить раскачку атомов, нарушая процессы равновесия за счет изменения межатомных расстояний, определяя появление отрицательных энергий связи в колебательных процессах, что в основном и определено в физике плазмы, как образование солитонов в связанных волнах /19/. Для того чтобы выйти на режим накачки с целью получения рентгеновского или гамма-излучения, необходимо объединить в одной конструкции на одном квазистационарном состоянии мощный оптический лазер и мощный акустический лазер, чем и определена сущность предлагаемого изобретения.

Сущность изобретения***

П1. Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного рентгеновского излучения по способу, искусственно вызывая анизотропию коэффициента усиления путем компенсации продольного эффекта Доплера для группы атомов, движущихся в одном направлении, и наоборот, усиления продольного эффекта Доплера для группы атомов, движущихся с противоположно направленными скоростями, и компенсации поперечного эффекта доплера за счет рассеяния атомов коротким импульсом стоячей световой волны для замедления процессов колебательных движений атомов (снизить эффект отдачи) и сохранение анизотропии направления движения ионов, и получения направленного сверхизлучения на условиях образования квазиавтоколебательных процессов и дисперсии в низкотемпературной плазме, являющейся нелинейной средой, и солитонов в связанных волнах с учетом ВРМБ, причем для усиления рентгеновского излучения за счет образования оптических солитонов затенения (солитонов с отрицательной энергией), а для усиления гамма-излучения ионно-звуковых солитонов затенения, включающее источники направленного монохроматического излучения в оптическом и акустическом диапазоне, отличающийся тем, что газоразрядная камера, заполненная газовой средой, способной к вынужденному рассеянию Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ), разделена лучеотражающей пластиной с отверстием по оси газоразрядной камеры на две секции, причем на этой лучеотражающей пластине в ее центральной части вокруг отверстия с двух сторон поверхности лучеотражающей пластины смонтирована термоспираль - управляющий катод, а с торцевых сторон газоразрядная камера оборудована лучеотражающими пластинами выпукло-сферической формы и своими вогнутыми поверхностями направлены к центру азоразрядной камеры, и на поверхности которых внутри секций смонтированы структуры разрядников, подключенные к устройству, подающему на структуру разрядников П-образное высоковольтное напряжение, а в центре лучеотражающей пластины с одной из торцевых сторон газоразрядной камеры через изолятор выведен внутрь секции №1 управляющий электрод-анод первой секции, представленной пластиной, установленной перпендикулярно оси газоразрядной камеры, а с другой торцевой стороны газоразрядной камеры в центре лучеотражающей пластины имеется отверстие, оборудованное керамической трубкой, на торце которой смонтирован управляющий электрод-анод второй секции кольцевой формы, причем лучеотражающая пластина, разделяющая газоразрядную камеру на две секции, также выполнена выпукло-сферической формы и направлена своей вогнутой поверхностью в секцию №1, а выпуклой поверхностью в секцию №2, термоспираль-управляющий катод для двух секций подключена к источнику питания с регулировкой тока накала, а управляющие электроды каждой секции подключены к самостоятельным устройствам, обеспечивающим работу управляющих электродов в режиме попеременного включения отрицательного напряжения с регулировкой по частоте и по времени действия.

П.2. Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного гамма-излучения по п.1, отличающийся тем, что с торцевых сторон газоразрядной камеры одна лучеотражающая пластина направлена своей выпуклой стороной в центр газоразрядной камеры, а другая лучеотражающая пластина направлена своей вогнутой стороной в центр газоразрядной камеры и на площади этих лучеотражающих пластин внутри секций возле центра смонтированы термоспирали-управляющие катоды, а внутри газоразрядная камера оборудована двумя лучеотражающими пластинами, которые закреплены на внешней поверхности керамической трубки, а сами лучеотражающие пластины направлены своими вогнутыми поверхностями к торцам газоразрядной камеры и на этих вогнутых поверхностях смонтированы структуры разрядников, причем на торцах самой керамической трубки, на которой закреплены эти лучеотражающие пластины, закреплены кольцевые управляющие электроды-аноды секций.

П.3. Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне рентгеновского или гамма-излучения по п.1 и п.2, отличающийся тем, что для съема электрической энергии при преобразовании поступающего излучения соответствующего диапазона от внешних источников, лучеотражающие пластины, оборудованные термоспиралью, с внешней стороны газоразрядной камеры имеют приваренные к ним клеммы для подключения к потребителю, как второй электрод по отношению к управляющему электроду, а режим работы управляющих катодов и анодов должен обеспечивать процесс возбуждения активной газовой среды в резонанс с частотой принимаемого излучения.

Таким стразом генератор электромагнитного излучения как в исполнении для получения рентгеновского излучения, так и в исполнении для получения гамма-излучения с перестраиваемой частотой в этих диапазонах по способу, искусственно вызывая анизотропию коэффициента усиления путем компенсации продольного эффекта Доплера для группы атомов, движущихся в одном направлении, и, наоборот усиления продольного эффекта Доплера для группы атомов, движущихся с противоположно направленными скоростями, и компенсации поперечного эффекта доплера за счет рассеяния атомов коротким импульсом стоячей световой волны для замедления процессов колебательных движений атомов и сохранения анизотропии направления движения ионов, и направленного сверхизлучения на условиях образования квазиавтоколебательных процессов и дисперсии в низкотемпературной плазме с образованием солитонов в связанных волнах с учетом ВРМБ, причем для усиления рентгеновского излучения за счет образования оптических солитонов затенения (солитонов с отрицательной энергией), а для усиления гамма-излучения ионно-звуковых солитонов затенения, да еще работающих в режиме приема с преобразованием энергии в электрический ток, соответствует критерию изобретения “Новизна”.

Сравнение заявленного изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “существенные отличия”.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

Сведения подтверждающие возможность конкретного применения.

На фиг.1 представлена принципиальная схема генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного рентгеновского излучения.

На фиг.2 представлена принципиальная схема генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного гамма-излучения.

Корпус 1 газоразрядной камеры выполнен цилиндрической формы и изготавливается из стекла или керамики, лучеотражающие пластины 2, 4, 5 изготовлены из металла выпукло-сферической формы (штамповка). В отверстие лучеотражающей пластины 2 вмонтирована керамическая трубка 3, на выступающую часть которой, находящейся внутри секции №1 и секции №2, намотана и закреплена термоспираль 13 (по конструкции прямой катод) и представлена как управляющий катод (для секции №1 и №2), соединенная с источником питания 11, который представлен трансформатором накала через регулирующее устройство током накала либо реостатом, либо через регулировку напряжения, поступающего на трансформатор накала. Требования к катоду и источнику питания те же, что и в газотронах: вольфрамовая спираль, низкое напряжение и высокий ток. На вогнутых поверхностях лучеотражающих пластин 4, 5 через изоляторы 10 крепятся структуры разрядников 6, подключенные к устройству 12, обеспечивающему высоковольтное напряжение прямоугольными импульсами. Устройство 12 может быть представлено трансформатором строчной развертки, но обязательно обеспечивать подачу импульсов прямоугольной формы и обеспечивать на разрядниках излучения в сантиметровом диапазоне СВЧ-излучения. В центре на оси лучеотражающая пластина 4 оборудована изолятором 10, через который проходит провод и прикреплен к управляющему аноду 8 секции №1 и представленной круглой пластиной диаметром, равным диаметру внутренней окружности керамической трубки 3. Управляющий электрод 8 соединен с устройством 14, представленным схемой с использованием однопериодного выпрямления, включенного в цепь переменного тока с помощью газотрона с шунтирующим фильтром и конденсатором, гасящим положительное напряжение (см. /21/). В лучеотражающей пластине 5 по оси имеется отверстие, в которое жестко вмонтирована керамическая трубка 7 и являющаяся изолятором, и на торце этой трубке смонтирован управляющий электрод 9 для секции №2 и представлен кольцевой пластиной, соединенной с устройством 15. Устройство 15, обеспечивающее переменный знак потенциала напряжения на управляющем электроде 9, представлено схемой выпрямителя с использованием тиратрона, которые применяются в цепях переменного тока с частотой до 10 кГц (см. /21/). Меняя частоту питающего напряжения, меняется соответственно и время работы электродов 8, 9. Секция №1 определена конструкцией генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой стимулированного излучения в оптическом диапазоне. Секция №2 определена конструкцией генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой стимулированного излучения в высокочастотном акустическом диапазоне. 22 - Самостоятельный разряд со стриммером в виде спирального витка. 23 - плазменный столбик, образованный сжатием плазмы быстро нарастающим магнитным полем в стриммере самостоятельного разряда 22 /Фиг.1/.

На фиг.2. Секция №1 определена конструкцией генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой стимулированного излучения в высокочастотном акустическом диапазоне. Секция №2 определена конструкцией генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой стимулированного излучения в оптическом диапазоне. В связи с чем термоспираль 13 как управляющий катод смонтирован раздельно на лучеотражающей пластине 18 в секции №1 и закреплен на керамической трубке 17, смонтированной на лучеотражающей пластине 16. Структура разрядников 6 смонтирована на вогнутых поверхностях лучеотражающих пластин 19, а управляющие электроды 8, 9 закреплены на торцах керамической трубки 20. К лучестражающим пластинам 16, 18 приварены клеммы 21 (пластины или винты). В секции №1 образуется плазменный столбик 23, а в секции №2 - плазменный столбик 24, где и рождаются гамма-кванты.

На выходе керамические трубки 7 (Фиг.1) и 17 (фиг.2) из газоразрядной камеры оборудованы насадкой, перекрывающей выход газовой смечи из газоразрядной камеры. На управляющий электрод 8, 9 подается только зарядовый потенциал напряжения, а цепь замкнуть на согласующую нагрузку вне газоразрядной камеры. Структура разрядников 6 (как отдельный элемент представлена 2-мя кольцевыми шинами, на которых наварены выступы, с которых стекает прямой разряд со стриммером разрядов, которые должны быть параллельны плоскости лучеотражающих пластин), а в структуре таких парных шин может быть несколько и должны покрывать всю площадь поверхности лучеотражающих пластин, и к этим шинам подается импульс энергии от устройства 12.

Работа генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного рентгеновского излучения /Фиг.1/

Включается в работу устройство 12, которое подает на структуру разрядников 6 высоковольтные импульсы прямоугольной формы, и энергия монохроматического СВЧ излучения в сантиметровом диапазоне от разрядников, отраженная от лучеотражающих пластин 4, 5, направляется в объем активной газовой среды, заполняющей корпус 1 газоразрядной камеры. За счет кривизны площади лучеотражающих пластин 4, 5 и неоднородности очагов искрообразования от разрядников, структуры разрядников определяют излучение с неоднородным волновым фронтом, и в активной газовой среде, подверженной ВРМБ, образуется сложная система микроскопических “сгустков” интенсивности света /6/, т.е. образуются зоны несамостоятельного темного разряда (тлеющего). Включается в работу термоспираль 13, и тепловое излучение и эмиссия электронов с термоспирали 13 отраженное от лучеотражающий пластины 2, направляется в объем активной газовой среды, усиливая процессы флуктуации, и приводящее к возникновению ионно-звуковых колебаний /7/. Учитывая, что электроны в газе имеют значительную длину свободного пробега и меньшую инерцию, чем ионы, то за счет теплового излучения получают дополнительный импульс и устремляются в глубь активной газовой среды и, попадая в зоны с наименьшей пространственней энергетической пространственной неоднородностью при интерференции или в процессе колебаний атомов или молекул, захватываются этими зонами, и движение электронов осуществляется по замкнутым круговым траекториям в этих зонах, определяя рост микроскопических “сгустков” и образования несамостоятельных тлеющих разрядов /8/. Образование микроскопических “сгустков” тлеющего разряда определяют циклотронный резонанс с СВЧ излучением, а за счет процессов электрострикции увеличивает амплитуду высокочастотных акустических колебаний /9/. Рост амплитуды акустических колебаний приводит к упорядочиванию положений “сгустков” в объеме активной газовой среды, образуя чередующиеся плоскости ферромагнитного состояния, которые и определяют вентильный режим, чем и определены свойства “бриллюэновского зеркала” /6/. Рост амплитуды звуковых колебаний как образования зон сгущений и разрежений с образованиями активных центров (в виде “сгустков”) и определяют процессы преломления излучения на необыкновенный и обыкновенный лучи и определяют упорядочивание процессов в интерференционной картине на дифракции Брэгга и определены яркими светящимися стратами с наклоном по условию волнового синхронизма в низкотемпературной плазме при высоком давлении в работе /8/. Таким образом, наличие в конструкции совместно со структурой разрядников 6 и термоспирали 13 снимает жесткие требования к используемой активной среде, т.е. нет необходимости использовать только сероуглерод или газы с высоким давлением, а совместная работа структур разрядников 6 и термоспирали 13 с наличием лучеотражающих пластин 2, 4, 5 определяет выход на первый уровень - электронно-колебательный уровень накачки со своим колебательно-вращательным спектром. Причем выход на определенную спектральную линию излучения определен через циклотронный резонанс при неизменном режиме работы структуры разрядников 6 за счет регулировки током спирали 13, определяя образования упорядоченных, но с изменением параметров активных центров. Положительные ионы при ионизации газа компенсируют объемный отрицательный заряд вблизи прямого катода (термоспираль 13), вследствие чего несколько увеличивается электронная эмиссия, определяя рост числа отрицательных ионов, которые под действием теплового и акустического поля смещаются к управляющим электродам 8, 9 в секции №1 и №2. Из физики плазмы известно, что свободный электрон, пролетая рядом с отрицательно заряженным ионом, приводит к снижению температуры в этой области плазмы, а условия прилипания электронов к нейтральным атомам определяют образование отрицательно заряженных ионов, т.е. к атомам, которые во внешней оболочке имеет много электронов (число валентности меньше восьми), обладают способностью присоединять и удерживать на своей внешней оболочке дополнительные электроды. Известно, что захват электронов атомами кислорода вызывает уменьшение электропроводности плазмы, составляющей ионосферу Земли /II/. С учетом циклотронного резонанса с образованием тлеющего разряда электроны переводятся с нижних орбит в атоме на верхнюю орбиту, т.е. определяют условия обеспечения эффекта прилипания не только для группы кислорода. Прилипание ведет к уменьшению электропроводности газов, при этом носителями тока вместо быстрых электронов становятся тяжелые малоподвижные отрицательные ионы /II/ на оси в секциях №1 и №2. За счет концентрации отрицательных ионов и движение электронов эмиссии определяют условия понижения температуры на оси, что приводит к анизотропии теплопередачи от термоспирали 13 и лучеотражающей пластины 2. В комплексе структура разрядников 6, термоспираль 13, каждая со своими лучеотражающими пластинами 4, 5, 2 с образованием активных центров и прилипания электронов в активной газовой среде определяет устройство как тепловой трансформатор (см подробнее /10/, который создает потенциал температур в объеме активной газовой среды, что приводит к направленному смещению зарядов вдоль оси газоразрядной камеры. При включении в работу управляющего электрода 8 в секции №1 в полупериоде работы устройства 14 возникает отрицательное напряжение на электроде 8, т.е. попеременное включение вентильного режима, который определяет раскачку движения объемных зарядов и соответственно раскачку токов в объеме холодной плазмы. Смещение положительных ионов к лучеотражающей пластине 2 и сжатие к оси при столкновении с термоспиралью 13 приводит к нарушению зарядового равновесия в плазме, которое самостоятельно не может восстановить равновесие, поэтому регулируя работой электродов 8, 9 через регулировку устройствами 14, 15, приводит к резонансу при раскачивании объемных зарядовой, учитывая, что на оси образуются отрицательные заряды, которые по условию прилипания электронов определяют уменьшение электропроводности в этой зоне, а раскачка объемных ионных зарядов в поперечной и в продольной плоскости определяет образование самостоятельного разряда со стриммером в виде спирали 22 в секции №1 по внешнему контуру объема отрицательных зарядов, аналогичные процессы возникают и в секции №2, т.е. возникновение процесса аналогично образованию в плазме обратного пинч-разряда. Учитывая, что здесь излучение при анизотропии разбивается на два луча, причем обыкновенный луч участвует в фокусировке и дефокусировке, то в это время необыкновенный луч участвует в формировании самостоятельного разряда в виде токового витка. Самостоятельный разряд со стриммером в виде спирального токового витка участвует не только в формировании кванта энергии излучения, но и выступает в роли излучателя спиральной необыкновенной волны, которая участвует в процессе его распространения в пространстве, т.к. известно, что спиральные или геликованные волны являются слабозатухающими волнами /12/. Образование светящегося стриммера спиральной формы 22 и определяет второй уровень электронно-колебательной накачки активной газовой среды, где уже сам единичный виток спирали и определяет активный центр взамен активного центра в жиде тлеющего разряда на первом уровне накачки. Известно, что в пинч-разрядах (т.е. цилиндрических разрядах плазма удерживается магнитным полем собственного тока) определяется высокая эффективность перехода энергии источника питания в излучение - 100% на квазистатической стадии, причем объем активной газовой среды, охваченный светящимся стриммером 22 самостоятельного разряда с учетом необыкновенного луча, определяет по условию как образование лазера на взрывной амплитудной неустойчивости, а с наружной стороны определяет тот частотный сдвиг накачки для смещения положительных ионов, т.е. через самостоятельный разряд с токовым витком в виде спирали и определяет квазиавтоколебательный процесс по условию сдвига одного из уровней атомов, участвующих в сверхизлучении, как раз настолько, чтобы изменение частоты атомного перехода (для неподвижного атома) равнялось с обратным знаком Доплеровскому изменению частоты излучаемой этим атомом световода волны, участвующей в сверхизлучении. С образованием самостоятельного разряда с учетом физики спиральной волны и пинч-разрядов, в которых плазма удерживается магнитным полем собственного тока, определяет условия образования циркулярно поляризованных волн с противоположно направленными вращениями векторов Е и изменениями направлений токов в самом стриммере самостоятельного разряда 22 по условиям обратного пинча т.е. в секции №1 определяя изменение процессов поляризации к образованию циркулярно поляризованным волнам. Отличие процессов в секции №2 определено тем, что лучеотражающая пластина 2 своей выпуклой стороной направлена в сторону к кольцевому электроду 9, определяя в температурном поле неоднородный Фронт, который ускоряет процесс движения отрицательных ионов на оси секции №2, причем, как видно из Фиг.1, на самой оси имеется активная среда с нейтральными атомами, то с учетом образования самостоятельного разряда со спиральным стриммером 22 происходит сжатие плазмы быстро нарастающим магнитным полем с образованием плазменного столбика 23. Стриммер спиральной формы 22 участвует в модуляции ионно-звуковых волн в плазменном столбике 23, как это определено в работе /13/, и частота этой модуляции определяется длиной столбика 23 и скоростью ионного звука, в работе /13/ определено (для водородноподобной плазмы измеренная частота составляет 10⁶ Гц). При движении электронов в стриммере 22 самостоятельного разряда в секции №2 против СВЧ излучения от структуры разрядников 6 и отраженная от лучеотражающей пластины 5 тормозится этим излучением, и энергия электронов передается звуковой волне, а при движении по направлению излучения СВЧ поглощает энергию СВЧ излучения. Таким образом в секции №1 реализуется процесс по получению направленного сверхизлучения в оптическом диапазоне, а в секции №2 реализуется процесс по получению направленного сверхизлучения в акустическом диапазоне с соосным направлением излучения одного направления. Воздействие на плазменный столбик 23 направленного сверхизлучения в оптическом диапазоне из секции №1 переводит среду в плазменном столбике 23 на третий электронно-колебательный уровень возбуждения со своим колебательно-вращательным спектром. Если на втором уровне накачки процессы взаимодействия оптических и акустических волн по условию ВРМБ, т.е. вынужденное рассеяние потому, что теперь световая волна рассеивается на акустических волнах, которые она сама же и возбуждает в среде (за счет явления электрострикции (/9/, стр.140), и интенсивность этих акустических волн может стать значительной, но все же за акустической волной сохраняются условия, которые ассоциируются с периодическими колебаниями среды - чередованием сжатий и растяжений, то здесь с появлением лазерного излучения возникает уникальная возможность получать звуковой сигнал, который может иметь столь малую длительность, что, как оказывается, он состоит только из одного периода колебаний звуковой волны или из одной фазы сжатия: это так называемый однополярный импульс, по форме чем-то напоминающий солитон, как это определено в работе /14/. Излучение в оптическом диапазоне из секции №1 поступает в секцию №2 и, воздействуя на плазменный столбик 23, вытягивает его вдоль оси на длину цуга оптического излучения, при этом спиральный стриммер самостоятельного разряда 22 в секции №2 сжимается к оси и число витков спирального стриммера самостоятельного разряда увеличивается. Учитывая, что в самой газоразрядной камере, состоящей из двух секций, состояние активной газовой среды рассматривается как квазистатическое состояние, то волновой цуг оптического излучения можно рассматривать как образование стоячей волны и соответственно в плазменном столбике 23 определится структура из продольных фронтов однополярных звуковых импульсов, которые в свою очередь воздействуют на процессы притяжения и отталкивания, нарушая равновесие сил и энергий связи (энергии диссоциации) с отрицательной до положительной величины. Энергия диссоциации отрицательна, а энергия, выделяющаяся при образовании молекул, положительна, при этом силы отталкивания положительные, а силы притяжения - отрицательные. На расстояниях r, сравнимых с размерами атомов между атомами, действуют силы взаимного отталкивания, не позволяющие электронам данного атома слишком глубоко проникнуть в оболочки другого атома. Как и в случае взаимодействия между молекулами, силы отталкивания между атомами являются более короткодействующими, чем силы притяжения. То в данном случае мы имеем дело с короткодействующими силами отталкивания. То по условию сохранения энергии и импульса должны возникать и долгодействующие силы притяжения, то здесь очень уместно было сделано замечание со стороны американских специалистов в сравнении однополярного импульса звука с солитоном, именно в физике солитонов, возникающих в плазме, можно определить, что существуют солитоны затенения как макроквантовые состояния с отрицательной энергией. С учетом процессов нелинейной автомодуляции и дисперсии групповой скорости однополярный фронт звукового импульса при амплитудной модуляции под действием тока электронов в стриммере самостоятельного разряда разбивается на несколько стационарных импульсов (солитонов звуковых импульсов) и солитонов затенения (в оптическом диапазоне) с отрицательной энергией, причем солитоны звуковые перемещаются по направлению излучения, а оптические солитоны затенения смещаются в противоположную сторону. Учитывая, что солитоны проходят друг через друга без взаимодействия, а образование солитонов затенения, как солитон с отрицательной энергией, и определяют условия прозрачности плазмы для высокочастотного электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Эти процессы подтверждены в разделе Экспериментальные исследования солитонов в плазме с учетом солитонов в связанных волнах и возникающего высокого пандемоторного давления, выталкивающего электроны из области пониженной плотности, распределения ионов в плазме и образования “ямок” плотности, из которых удаляются электроны, которые находятся в прямой зависимости от напряжения поля накачки (см. подробнее /19/, стр.163-183). Ленгмюровские (плазменные) и ионно-звуковые волны представляют собой электростатические волны (волны пространственного заряда, которые могут распространяться только в незамагниченной плазме, что и определено в этой конструкции магнитных соленоидов. Для многих задач ядерной физики нужны интенсивные пучки быстрых легких ионов с определенным образом ориентированными в пространстве ядерными спинами (так называемые поляризованнанные ядра). Как оказалось, можно получать почти 100% поляризацию ядер, облучая атомы монохроматическим лазерным излучением. Облучая атомы лазерным излучением из секции №1 с регулируемой частотой в результате столкновения атомов, близких по массе, можно менять скорость атомов по величине и направлению. Поляризация ядер происходит за счет спин-спинового взаимодействия ядерных спинов со спинами атомарных электронов, поглощая фотон лазерного излучения и спонтанно излучая затем фотон меньшей частоты, атом переходит из основного состояния в возбужденное с одновременным поворотом ядерного спина, что и определено в работах /16/, а рассеяние атомов коротким импульсом стоячей световой волны специалистами ФИАНа /15/, где определено, что с увеличением мощности можно осуществлять увеличение углов рассеяния атомов, причем рассеяние носит селективный характер. Таким образом за счет монохроматического мощного лазерного излучения, распространяющегося из секции №1 при его воздействии на плазменный столбик 23, выводит тяжелые ионы от оси секции №2, оставляя на оси легкие ионы возбужденного газа, а при разделении фронтов однополярных звуковых импульсов на стационарно существующие сверхкороткие звуковые однополярные импульсы, определяя новый резонатор в плазменном столбике 23 для получения стимулированного излучения в рентгеновском диапазоне, возникающего вблизи краев зоны фотопоглощения на условиях коэффициента усиления за счет образования оптических солитонов затенения (как солитон с отрицательной энергией), причем рассматривая, что стационарные однополярные импульсы как семейство (по аналогии) параллельных плоскостей кристаллической решетки, как на это обращалось внимание в /15/. Из классической оптики на кристаллах /5/ определены условия сравнения соотношений

,

где L - длина неподвижных групповых волн (оптического диапазона), образуемых падающих и отраженных лучей с известной формулой Вульфа-Брегга для отражения рентгеновских лучей от плоскостей кристаллической решетки λ=2dsinθ, где уже видно, что это одно и то же, если L=d, α=2θ, откуда и определено, что при отражении рентгеновских от семейства параллельных плоскостей кристаллической решетки должны занимать места неподвижных групповых волн, образуемых падающими и отраженными лучами (см. подробнее /5/), а образованиями плоскостей можно регулировать, так как активна газовая среда не кристалл. Вся квазиавтоколебательная система как объединенная конструкция секций №1 и №2 со всеми взаимодействующими процессами работает как усилитель рентгеновского излучения. Известно, что рентгеновское излучение атомов связано с переходами окружающих ядро электронов с внешних орбит на внутренние, ближе расположенные к ядру, то здесь и определено по условию, как это отмечено в /1/, как более низкие уровни заполняются благодаря каскадным переходам с верхних уровней при столкновении атомов. Изменяя частоту работы управляющих электродов 8, 9 и регулируя током накала на термоспирали 13, изменяя температурный потенциал на оси секции №1 и №2, что скажется на потенциале ионизации и напряжении накачки, и соответственно через самостоятельный разряд 22 в секции №2, осуществляющий числом делений волнового фронта однополярного звукового импульса и числом оптических солитонов затенения и определит возможность управления излучением в диапазоне от режимов тормозного излучения за счет эмиссии электронов от термоспирали 13 в секции №2 до режимов характеристического излучения за счет углубления “ямки” плотности под действием напряженности накачки /19/. Работа генератора электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного гамма-излучения /фиг.2/. По конструктивному исполнению секция №1 реализует процесс по получению направленного сверхизлучения в акустическом диапазоне, а в секции №2 реализуется процесс по получению направленного сверхизлучения в оптическом диапазоне, причем направление излучений по оси в одну и ту же сторону. Образование пламенного столбика 23 в секции №1 определяет излучение в акустическом диапазоне, как это определено в работе /13/ (для водородноподобной плазмы измеренная частота составляет 10⁶ Гц), с большой амплитудой, и это излучение попадает в секцию №2 под действием самостоятельного разрядного токового витка 22, определяя на оси секции №2 свой плазменный столбик 24, причем токовый виток 22 самостоятельного разряда расширяется от оси, но число витков не изменяется. Воздействие высокочастотных акустических колебаний определяет в квазистатических состояниях в столбике плазмы 24 образование стоячих волн, по аналогии заменяя кварцевые пластины, как это показано в эксперименте в /14/, между которыми и образуются однополярные звуковые импульсы, под действием монохроматического лазерного излучения в секции №2. При подведении амплитуды лазерных монохроматических импульсов к условиям приведения параметров излучения к параметрам стоячей акустической волны как импульсное воздействие лазерным излучением с определенным периодом и определяют свой цуг образований однопериодических коротких звуковых импульсов. При воздействии токов электронов в спирали стриммера самостоятельного разряда 22 в секции №2 приводит к смещению цуга однопериодических коротких звуковых импульсов относительно фронтов стоячей акустической волны, при этом сам продольный фронт стоячей волны, претерпевая периодически модуляцию по амплитуде, обостряется, и в каждом периоде модуляции определяет образование двух импульсов затенения, которые перемещаются в противоположную сторону излучения и соответственно солитон в оптическом диапазоне, но уже не короткоживущий. Образование двух акустических солитонов с отрицательной энергией и определяет ускорение движения фронта однополярного импульса относительно стоячей волны, а образование оптического солитона принимает дополнительное участие в процессе вращения спин-спиновых волн поляризации и, перемещаясь в сторону излучения, определяют длину поглощения в среде однополярных короткоживущих звуковых импульсов. То в данном случае, как показали эксперименты в /14/, плотность сжатия даже несжимаемой жидкости определилась изменением объема до 30% и давление составило в импульсе до 20 тыс. атмосфер, то здесь уже импульсы суммируются на длине оптического излучения и определяют условия сжатия газовой среды в плазменном столбике 24 до минимальных размеров взаимного протяжения как изменения энергии связи и уже внутри самого атома за счет процессов поляризации ядер за счет сдавливания движения самих электронов, приводит к выходу электронов-электронов конверсии и если в генераторе в исполнении для получения рентгеновского излучения в качестве резонаторов определены как акустические фронты однополярных импульсов, которые подводятся к стоячим фронтам оптического излучения по условиям Вульфа-Брега, то здесь наоборот резонатор определен смещением оптических фронтов относительно фронтов стоячей волны акустических однополярных импульсов, которые по отношению к скорости света являются стоячей волной, а излучение из секции №1 определяет смещение электронов конверсии, которые в свою очередь участвуют в генерации гамма-излучения, а учитывая, что само излучение из секции №1 по условию как спонтанное излучение соответственно и гамма-излучение имеет когерентный характер излучения. Регулируя частотой монохроматического излучения в секции №1, можно регулировать частотой гамма-излучения, а регулируя работой управляющих электрода 8 и термоспирали 13, определяется амплитуда гамма-излучения. Как известно, возникновение изомерного сдвига определено изменением энергии фотонов (вызванное эффектом доплера), равно по абсолютной величине и обратно по знаку изомерному сдвигу, обусловленное различием в химическом строении, и может снова наступить резонансное поглощение согласно эффекта Мессбауэра, чем и определяется связь с энергией связи с эффектом Доплера как для излучения в гамма-диапазоне, так и для преобразования поступающего излучения от внешних источников в электрический ток. Известно черенковское излучение от “сгустка” света /20/, где черенковское излучение от светового импульса, проходящего через электрооптическую среду, где свет создавал усредненную поляризацию среды, которая переносилась групповой скоростью, превышающей фазовую скорость излучаемых волн. То в данной конструкции реализуется процесс когерентного пространственного взаимодействия между когерентными источниками излучений в оптическом и акустическом диапазоне излучений, находящихся в квазистатическом состоянии, и определено усилителем гамма-излучений с учетом высоких скоростей фазовых смещений в поле с образованием солитонов в связанных волнах как квазиавтоколебательная система с дисперсией.

Таким образов, можно считать, что здесь фактически определен черенковский лазер как в рентгеновском, так и в гамма-диапазоне излучений.

Список литературы

1. Ст. “Лазерное усиление рентгеновского излучения”, журнал “Природа”, 1986 г., №1, стр. 106 - Preprint Prinstion Plasma Physics Laboratory. 2207, 1985 (США).

2. Рентгеновское черенковское излучение ЖЭТФ, 1981, т.81, с.1664; Доклады АН СССР 1982 г., т.263, с. 855.

3. Разработка гамма-лазера. Журн. “Природа”, №12, 1987 г., стр. 93, иностр. источник: Sciens News, 1986 г., vol. 130, №8.

4. Компенсация эффекта Доплера и направленное сверхизлучение. Physical Review letters, 1980 г., v.45, р.1242-1245 (США).

5. А.В. Шубников. “Оптическая кристаллография”, изд. Академия наук, М-Л., 1950 г., стр. 19-21.

6. Ю.Н. Денисюк. “Голография - что мы знаем о ней сегодня”. Журн. “Природа”, №8, 1981 г.

7. Я.Б. Зельдович, И.Д. Новиков. “Релятивистская физика”, М., “Наука”, 1967 г., стр. 531-533

8. Открытие №260 от 22.07.1982 г. “Явление ионизационной турбулентности изотемпературной плазмы”.

9. Г.Л. Киселев. “Приборы квантовой электроники”, М., “Высшая школа”, 1980.

10. А.В. Болгарский, Г.А. Мухачев, В.К. Щукин. “Термодинамика и теплопередача”, изд. Второе, М., Высшая школа, 1975 г., стр. 65-66.

11. В.П. Милентьев, С.В. Темко. “Физика плазмы”, М., "Просвещение", 1983 г., стр. 42.

12. П.В. Блиох, М.И. Каганов. “Спиральные волны в космосе и металле”. Журн. “Природа”, №8, 1988 г., стр. 20-21.

13. М.Д. Габович. “Взаимодействие плазмы с жидким металлом”, “Природа”, 1984 г., №12.

14. “Сверхкороткие звуковые импульсы”, ЖЭТФ, 1986 г., т.91, стр. 114-121.

15. Рассеяние атомов коротким импульсом стоячей световой волны”. Письма в ЖЭТФ, т. 34, №7, стр. 395-399.

16. Поляризация ядер лазерным излучением. Physical Review Letters, 1981, т. 47, р. 236-239 (США).

17. “Мощная излучающая плазма”. В.Б. Розанов, А.А. Рухадзе. Журн. “Природа”, 1984 г., №5, стр. 30-41.

18. В.М. Яворский, А.А. Детлаф. /Справочник по физике, изд. 3, М., “Наука”, 1990 г.

19. “Солитоны в действии”. /Под ред. К. Лонгрена и Э. Скотта, М., “Мир”, 1981 г.

20. Черенковское излучение от “сгустка” света. Physical Review Letters, 1984 г., т. 53, № 16, р. 1555-1558 (США).

21. В.С. Попов, С.А. Николаев. “Общая электротехника с основами электроники”, М., “Энергия”, 1972 г.

Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой стимулированного излучения предназначен как для получения диапазона рентгеновского, так и для получения диапазона гамма-излучения, что позволит использовать это устройство для создания станций в районах высокогорья или спутников на орбите Земли, для преобразования энергии рентгеновского излучения из космического пространства в электрический ток. Генератор имеет две секции, одна из которых настроена в оптическом диапазоне монохроматического направленного сверхизлучения, а другая - в акустическом диапазоне с направлением излучения по оси в одну и ту же сторону на одной активной среде. За счет конструктивного объединения элементов в газоразрядной камере через управление режимами работы управляющих электродов и катодов, в каждой секции получают направленное сверхизлучение, при этом регулируют мощность излучения каждой секции в газоразрядной камере. Техническим результатом является увеличение КПД преобразования энергии. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного рентгеновского излучения, содержащий газоразрядную камеру, заполненную газовой средой, способной к вынужденному рассеянию Мандельштамма-Бриллюэна, отличающийся тем, что газоразрядная камера разделена лучеотражающей пластиной с отверстием по оси камеры на две секции, причем на этой лучеотражающей пластине в ее центральной части вокруг отверстия с двух сторон поверхности лучеотражающей пластины смонтирована термоспираль-управляющий катод, а с торцовых сторон газоразрядная камера оборудована лучеотражающими пластинами выпукло-сферической формы, которые своими вогнутыми поверхностями направлены к центру газоразрядной камеры, на поверхности которых внутри секций смонтированы структуры разрядников, подключенные к устройству, подающему на разрядники высоковольтное напряжение в импульсе П-образной формы, а в центре лучеотражающей пластины с одной из торцовых сторон газоразрядной камеры через изолятор выведен внутрь первой секции управляющий электрод-анод, представленный пластиной, установленной перпендикулярно оси газоразрядной камеры, а с другой торцовой стороны газоразрядной камеры в центре лучеотражающей пластины имеется отверстие, оборудованное керамической трубкой, на торце которой смонтирован управляющий электрод кольцевой формы-анод второй секции, причем лучеотражающая пластина, разделяющая газоразрядную камеру на две секции, также выполнена выпукло-сферической формы и направлена вогнутой поверхностью в первую секцию, а термоспираль-управляющий катод для двух секций подключена к источнику питания с регулировкой накала либо через реостат, либо через трансформатор, а управляющие электроды каждой секции подключены к самостоятельным устройствам, обеспечивающим работу управляющих электродов в режиме попеременного включения отрицательного напряжения с регулировкой по частоте включения и по времени действия.2. Генератор электромагнитного излучения с перестраиваемой частотой в диапазоне стимулированного рентгеновского излучения и получения более высоких частот с выходом на режим излучения в диапазоне гамма-частот, содержащий газоразрядную камеру, заполненную газовой средой, способной к вынужденному рассеянию Мандельштамма-Бриллюэна, отличающийся тем, что с торцовых сторон одна лучеотражающая пластина направлена выпуклой поверхностью в центр газоразрядной камеры, а другая направлена вогнутой поверхностью в центр газоразрядной камеры, на площадях которых внутри секций в центре этих лучеотражающих пластин смонтированы термоспирали-управляющие катоды, а внутри газоразрядная камера разделена двумя другими лучеотражающими пластинами с отверстием по оси камеры на две секции, причем эти лучеотражающие пластины закреплены на внешней поверхности керамической трубки и направлены своими вогнутыми сторонами к торцам газоразрядной камеры и на их площадях смонтированы структуры разрядников, а на торцовых сторонах самой керамической трубки закреплены кольцевые электроды-аноды соответствующих секций, при этом управляющие катоды для двух секций подключены к источнику питания с регулировкой накала либо через реостат, либо через трансформатор.