Организации и эволюции природных структур

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
Вып. 12, Т.1, 2010                                                 
34 
Исследования  моногалогени-дов  ртути 
HgХ
2
  (X=Cl,  Br,  J,  F)  показали  перспектив-
ность  cреды  на  основе  HgВr
2
  для  создания 
ядерных  источников  света,  что  потребовало 
дополнительных  исследований  по  оптимиза-
ции ее состава. 
Поскольку  спектры  электронноколеба-
тельных  переходов  моногалогенидов  ртути 
представляют собой полосы, для определения 
интегральных  характеристик  излучения  (яр-
кости  молекулярных  полос)  производится  их 
графическое  интегрирование,  что  связано  с 
большой  трудоемкостью  обработки  спек-
тральных данных. При считывании информа-
ции  с  диаграммной  ленты  в  процессе  усред-
нения  и  статистической  обработки  в  резуль-
тате измерений вносятся искажения и допол-
нительные погрешности. 
Вышеизложенные  факторы  привели  к 
необходимости создания нового диагностиче-
ского канала и усовершенствованию (автома-
тизации) установки, описание которой приво-
дится  ниже.  Схема  диагностического  канала 
показана  на  рисунке  4.  Ампула  1  с  внутрен-
ним  диаметром  18  мм,  длиной  600  мм  и  от-
качной  патрубок  диаметром  10  мм,  изготов-
ленные  из  нержавеющей  стали  12Х18Н10Т, 
предварительно  обезгаживались  в  лаборатор-
ных  условиях  при  температуре  250
0
С  и  ва-
кууме 10
5
Па. Затем в ампулу вносилось 
 
несколько мг соли HgВr
2
. В реакторных эк- 
спериментах  система  вакуумировалась  до 
1∙10
-1 
Па,  затем  заполнялась  исследуемой 
смесью.  Давление  контролировалось  образ-
цовыми  манометрами  и  моновакууметром 
ВГД-1.  Необходимое  давление  паров  HgВr
2
 
обеспечивалось  электрическим  нагревом  ам-
пулы.  Температура  контролировалась  хро-
мель-алюмелевыми термопарами с погрешно-
стью 
3.2%.  Излучение  плазмы  выводилось 
по  трубе  3,  черненной  изнутри,  в  верхней 
части  которой  устанавливались  поворотное 
зеркало 4. Для фокусировки изображения ис-
точника излучения в плоскости входной щели 
монохроматора  МДР-23  (6)  использовался 
описанный  выше  телескоп.  Световой  поток 
на  выходе  монохроматора  регистрировался 
ФЭУ-106.  памяти  АИ-1024,  обрабатывались 
на ЭВМ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис.2. Схема диагностического канала с 
нагревателем 1-ампула, 2-вакуумный от-
вод, 3-световод, 4-поворотное зеркало, 6-
конденсор. 
Предварительно  в  лабораторных  усло-
виях  была  проведена  градуировка  абсолют-
ной  спектральной  чувствительности  установ-
ки  с  помощью  эталонных  ламп  накаливания, 
результаты  которой  были  программно  внесе-
ны  в  память  ЭВМ.  Полезный  сигнал  после 
усиления  накапливался  в  памяти  многока-
нального анализатора АИ-1024.  
 
3. Измерение абсолютных интенсивностей 
спектральных линий оптического излуче-
ния плазмы 
3
Не(n,p)T  
В условиях стационарного ядерного ре-
актора ВВР-К автором данной работы совме-
стно  с  Редькиным  А.В.,  проведены  абсолют-
ные измерения спектров оптического излуче-
ния плазмы: 
3
Не(n,p)Т в диапазоне длин волн 

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
35
                                                Вып. 12, Т.1, 2010
 
400-800 нм. Для этой цели создана установка, 
принципиальная  схема  которой  показана  на 
рисунке  3.  Источником  излучения  являлась 
ядерно-возбуждаемая  плазма 
3
Не(n,p)Т,  обра-
зующаяся при облучении стеклянной ампулы 
заполненной 
3
Не,  с  окном  из  радиационно-
стойкого стекла С-96. 
Спектральное  исследование  оптическо-
го  излучения  плазмы,  образованной  продук-
тами  ядерных  реакций,  имеет  также  опреде-
ленные  особенности  (в  отличие  от  многих 
других  работ  по  облучению  материалов  на 
реакторе);  измерения  должны  проводиться  в 
условиях  работы  реактора  на  мощности. 
Важность подобных работ (проведение изме-
рений  в  процессе  облучения)  неоднократно 
подчеркивалась.  Трудности,  связанные  с 
этим, заключаются в обеспечении биологиче-
ской  защиты  при  минимальных  потерях  све-
тового излучения и в сложностях регистрации 
спектра  в  условиях  реактора.  Первая  труд-
ность  разрешима  с  помощью  выбора  опреде-
ленной  конструкции  эксперимен-тальной  ус-
тановки; вторую позволяет решить фотоэлек-
трический  метод  регистрации  оптического 
излучения,  особенно  при  использовании  тех-
ники счета фотонов. 
В  поле  реакторного  излучения  многие 
оптические материалы уменьшают свою про-
пускную способность, а отражающие - увели-
чивают  поглощательную.  Поэтому  очень 
важно  обеспечить  в  процессе  работы  посто-
янство  оптических  свойств  установки,  а  так-
же  выходного  окна  ампулы.  Биологическая 
защита  при  выводе  оптического  излучения 
может  обеспечиваться  различными  спо-
собами.  Ее  реализация  основывается  на  раз-
личии взаимодействия с веществом жесткого 
реакторного излучения и “мягкого” (h 0.3-3 
эВ) оптического излучения. Можно использо-
вать свойство отражать оптическое излучение 
от  определенных  материалов  (зеркальных 
покрытий),  тогда как жесткое реакторное  из-
лучение либо поглощается в данном материа-
ле,  либо  проходит  сквозь  него.  Обычно  в 
спектральной  диагностике  используют  ампу-
лы  с  окном  из  цериевого  стекла  [3].  Если  не 
осуществлять  спектральную  обработку  спек-
тра,  то  регистрируемый  (записываемый) 
спектр  будет  искажен  по  отношению  к  спек-
тру  излучения.  Исправление  спектров  произ-
водится  с  помощью  спектральной  функции. 
Но  определенную  информацию  о  плазме 
можно  получить  и  из  неисправленных  спек-
тров.  В  частности,  из  регистрируемых  спек-
тров можно определить какие атомы и моле-
кулы  высвечиваются.  Кроме  того,  исследуя 
зависимость  интенсивности  излучения  от 
вкладываемой  в  газ  мощности,  можно  про-
следить  изменение  спектра  в  зависимости  от 
химического  состава  плазмы.  Но  при  этом 
следует  отметить, что при анализе регистри-
руемых  спектров  можно  сопоставить  резуль-
таты  по  одной  линии,  и  нельзя  сравнивать 
интенсивности  различных  линий.  Переход  к 
относительным  спектрам  (учет  спектральной 
функции  установки)  дает  возможность  про-
водить  сравнения  интенсивностей  различных 
линий  и  тем  самым  получать  несравненно 
более  полную  информацию  при  измерениях 
спектральных распределений интенсивностей 
и  сравнить  с  теоретическими  расчетами. 
Кроме  основных  искажающих  факторов,  ко-
торые  связаны  с  выводом  оптического  излу-
чения  из  реактора  (выходное  окно  ампулы, 
световод  с  зеркалом),  его  анализом  (моно-
хроматор),  регистрацией  (ФЭУ)  существует 
ряд дополнительных. 
К  дополнительным  искажающим  фак-
торам следует отнести: 
а)  необратимые  изменения  химического 
состава ампулы, 
б) излучение воздуха в экспериментальном 
канале. 
Соотношение 
полезный/паразитный 
сигнал примерно соответствует соотношению 
энерговкладов,  излучение  от  канала  пред-
ставляет  собой  множество  молекулярных  по-
лос  (большинство  от  азота)  газов  воздуха  с 
довольно  сильным  континуумом.  Хотя  это 

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
Вып. 12, Т.1, 2010                                                 
36 
излучение  мало,  его  нужно  учитывать  при 
измерении  слабых  континуумов  от  плазмы 
исследуемых смесей, 
в)  люминесценция  стекла  ампул  (лю-
минесценция  стекол,  активированных  цери-
ем,  зависит  от  степени  окисления;  люминес-
цируют  лишь  стекла,  содержащие  в  своем 
составе ионы трехвалентного церия). Полосы 
поглощения  трехвалентного  церия  располо-
жены в области 310-320 нм. 
В  настоящей  работе  измерены  абсо-
лютные  спектры  плазмы  исследуемых  сме-
сей. Суть проведенных экспериментов заклю-
чается в следующем. Если имеется эталонный 
источник света, такой является вольфрамовая 
лампа СИРШ-8.5-200.1, которая заранее отка-
либрована  в  энергетических  единицах  в  за-
данном  диапазоне  видимого  излучения.  До 
начала  реакторных  экспериментов  сам  диаг-
ностический  канал  калибруется  в  энергети-
ческих  единицах  и  показания  анализатора 
счета  фотонов  привязываются  к  энергети-
ческой шкале. Измеряя интенсивность испус-
каемых  фотонов,  напрямую  можно  подсчи-
тать  концентрацию  возбужденных  состояний 
и оценить коэффициент преобразования ядер-
ной энергии в световую для каждого конкрет-
ного  перехода.  Именно  абсолютные  спектры 
позволяют  исследовать  преобразование  ядер-
ной  энергии  в  световую  и  находить  коэф-
фициент  преобразования  населенности  уров-
ней, потоки заселения и опустошения различ-
ных  состояний  (в  т.ч.  ионизационные  и  ре-
комбинационные  потоки).  Абсолютная  спек-
тральная  чувствительность  установки [8]  бы-
ла  прокалибрована  с  помощью  отградуиро-
ванной  лампы  СИРШ  8.5-200-1.  Выражение 
для  выходного  сигнала  системы  регистрации 
R
  при  экспонировании  излучения  длины 
волны 
,  соответствующей  переходу 
i
j
 
имеет вид 
( )
R
I Sk
 
        (1.1) 
где   – телесный угол, 
 
– яркость ли-
нии, S – визируемая площадка, k( )- коэффи-
циент,  учитывающий  чувствительность  сис-
темы регистрации и потери света в элементах 
оптической  схемы.  В  случае  экспонирования 
источника сплошного спектра 
*
( )
R
B D dSk
   
(1.2) 
где  В   –  спектральная  плотность  энер-
гетической  яркости,  D
 
–  обратная  линейная 
дисперсия  монохроматора,  d  –  ширина  вход-
ной щели. Таким образом, яркость линии  
*
R
I
B
R
 
 
(1.3) 
где 
  –  ширина  аппаратного  контура 
монохроматора. При высоких давлениях кон-
тур  линии  поглощения  в  большой  степени 
определяется  столкновительным  излучением, 
вклад  которого  оказывается  различным  для 
разных линий. 
Истинная  величина  яркости  линии  I , 
отнесенная  к  единице  длины  источника,  оп-
ределяется по формуле [1] 
*
(
)
I
I
lS Xol
  
 
(1.4) 
где 
*
I
  –  яркость  линии,  не  исправлен-
ная  на  реабсорбацию,  l  –  длина  источника, 
S
l)  –  поправка  на  реабсорбцию, 
  –
показатель  поглощения  в  центре  линии.  Из-
мерения  в  гелиевой  плазме  [1]  показали,  что 
реаб-сорбция  линий,  соответствующих  на-
блюдаемым  переходам,  незначительна  и  ее 
влиянием  можно  пренебречь.  В  таблице  3 
приведены  значения  измеренных  яркостей 
линий, а также заселенности уровней. 
 
Таблица  2  -  Значения  измеренных  яркостей 
линий  и  заселенности  уровней  в  гелиевой 
плазме. 
 
 
 
Нм 
Р   
10
7 
с
-1
 
I , 10
-7 
Вт/см
-3 
-35% 
Заселенность 
уровней 
 Верх-
ннего 
10
6 
см
-3
 
ниж-
него 
10
7  
см
-1
 
2
1
Р-3
1
s 
728.1 
1.9 
37 
0.71 
0.88 
2
1
Р-3
1
s 
706.5 
2.8 
206 
2.63 
0.53 
2
1
Р-3
1
s 
667.8 
6.6 
50.4 
0.26 
0.88 
2
1
Р-3
1
s 
587.6 
7.2 
27.5 
0.11 
0.53 
2
1
Р-3
1
s 
501.6  1.35 
18.3 
0.34 
500 
  Р-вероятность перехода 

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
37
                                                Вып. 12, Т.1, 2010
 
Наблюдаемые линии соответствуют пе-
реходам  синглетных  и  триплетных  уровней 
атома 
*
(
3)
n
He n
.  Видны  также  полосы 
427.8;  470.9;  423.6;  391.4  и  419.9  нм  первой 
отрицательной  системы  полос  колебательно-
возбужденного состояния 
2
u
B
 иона 
2
,
N
 
характерные  для  свечения  плазмы  газовой 
смеси 
3
2
He
.  Яркость  этих  полос  соот-
ветствует  паспортным  данным  содержания 
примеси азота в 
3
He
 2.5∙10
-4
% [1,2]. Соглас-
но  [3],  такое  количество  примеси  не  влияет 
существенным  образом  на  процессы  возбуж-
дения  гелия  в  плазме,  и  высвечивание  этих 
полос  целиком  обусловлено  передачей  воз-
буждения  от  гелия  к  азоту  при  неупругих 
столкновениях.  
Помимо  линий 
HeI
  и  полос 
2
 
в 
спектрах  наблюдаются  относительно  слабые 
молекулярные  полосы,  имеющие  красное  от-
тенение,  часть  из  которых  можно  отождест-
вить с полосами 
*
2
He
. Однако, некоторые из 
полос  смещены  относительно  известных  в 
красную сторону. Возможно, эти полосы обу-
словлены  переходами  между  слабосвязанны-
ми состояниями молекул 
*
3
He
[5]. 
Измерения  показали,  что  реабсорбация 
линий, соответствующих наблюдаемым пере-
ходам,  незначительна    и  ее  влиянием  можно  
пренебречь. 
Типичная  спектрограмма  излучения 
плазмы 
3
( , )
He n p T
  в  диапазоне  длин  волн 
400-800 нм показана на рисунке 3  
 
Рис. 3. Спектрограмма излучения плазмы 
3
( , )
He n p T
при давлении 57 кПа, содержащей 
примесь азота 
4
2.5 10 %
 при облучении 
нейтронным потоком 
12
4 10
Ô
n/см
2
с. 
 
В  таблице  3  представлены  данные  экс-
периментов  по  измерению  абсолютных  насе-
ленностей 
возбужденных 
атомов 
*
(
3)
He
n
при  давлении  0.57  МПа  и 
плотностях  потока  тепловых  нейтронов 
12
9 10
Ô
;
13
1.8 10
  тепл.  нейтр.  см
-2
с
-1
,  а 
также длин волн наблюдаемых линий и веро-
ятности переходов. 
 
Выводы 
Характерной  особенностью  спектров 
плотной  ядерно-возбужденной  плазмы  явля-
ется  отсутствие  линий,  соответствующих  пе-
реходам  из  возбужденных  состояний  атомов 
со  значением  главного  квантового  числа 
n
4
.  Это обусловлено тем, что при высо-
ком  давлении  частота  столкновений  возбуж-
денных  атомов  с  нормальными  становиться 
сравнимой с вероятностью спонтанного излу-
чения.  При  столкновениях  происходит  пере-
дача  возбуждения  между  уровнями  с  одина-
ковым  главным  квантовым  числом,  а  также 
тушение  возбужденных  атомов.  Наиболее 
вероятно, что основным механизмом тушения 
является  реакция  ассоциативной  ионизации 
(реакция Хорнбека-Молнера). 
Около  70%  возбужденных  состояний, 
образующихся  в  этих  реакциях  –  это  мета-
стабильные состояния атомов. Реакция диссо-
циативной рекомбинации иона 
3
He
 является 
малоизученной,  а  по  энергетическим  сообра-
жениям,  наряду  с  образованием  метаста-
бильных  атомов 
*
(
2)
He n
 
и  молекул 
*
2
He
,  в  процессе  диссоциации  возможно  за-
селение  синглетных  и  триплетных  уровней 
гелия 
*
(
3).
He n
 
Для  заселения  уровней  с 
3
n
  необходимо,  чтобы  электрон,  учав-
ствующий  в  рекомбинации,  имел  энергию 
0.7–1эВ. 
Таким  образом,  для  заселения  уровней 
гелия 
(
3)
n
  в  процессе  диссоциативной 
рекомбинации димера 
2
(
0)
He v
и тримера 

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
Вып. 12, Т.1, 2010                                                 
38 
3
He
,  необходимо  преодолеть  порог  реакции 
примерно одинаковый для обоих ионов   0.7–
1 эВ. 
Однако, вследствие большой разницы в 
величинах  коэффициентов  рекомбинации 
(
2
He
11
3 / 2
3.0 10
;
ðåê
e
T
 
3
He
6
1/ 2
1.86 10
(0 / 26 /
) )
ðåê
e
T
 
заселение возбужденных уровней гелия (n=3) 
будет  происходить,  рекомбинационным  по-
током,  идущим  через  ионы 
3
He
,  даже  если 
отношение 
2
3
/
He
He
  составит  два  по-
рядка величины. 
 
 
Литература [1.] Davis R.N., Davis J.F., Sohneider R.T. Nuclear pumping lasers,induced by pulsed reactors// 
Trans. Amer. Nucl.Soc.-1976.-Vol. 23.-P.520-523; [2.] Дмитриевский В.А., E.М.Воинов, Тетельбаум С.Д. 
Применение гесафторидаурана в ядерных энергетических установках .//Атомная энергия.-1970.-Т.29,   
№.4.- С.45-52; [3.] Ильяшенко В.С., Миськевич А.И., Саламаха Б.С. Регистрация спектров оптического 
излучения гелиевой плазмы в режиме счета отдельных фотонов// Оптика и спектроскопия-1979.-
Vol.63,№1.-С.45-47; [4.] Миськевич А.И. Оптические спектры гелиевой плазмы.- Письма в ЖТФ-1980.-Т. 
6.- №13.-С.8-9. 
Принято в печать 12.04.10
 
 
УДК533.9.01 
 
 
ПЛАЗМАНЫН ТОЗАНДЫК СПЕКТР  ДИАГНОСТИКАСЫ ЭКСПЕРИМЕНТЫН САЛЫМЫ 
СТАЦИОНАР  РЕАКТОРДЫН   IШКI  ЗОНАНЫН САЛЫМЫ 
Алматинский Технологический  Университет, Республика Казахстан  
sandybeck@kunakov.kz,       т.2909981
 
 
С.К. Конаков 
 
Гелий плазманын спектралдык   диагностикасы және экспериментын салымы қасиеттерге 
тозаңдық компонентінің салымы бұрын ұсынылған реакцияларнын негізінде зерттелген.  
 
EXPERIMENTALSET FOR ABSOLUTE SPECTRAL MEASUREMENTS OF THE NUCLEAR INDUCE 
PLASMAS, CREATED IN THE ACTIVE ZONE OF STATIONARY NUCLEAR REACTOR 
Kunakov S.K. 
 Experimental  probe  investigations      of  nuclear  induced  plasma  of  high  pressure,  created    by  nuclear 
fragments  are  the  main  and  essential  part    of  the  complex  program  directed  to  the  solution  of  effective    direct 
energy transformation of  nuclear energy in  to others. Up to this  work  many  methodical questions  were  not re-
vealed and were not investigated  and these remarks mainly should  be regarded to probe diagnostic (theoretical 
interpretation of the probe characteristics for weakly ionized plasma, containing negative ions). Taking this ar-
guments into the consideration the probe diagnostics is the subject of the laborious theoretical and experimental  
investigations  which impossible to be done at once and actuality of this investigation is very vital up to nowa-
days
. 
 

Журнал проблем эволюции открытых систем 
 
39                                            
 Вып. 12, Т.1, 2010
 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЗОНДОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗ-
МЫ, ОБРАЗОВАННОЙ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ СТАЦИОНАРНОГО ЯДЕРНОГО РЕ-
АКТОРА. 
С.К. Кунаков 
Алматинский Технологический  Университет ,  
Республика Казахстан  
 
Значительные  возможности  в  исследовании  плазмы,  образованной 
продуктами ядерных реакций, открывает использование зондовых методов. 
Известно,  что  зондовый  метод  позволяет  из  ВАХ  зонда  получить  такие 
параметры плазмы как концентрацию заряженных частиц,которая в свою 
очередь дает  педставление о механизмах преобразования ядерной энерги в 
световую.В свою очередь именно эволюция открытых систем имеет разно-
образные разветвления наиболее интерсным из котырых является эволюция 
по пути прямого преобразования ядерной энергии в свет. 
 

жүктеу/скачать 5,02 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: