Колебательное возбуждение молекул кислорода в активной среде кислородно-йодного лазера Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.373

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ МОЛЕКУЛ КИСЛОРОДА В АКТИВНОЙ СРЕДЕ КИСЛОРОДНО-ЙОДНОГО ЛАЗЕРА

© 2002 В.Н. Азязов, С.Ю. Пичугин, B.C. Сафонов, Н.И. Уфимцев Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН

Проведен расчет заселённостей колебательных уровней кислорода в активной среде химического кислородно-йодного лазера. Показано, что имеет место существенно неравновесное заселение колебательных уровней кислорода. Относительная заселенность колебательных уровней кислорода в активной среде может достигать нескольких десятков процентов. Менее половины убывшей энергии от запасенной в синглетном кислороде идет на нагрев газовой смеси, остальная часть поступает на диссоциацию йода, в электронные и колебательные степени свободы компонентов среды. Электронно-возбужденные состояния йода 12(А' и А) могут служить промежуточными состояниями в процессе диссоциации йода, которые заселяются при столкновениях с колебательно-возбужденны-

ми молекулами синглетного кислорода.

Введение

Отличительной особенностью химического кислородно-йодного лазера (ХКЛ) является существенно неравновесное заселение электронных и колебательных состояний компонентов его активной среды. Более половины молекул кислорода находятся в электронно-возбужденном синглетном состоянии, а несколько десятков процентов в колебательно-возбужденном состоянии [1, 2]. Активная среда лазера формируется в результате протекания нескольких десятков реакций, компонентами которых, как правило, являются возбужденные частицы. Хорошо известно, что колебательная энергия может увеличивать скорость передачи электронной энергии [3]. В работах [1, 2] предложен механизм диссоциации молекулярного йода в среде синглет-ного кислорода (СК). Активную роль в диссоциации играют электронно-возбужденные состояния йода 12(А') и 12(А) и колебательно возбужденные молекулы СК. В настоящей работе 12(Х), 12(А'), 12(А) обозначают молекулы йода в электронных состояниях Х1Е, А/3П2и и А3П1и соответственно; 02(Х), 02(а), 02(Ь) - молекулы кислорода в электронных состояниях Х3Х, а1А и Ь1Е; I, I* - атомы йода в состояниях 2Р3/2, 2Р1/2.

Колебательное возбуждение молекул в среде ХКЛ может быть важным не только в процессе диссоциации молекул йода, но и в

процессах дезактивации электронной энергии. В реакциях пуллинга (1) и (2) (табл.) происходит убыль СК на вышестоящий электронно-возбужденный уровень 02(Ь), который эффективно тушится на парах воды по реакции (5). В работах [4-6] найдены температурные зависимости констант скоростей этих реакций. В [4] измерена константа скорости реакции (1) в интервале температур 300 1850 К. Измеренная константа очень быстро растет с температурой. Реакция пуллинга (2) - это один из основных процессов тушения синглетного кислорода. Температурная зависимость данной реакции была измерена в диапазоне Т=259 - 353 К [5]. Было найдено, что отношение К2/К1 постоянно в этом температурном диапазоне. Можно предположить, что это отношение постоянно и при более высоких температурах.

Результаты эксперимента [4] указывают на то, что возрастание энергии в поступательных степенях свободы сталкивающихся партнеров увеличивает константу скорости реакций пуллинга. Энергия колебательных степеней свободы молекул среды может также увеличивать константы скоростей этих реакций. Влияние колебательной энергии молекул на скорость реакции может быть существенным. Это наиболее просто описывается моделью Парка [7]. В этой модели вместо температуры Т в выражение для констан-

Таблица. Список реакций

номер Реакция Константа скорости К, см3/с Ссылки

1 СЬ(а) + СЬ(а) ^ 02(Ь,у) + СЬСХУ) 9,5х10-28Т3,8ехр(700/Т) 8

2 02(а) + I ^ 02(Ь,у) + I 4х10-24Т3,8ехр(700/Т) 8

3 02(а) + I о 02(Х) + I* 7,8х10-11 (Т/295)0,5 8, 9

4 02(Х) + I* ^ 02(Х,У) + I 3х10-14 10

5 02(Ь) + Н2О ^ 02(а, у) + Н20(у') 6,7х10-12 11

6 I* + Х2(Х) ^ I + І2(X,у) 3х10-11 12

7 I* + Н2О ^ I + Н20(у) 2,3х10-12 13

8 02(Ь) + І2(X) ^ 02(Х) + 2! 4х10-12 14

9 02(Ь) + І2(X) ^ 02(Х) + І2(?) 2х10-11 11

10 02(а,у=1) + Ь(Х) о 02(Х) + Ь(Л') 2х10-12

11 02(а,у=2) + І2(X) о 02(Х) + І2(Л) варьируется

12 02(а) + І2(Л' ог Л) ^ 02(Х) + 2І 3х10-11

13 Ь(Л') + Н2О ^ І2(Х) + Н2О 3,4х10-12 15

14 І2(Л') + N2 ^ І2(Х) + N2 3,5х10-14 16

15 СЬ(а, у) + 02(а, у') о 02(а, у-1) + 02(а, у'+1) 10-12 (у=1, у'=0) 17

16 02(а, у) + 02(Х, у') о 02(а, у-1) + 02(Х, у'+1) 10-12 (у=1, у'=0) 18

17 02(а, у) + 02(Х, у') о 02(Х, у) + С>2(а, у') 1,7х10-11 19

18 02(у) + Н2О ^ 02(у-1) + Н2О 10-16 20

19 02(у) + О2 ^ 02(у-1) + О2 2х10-18 21

20 02(у) + Н2О(000) ^ 02(у-1) + Н2О(010) 3х10-13 1

21 Н2О(010) + Н2О ^ Н2О(000) + Н2О 5х10-11 22

22 І2(Л') + О2(Х) ^ І2(Х,у>10) + О2(а) 6,3х10-12 15

ты скорости реакции ставится эффективная

Т. ггг Я ггг 1—5 ггг Г"

е/ = Т Т , где 1У - колебательная температура молекул, участвующих в реакции, 8- параметр модели.

Таким образом, процессы с участием колебательно-возбужденных молекул 02(а, V) могут быть определяющими в ходе тушения синглетного кислорода и приводить к заметному снижению лазерной эффективности. Поэтому представляет несомненный интерес определение заселенностей колебательных уровней 02(а, V) в среде ХКЛ. Настоящая работа посвящена теоретическому исследованию распределения молекул кислорода по колебательным уровням в лазерной среде и

его влияния на коэффициент усиления ХКЛ.

Расчётная модель

Мы предполагаем, что газовый поток на входе в лазерный реактор состоит из молекулярного кислорода в электронных состояниях Х3Х, а1 А Ъ'Е с концентрациями Кх, N КЪ, паров воды с концентрацией N и молекулярного йода в основном электронном состоянии 12(Х,1Е) с концентрацией К12. Рассмотрим поток с постоянным поперечным сечением с дозвуковой скоростью (при числе

Маха М2 = и2/а2 << 1) в предположении мгновенного смешения газовых потоков (и и а - скорости газа и звука соответственно).

Молекулярный йод быстро диссоциирует в присутствии синглетного кислорода. Процесс диссоциации не достаточно ясен. К настоящему времени предложено несколько каналов диссоциации 12 [1, 15, 23, 24]. Каждый канал может вносить свой вклад в процесс диссоциации. Основная проблема - это определение доминирующего канала среди них.

В настоящей работе мы используем механизм диссоциации, в котором электронновозбужденные промежуточные состояния 12(А/) или 12(А) заселяются при столкновениях с колебательно-возбужденными молекулами 02(а, v=1 или 2) (реакции (10) и (11)) [1, 2]. Последующие столкновения с 02(а) вызывают диссоциацию 12 (процесс (12)). Значения констант скоростей К10 и К11 не известны. В [15] наблюдалось, что 02 гораздо эффективней тушит 12(А/), чем Аг и Н20, поэтому в [15] сделан вывод, что это тушение обусловлено в основном ЕЕ процессом (22), разрешенным принципом Франка-Кондона, а также тушение 12(А/) на 02 обусловлено доминированием обратной реакции (10). Реакция (10) не удовлетворяет принципу Франка-Кондона. Однако, известны быстрые реакции ЕЕ-обмена, запрещенные этим принципом. Если предположить, что константа скорости обратной реакции (10) равна константе скорости тушения 12(А/) на 02 -

К—0 =6,3х10-12 см3/с, измеренной в [15], то из принципа детального равновесия мы можем оценить верхний предел константы скорости прямой реакции (10), то есть

К+ » 2х10-12 см3/с.

Заметим, что энергии возбуждения состояний 02(а, v=2) и 12(А) почти одинаковы: 10823 и 10847 ст-1 соответственно. Можно предположить, что резонансный ЕЕ обмен энергий между этими состояниями происходит в ходе процесса (11). Константа скорости этой реакции не измерена, поэтому мы проводили расчеты для трех значений этой константы: к(1 =0, К^ =2х10-11 и К Ц =2х10-10 см3/с. В настоящей работе мы предполагаем,

что 12(А) тушится компонентами среды ХКЛ, так же как и 12(А/). Реакции (1, 2, 4-7, 9, 13, 14) -это реакции релоксации. Колебательные уровни кислорода заселяются по реакциям пуллинга (1, 2), (4) и при тушении 02(Ь) парами воды (реакция (5)). В реакции (1) образуются в основном колебательно- возбужденные молекулы 02(Ь, v=2) [26]. О колебательном возбуждении продуктов реакции (2), (4) и (5) известно мало. Вероятность колебательного возбуждения Н20(001) в реакции (5) равна 0,1 [27]. Возможно, основная часть высвобождающейся энергии в реакциях (2), (4) и (5) идет на возбуждение колебательных уровней кислорода [28]. Обмен колебательными квантами между молекулами синглетного кислорода происходит в процессах (15), а между молекулами кислорода в различных электронных состояниях - в процессах (16) и (17).

Изменение долей компонентов

Л ] = ё ] / ё ох , газовой температуры Т и коэффициента усиления ё в среде ХКЛ вдоль координаты Х описываются следующими уравнениями:

йх

и о

Т

V /

х

х (—2К1Ла2 — К2^!* — КзЧЛ +

+ К3ЦХЦ!* + К5ЦЬЦ» — К10Ца1Ц!2 + + К1оЛхЦЛ' — К11Ца 2Ц!2 + К11ЦХЦЛ —

+ КпЛа (Лл'+Лл ));

йЛь

йх

(^ох )0 (То Л

и о

Т

V у

х

х (К1Ла + К2^!* — КЯъЛк —

— К8ЦЬЦ!2 — К9ЦЬЦ!2 ) ;

! *

(^ох )0 (То Л

йх

и о

Т

V у

х

х (—К2ЛаЛ1 * + К3+ЛаЛ! — К* —

— К4ЦХЦ!* — К6Ц!2Ц!* — К7Ц»Ц!*) ;

йЛл' (^х )о

йх

и о

/''Г \

Т

V /

х

х (К10Ца1Ц!2 К10ЦХЦЛ'

— К12ЦаЦЛ' — К13ЦЛ'Ц» — К14ЦЛ'ЦТУ2) ;

йЛл (^ох )о

йх

и о

Л

Т

V /

х

х (К11Ца2Ц!2 К11ЦХЦЛ

— К12ЦаЦЛ — К13цлц» — К14ЦЛЦТУ2) ;

йЦ! 2 _ (^ох )о

йх

и о

Л

Т

V /

х

х (—к да! 2 — К12Ла (Лл' +Лл));

^ (^ох )о ( Т^2

йх ио

Т

V /

х

х {(2/2,1 +7у)КЛ2 + (2/2,2 +71,2)К2ЛаЛ!* +

+ (373,4 + 2/2,4 +71,4)К 4%^! * +

+ (373,5 + 2/2,5 +71,5)К 5^ —

— К1оЛ21Л! 2 — 2К„Л22Л! 2 — К^18ЛуЛ№

К^ — К 2оЛЛж + К 2оЛ*1 ехр(АЕ / кТ)} ;(23)

Л, =

Ла1

Ла 2

Л + Г’

В — У В2 — 4(С1 — 1)СМ1 " 2(С, — 1)

= С 2Л2Ла о .

Ло +Лао (С2 — !)

, = о, 1, 2, 3,...

; (24)

с, = ехр(Ю4/ Т)

С 2 = ехр(213/ Т )

С3 = ехр(324/ Т)

В =Ла (С1 —0+ с,Л1 +Ло.

Лао @Ла — Ла1.

Лх +Ла +Ль = 1

Л!о = Л! + Л! * = 2{(Л! 2 )о — Л! 2}»

7^ох )о То ( ^ )

£ = —24— у(3??! * —Лю); Т

и = —и о.

к 3—= К 3+ / Ке^;

йЛ»1 (^ох )о

йх

и о

2

Т

V у

х {Ь1,7К7Л»Л!* + А,5К5ЛЬЛ» +

+ К2оЛуЛ^ — К2оЛ^1 ехР(АЕ / кТ) —

—К 2,лл+К 2,л1 ехр(—/ кТ)};

Т2

То Т

V У

х

йТ = (^ох )о

йх Ср (1 + А)ио

х (Ч1 К{Ла + Ч2К2ЛаЛ!* + Ч4К4ЛХЛ!* +

+ Ч5 К5ЛЬЛ» + Ч6 К 6Л! 2^!* + Ч7 К 7Л»Л! * + + Ч9 К9ЛЬЛ!2 + Ч13К13Л» (ЛЛ' + ЛЛ ) +

Ч14 К14ЛТУ2 (ЛЛ' + ЛЛ ) + Ч18К18ЛуЛ» +

+ Ч19К19Лу + Ч21 К21Л»1Л» ) ;

кеч = о,75ехр(4о2/ Т);

а = 1,3 х1о

—17

Т

V /

о.5

2

ст ;

(^ох )о = 9,66 х 1о18 ст-

То( К )

К, = 9,5 х1о—28 Те/8 ехр(оо /Те/ ) К2 = 4 х 1о—24 Те)/ ехр(7оо/Те# )

Те// = ТХ1—’;

Т=

Е .

к 1п(1 + 1/лу );

Индексы а, Ь, X обозначают электронные состояния кислорода а1А, Ь1Е и Х3Х, соответ-

ственно; I*, I - атомы йода в электронны х состояниях 2Р1/2 и 2Р3/2; Л' и А - молекулярный йод в электронных состояниях Л’3П2и и А3П1и соответственно; 12 - молекулярный йод во всех состояниях; ^ - пары воды; 0 обозначает начальное состояние; gox = Кохи - суммарный поток кислорода; ^ - поток .-той компоненты; - энергия, выделяющаяся в .-ой реакции; Ср- молярная теплоемкость газовой среды; л; - доля кислорода на 1- том колебательном уровне; л №1 - доля молекул Н20(010); л у - средний запас колебательных квантов в молекулах кислорода; у - вероятности возбуждения 1-го колебательного уровня 02 в .-ом процессе; р - среднее количество колебательных квантов в изгибной моде молекул воды, которое возбуждается в .-том процессе; К - константа равновесия реакции (3); о - сечение индуцированного излучения для перехода 1(2Р1/2, Г = 3) ® 1(2Р3/2 = 4) при Т=Т0; Е2 и Е1 - колебательные энергии Н20(010) и 02(а, V = 1) молекул; Ъ - степень разбавления буферным газом; Р - давление газа.

Уравнение (23) описывает изменение среднего запаса колебательных квантов 02 вдоль координаты X. Если скорость возбуждения колебательных уровней молекул кислорода намного меньше, чем скорость V -обмена в процессах (15)-(17), то распределение молекул 02 по колебательным уровням будет Больтцмановским (формулы (24)) [29].

Результаты расчетов и их обсуждение

Для среды состава 02(Х):02(а):Н20:12:К2 = к:1:ш:п:8 имеем следующие начальные значения долей компонентов:

? )с = т+7; ?2 )с = т+7; к + 7 к + 7

(?/* )с = ?Л = ? )с = С;

(hv )0 »(hi )0 =(272,1 + 7i,i)

K,ha

hw

m

h

к + г ,ж2 к +1

Начальное значение среднего запаса колебательных квантов 02 принимаем равным доле молекул кислорода на первом колебательном уровне на выходе генератора синг-летного кислорода [2]:

K 20h

+

+ (272,і + 71,1 + А,5 ) „ h X

K 21hw

/AE^ ( e n

+ exp

x exp

vkT,

A

kT

Аналогично для начального значения доли колебательно-возбужденных молекул воды имеем [2]:

Ew

kT

jrz- ^ 2

(hw1 )с = (2,1 + gl,1 + А,5 + eXP

K 21hw

Начальное значение доли молекул O2(b) можно с высокой точностью найти из равенства скоростей их образования в процессе (1)

и убыли в реакции (5): (hb )0 = (^5hw ).

Мы рассчитывали средний запас колебательных квантов молекул O2, доли синглет-ного кислорода, атомарного и молекулярного йода, коэффициент усиления и температуру в зависимости от координаты х для среды состава O2(X):O2(a):H2O:I2:N2=300:700:20:10:0 при следующих параметрах: U0=100 м/с; T0=300°K; P0=1 Тор; Cp=29,085 Дж/моль;

у ,=1; у,,=1; У2 2=1; у, 2=°; Уз 4=1; у, 4=0; у, 4=°;

Уз,5=0,8; 'У2,5=0; У'],5=0; Ри=0,2; р^; q=q2=0; q4=37717 Дж/моль; q5= 16216 Дж/моль; q6=90996 Дж/моль; q7=3 3 731 Дж/моль; q9=37490 Дж/моль; q13=q14= 119570 Дж/моль; q18=q19= 17763 Дж/моль; q21=19092 Дж/моль.

На рис.1 представлена расчетная зависимость доли O2(1A) от координаты х для трех значений параметра модели Парка: s=1; 0,5; 0,2. Значение s=1 соответствует случаю, когда колебательное возбуждение молекул кислорода не влияет на скорость реакций пул-линга. Видно, что потери электронной энергии быстро увеличиваются с расстоянием при s<0,5. Для примера, при x=10 см и s=0,2 расчетная доля синглетного кислорода составляет 39 %, а при s=1 она равна 61%. Таким образом, колебательное возбуждение молекул 02 может существенно увеличить скорость потерь электронной энергии в ХКЛ.

На рис.2, 3 представлены расчетные зависимости коэффициента усиления от коор-

Рис.1. Расчетная зависимость доли синглетного кислорода от координаты х для трех значений параметра модели Парка э=1; 0,5; 0,2 при

К1/[/ = 2 х 1с-1с см3/с

динаты х. Максимальное значение коэффициента усиления и соответствующее ему значение координаты хшах изменяются незначительно при изменении 8 и Кп. Быстрые потери электронной энергии при 8<0,5 приводят к резкому падению коэффициента усиления активной среды в потоке после хшах. Процесс

(11) при К 1/{/ < 2 х1с-11 см3/с не оказывает влияние на скорость диссоциации йода (рис.3). На рис.4 представлена расчетная зависимость среднего запаса колебательных квантов 02 от х при трех значениях параметра модели Парка: 8=1; 0,5; 0,2. Учет влияния колебательной энергии на скорость реакций пуллинга (1) и (2) увеличивает скорость заселения колебательных уровней 02. Энергия

Рис.2. Расчетный коэффициент усиления ХКЛ д в зависимости от координаты х при трех значениях параметра модели Парка:

э=1; 0,5; 0,2 и К1/[/ = 2х 1с-1с см3/с

Рис.3. Коэффициент усиления д ХКЛ в зависимости от координаты х, рассчитанный при э= 0,2 для трех значений константы скорости К11:

кривая I - К1/1 = 0 см3/с; кривая II-к" = 2 х 10-11 см3/с; кривая III - к"1 = 2 х 10-10 см3/с

синглетного кислорода при его релаксации идет на возбуждение поступательных, колебательных и электронных степеней свободы атомов и молекул среды.

Доли энергии, идущие на возбуждение различных степеней свободы, определяются следующими формулами:

єт = Ср (т -Т0 )/ А^а- доля, идущая на термический нагрев, £у = Е^/А^а - доля, идущая на колебательное возбуждение молекул кислорода, єь = Еь^ь / А^а - доля электронной энергии, приходящаяся на состояние 02(Ь), где

Рис.4. Расчетные зависимости среднего запаса колебательных квантов молекул кислорода от х

при К1/[/ = 2 х 1с-1с см3/с для трех значений параметра модели Парка: э=1; 0,5; 0,2

Рис.5. Доли электронной энергии синглетного кислорода, идущие на поступательные eT, колебательные ev и электронные eb степени свободы, в зависимости от координаты x при

s=0,2 и K/f = 2 х 10—10 см3/с

AS. = E. [(ha )о —ha ] - потери электронной энергии, запасенной в синглетном кислороде, Ea, Eb - энергии электронно возбужденных состояний O2(a) и O2(b) соответственно. Рис.5 показывает, что большая часть энергии синглетного кислорода идет в электронную и колебательную энергию. Например, при x = 10 см eb=0,49, ev=0,28 и только 11 % идет на поступательные степени свободы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азязов В.Н., Сафонов В. С., Уфимцев Н.И. Диссоциация I2 и колебательная кинетика в кислородно-йодном лазере // Квантовая электроника. 2000. №30.

2. Азязов В.Н., Пичугин С.Ю., Сафонов В. С., Уфимцев Н.И. Распределение молекул O2 по колебательным уровням на выходе генератора синглетного кислорода // Квантовая электроника. 2001. №31.

3. Андреев E.A., Никитин E.E. Передача колебательной и электронной энергии в атомно-молекулярных столкновениях // Химия плазмы. 1976. №3.

4. BorrellP.M., BorrellP., Grant K.R., Pedley M.D. Rate constant for the energy-pooling and quenching reactions of singlet molecular oxygen at high temperatures. J. Phys. Chem., 86. 1982.

5. Heidner III R.F., Gardner C.E., El-Sayed T.M., Segal G.I., Kasper J.V.V. Temperature

dependence of 02('A) + 02('A) and I(2P1/2) + 02('A) energy pooling // J. Chem. Phys., 74. 1981.

6. LilenfeldH. V., CarrP.A.G., HovisF.E. Energy pooling reactions in the oxygen-iodine system // J. Chem. Phys., 81. 1984.

7. Park C. J. Thermophys. Heat Transfer, 2. 1988.

8. Barmashenko B.D., Rosenwaks S. Power dependence of chemical oxygen-iodine lasers on iodine dissociation // AIAA Journ., 34. 1996.

9. Marter T. Van, Heaven M.C., Plummer D. Measurement of the rate constant for the quenching of I(2P1/2) by O2(X) at 150 K // Chem. Phys Lett., 260. 1996.

10. Fisk G.A., Hays G.N. Kinetic rates in the oxygen-iodine system // J. Chem. Phys., 77.

11. Aviles R.G., Muller D.F., Houston P.L. Quenching of laser-excited O2(b1S+ ) by CO2, H2O and I2 // Appl.Phys.Lett., 37, 1980.

12. Cline J.I., Leone S.R. // J. Phys. Chem., 95, 2917(1991).

13.Burde D.H., McFarline R.A. Collisional quenching of excited iodine atoms I(5p5 2P1/2) by selected molecules // J. Chem. Phys., 64.

14. Muller D.F., Young R.H., Houston P.L., Wiesenfeld J.R. Direct observation of I2 collisional dissociation by O2(b1S) // Appl. Phys. Chem., 38. 1981.

15.Komissarov A.V., Goncharov V., Heaven M. C. Chemical Oxygen Iodine Laser (COIL) kinetics and mechanisms // Proc. SPIE, 4184. 2001.

16. Tellinghuisen J., Phillips L.F. Kinetics of I2 following photolysis at 1930 A°: Temperature dependence of A’-state quenching // J. Phys. Chem., 90.

17. Collins R.J., Husain D. A kinetic study of vibrationally excited 02(1A, v=1), by time-resolved absorption spectroscopy in the vacuum ultraviolet // J. Photochem., 1. 1972.

18.BloeminkH.I., CopelandR.A., Slander T.G. Collisional removal of O2(b1S+g , v=1,2) by O2, N2, and CO2 // J.Chem.Phys., 109. 1998.

19. Jones I.T.N., Bayes K.D. Electronic energy transfer from 3202(a1DDg) to 3602(X3SSg-) // J.Chem.Phys., 57. 1972.

20. Britan A.B., Starik A.M. The study of vibrationally nonequilibrium flow in the CO2-N2-O2-H2O mixture // Zh. Prikl. Mekh. Fiz.(Russian). 1980. №4.

21. Parker J.G., Ritke D.N. Collisional deactivation ofvibrationally excited singlet molecular oxygen // J. Chem. Phys., 59. 1973.

22. Finzi J., Hovis F.E., Panfilov V.N., Hess P., Moore C.B. Vibrational relaxation of water vapor // J.Chem. Phys., 67. 1977.

23. ArnoldS.J., Finlayson N., Ogryzlo E.A. Some novel energy-pooling processes involving 02(1A) // J. Chem. Phys., 44. 1966.

24. Heidner R.F. III, Gardner C.E., Segal G.I., El-Sayed T.M. Chain-reaction mechanism for I2 dissociation in the 02(1A)-I atom laser // J.Phys.Chem., 87. 1983.

25. Bamford C.H., Tipper C.F.H. The formation and decay of excited species. Elsevier, Amsterdam, 1969. Vol.3.

26. Schurath U. The energy pooling reaction 2 02(1A) ® 02(3S) + 02(1S); Formation, Relaxation, and Quenching of vibrationally excited 02(1DD) // J.Photochem., 4. 1975.

27. Thomas R.G.O., Thrush B.A. Energy transfer in the quenching of singlet molecular oxygen. II. The rates of formation and quenching of vibrationally excited molecules // Proc. R. Soc. Lond., 356. 1977.

28. Thomas R.G.O., Thrush B.A. Energy transfer in the quenching of singlet molecular oxygen. II. Application of statistical theory // Proc. R. Soc. Lond., 356. 1977.

29.Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

VIBRATIONAL EXCITATION OF OXYGEN MOLECULES IN ACTIVE MEDIUM OF OXYGEN-IODINE LASER

© 2002 V.N. Azyazov, S.Yu. Pichugin, V.S. Safonov, N.I. Ufimtsev

Samara Branch of Physics Institute named for P.N. Lebedev of Russian Academy of Science

The calculation of the population of the oxygen vibrational levels in the active medium of chemical oxygen-iodine laser is carried out. It is shown, that the high nonequilibrium population of oxygen vibrational levels takes place and can reach up to a few tens percents. Less than half of energy losses goes on heating of a gas mixture , other part acts on I2 dissociation, in electronic and vibrational degrees of freedom. The electronically exited ^(A’), I2(A) states can serve intermediate during iodine dissociation. They are populated at collisions with the vibrationally exited singlet oxygen molecules.