Ионизация кислорода

Используются различные способы получения инверсной заселенности рабочих уровней. Наиболее широкое применение получили парамагнитные квантовые усилители, основанные на явлении парамагнитного резонанса в твердых телах, описанном в § 11.7. В качестве рабочего вещества в этих усилителях используются диамагнитные кристаллы, содержащие небольшие количества парамагнитной примеси. К таким веществам относится, в частности, рубин,, представляющий собой окись алюминия (А1аО3), содержащий при-

Коэффициент отражения света от граней кристалла составляет 0,3— 0,35. Кроме того, световая волна, распространяющаяся вдоль р — «-перехода, проходит не только через активную область, но и через пассивные области диода. Поэтому для возникновения генерации необходимо создание такси инверсной заселенности зон, при которой усиление света в активной области перекрывало бы все потери его, связанные с прохождением через диод и малым отражением его зеркальных граней.

Как видно из этого уравнения, получение инверсной заселенности среды возможно при больших скоростях заселения и времени жизни верхнего уровня и малых скорости заселения и времени расселения нижнего уровня.

До сих пор рассматривались условия возникновения стационарной инверсной заселенности. Посмотрим, как будет изменяться коэффициент усиления слабого сигнала среды во времени, если в начальный момент времени t = 0 начинается возбуждение верхнего уровня с постоянной скоростью My, а нижний уровень имеет для простоты нулевую заселенность (физически это означает бесконечную скорость его расселения). Заселенность верхнего уровня в этом случае описывается уравнением

§ 1.4. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНВЕРСНОЙ ЗАСЕЛЕННОСТИ СРЕДЫ

До сих пор мы рассматривали возможность создания инверсной заселенности в среде, не учитывая полной структуры энергетических уровней частиц и формально описывая взаимодействие между ними путем введения скоростей заселения уровней Mi и My.

Рассмотрим теперь конкре„тные способы достижения инверсной заселенности.

Наиболее простая трехуровневая система получения инверсной заселенности представлена на рис. 1.7, а. Инверсия создается в ней между метастабильным уровнем 2 и основным уровнем 1. Заселение уровня 2 осуществляется через уровень 3 путем безызлучательного релаксационного перехода 3 —»- 2, происходящего с вероятностью 5з2. Остальными безызлучательными переходами для простоты пренебрежем. Их учет не изменит правильности конечного результата. Если обозначить вероятности прямых и обратных переходов между уровнями 1 и 3 и / и 2 соответственно W13; Ц731> Ц712 и W2\,

Рис. 1.7. Образование инверсной заселенности в квантовой системе из трех (а) и четырех (б) уровней

Более распространенной и свободной от указанных недостатков является четырехуровневая схема получения инверсной заселенности, изображенная на рис. 1.7,6. Усиление излучения средой с такой энергетической схемой уровней активных частиц возможно для перехода между уровнями 2 и /. Возбуждение уровня 2 осуществляется так же, как и на рис. 1.7, а, путем безызлучательного перехода 3 -*• 2, а нижний рабочий уровень / должен эффективно расселяться путем безызлучательных переходов / ->-0. Условия, при которых в такой системе может возникнуть стационарная инверсная заселенность, имеют вид

Способы создания инверсной заселенности активных частиц зависят не только от конкретной схемы уровней и свойств этих частиц, но и от свойств других компонент активной среды, называемой рабочим телом лазера. В качестве рабочих тел современных технологических лазеров с успехом используются газовые смеси, а также различные конденсированные среды: кристаллы, стекла, полупроводники и жидкости. Наибольшее распространение в лазерных системах получили оптический, газоразрядный, газодинамический и химический методы накачки.

концентраций их ионов достаточно хорошо подчиняются уравнению (277). Если же наряду с разрядом ионов данного металла протекает необратимо какой-либо другой катодный процесс (например, разряд водородных ионов, ионизация кислорода и др.), то начинает идти растворение металла (km Ф 0) и потенциал последнего перестает быть обратимым.

тонкая'пленкаэлектролита на поверхности металла) — ионизация кислорода. Часто наблюдается соизмеримая заторможенность обеих этих стадий.

1) ионизация кислорода (кинетический контроль);

3) одновременно ионизация и диффузия кислорода смешанный диффузионно-кинетический контроль).

При коррозии металлов с кислородной деполяризацией, когда скорость коррозии определяется диффузией кислорода, наблюдается более сложная температурная зависимость, так как действуют новые факторы (уменьшение растворимости кислорода, увеличение скорости его диффузии, возрастание конвекции и др.). Следовательно, при коррозии металла, скорость которой определяется, в частности, растворимостью кислорода, последняя с ростом температуры уменьшается и может иметь место обратная температурная зависимость — коррозия с повышением температуры может уменьшаться. Если лимитирующим фактором является ионизация кислорода, то повышение температуры увеличивает ско-рост коррозии за счет уменьшения перенапряжения ионизации кислорода. Уменьшение скорости коррозии вследствие понижения концентрации кислорода в растворе особенно характерно для коррозии железа в воде в открвггой системе. Вода в открытой системе при комнатной температуре содержит в I дм'1 около 6 см3 растворенного кислорода, а при температуре около 100° С растворимость кислорода в воде, находящейся в этой системе, практически падает до нуля. Вследствие этого скорость коррозии железа в воде изменяется при повышении температуры различно, в зависимости от того, открыта или закрыта система (рис. 42).

адсорбция и ионизация кислорода;

В большинстве случаев лимитирующими стадиями являются или диффузия кислорода (неперемешиваемый электролит), или ионизация кислорода. Ионизация кислорода в двойном электрическом слое на границе металл — раствор проходит по схеме:

ионизация кислорода (кинетический контроль); диффузия кислорода (диффузионный контроль); смешанный диффузионно-кинетический контроль. В случае диффузионного или диффузионно-кинетического контроля вследствие неравнодоступности отдельных участков поверхности возможно образование гальванических пар неравномерной аэрации, анодом в которых является поверхность, к которой затруднен доступ кислорода. Примерами таких пар являются коррозия в щелях и зазорах (щелевая коррозия), коррозия по ватерлинии. Для серебра и медных сплавов при неравномерной аэрации характерно проявление мотоэлектрического эффекта.

В пресной, речной, морской воде и во влажной атмосфере коррозия металлов происходит преимущественно с кислородной деполяризацией, причем в нейтральных и щелочных растворах ионизация кислорода идет по уравнению (1.2), а в кислых — (1.3); [1, 2, 31:

Наиболее медленными стадиями катодного процесса кислородной деполяризации являются процессы диффузии и ионизации кислорода. Диффузия кислорода к корродирующему металлу играет определяющую роль в неподвижных электролитах, при наличии на поверхности пленки вторичных труднорастворимых продуктов коррозии, а также при подземной коррозии металлов. Ионизация кислорода становится определяющей при большой скорости подвода кислорода к поверхности металла, сильном перемешивании электролита или в тонкой пленке электролита на поверхности.

В щелочной и нейтральных средах -ионизация кислорода осуществляется по схеме: 02 + 4 е + 2Н20 ^-4 ОН".