Экспериментальные исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с твердым аэрозолем в условиях вакуума

• Автор: Андрухова, Татьяна Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 198 с. : ил

Оглавление

Введение
Глава 1. Методы анализа физических характеристик вещества атмосферного аэрозоля. Основные процессы взаимодействия мощного лазерного излучения (МЛИ) с твердыми частицами (литературный обзор)
1.1. Физические методы элементного анализа вещества. Атомно -эмиссионный спектральный анализ

1.2. Методы определения микроструктуры аэрозоля

1.3. Методы измерения температуры

1.4. Методы рентгеноструктурного анализа

1.5. Основные процессы взаимодействия МЛИ с твердыми частицами

Г лава 2. Описание комплекса аппаратуры и разработанных методик

эксперимента

2.1. Экспериментальные установки и методики исследования атмосферного аэрозоля гг. Барнаула и Заринска
2.1.1. Спектрографический метод анализа
2.1.2. Спектрометрический аналитический метод
2.1.3. Пробоотбор и пробоподготовка экспериментальной пробы
2.2. Описание установок и методик изучения динамики размеров и температур аэрозольных частиц в поле МЛИ
2.2.1. Аппаратура и методики экспериментов по испарению одиночных сферических частиц и прессованных образцов веществ в поле МЛИ при пониженном давлении
2.2.2. Аппаратура и методики экспериментов по испарению и горению прессованных образцов веществ в поле МЛИ при нормальных условиях
2.3. Аппаратура, используемая при рентгеноструктурном анализе
Глава 3. Результаты и анализ экспериментальных исследований
3.1. Результаты экспериментов по микроструктуре атмосферного аэрозоля

и спектральному анализу
3.2. Результаты экспериментов по воздействию МЛИ на частицы и прессованные образцы
3.3. Результаты рентгеноструктурного анализа
Заключение
Литература
Приложение 1. Физико-химические свойства веществ, используемых в
экспериментах и возможные способы попадания
или образования их в атмосфере
Приложение 2. Результаты обработки рентгенограмм

ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ.
С развитием промышленного производства в крупных городах становится актуальной проблема загрязнения атмосферы промышленными аэрозолями. Быстрое развитие лазерной техники приводит к необходимости использования ее в различных областях науки и техники. В настоящее время лазеры нашли применение практически везде. В промышленности лазеры применяются для резки и сварки материалов, в медицине - в диагностической и физиотерапевтической аппаратуре, в сельском хозяйстве - для улучшения качества семенного материала, лазеры находят широкое применение для решения военных задач, а также в различных областях экологии. Это далеко не полный перечень областей применения лазеров. Все выше перечисленное говорит о необходимости решения задачи прохождения лазерного излучения через атмосферный воздух. Интерес к проблеме распространения мощного лазерного излучения в атмосфере обусловлен потребностями практики в транспортировке световой энергии на большие расстояния.
В атмосфере различают ряд слоев: тропосферу, стратосферу, разделенную тропопаузой, мезосферу, отделяемую от стратосферы стратопаузой, ионосферу и термосферу, отделяемую от мезосферы мезопаузой. Кроме того, атмосферу делят на нижнюю атмосферу (тропосфера и тропопауза, до 20 км), среднюю атмосферу (стратосфера, мезосфера и мезопауза, 20-100 км) и верхнюю атмосферу (более 100 км) [1]. Взаимодействие лазерного излучения с частицами, находящимися в воздухе во взвешенном состоянии (аэрозолями) носит сложный характер. По размерам различают три класса частиц атмосферного аэрозоля [2]: 1 - частицы Айткена - мелкодисперсные (менее 0,1 мкм), 2 - аккумулятивная фракция - среднедисперсные (0,1—1 мкм) и 3 — грубодисперсная фракция (1-100 мкм). Аэрозоли по оптическим свойствам разделяют на малые (2лгЛ«1) и большие (2жгIX »1). По химическим свойствам — на реакционноспособные (способные гореть в атмосфере, например, сажа) и нереакционноспособные (не вступающие в химические реакции, например, силикаты). Частицы не только различаются по размеру, но

твердых телах и намного меньше их, что обусловливает их способность проходить сквозь непрозрачные для световых лучей объекты, они имеют низкий коэффициент преломления, близкий к единице. Преломление рентгеновских лучей зависит от длины волны и от разности плотности сред. Если длина волны выражена в ангстремах, то коэффициент преломления определяется выражением:
б = 2,71 КГ6Л.2рЯР.г. /(ЕР.А .),
где А,, и Р, - соответственно атомный вес, номер и атомная доля ] - того компонента, ар- плотность вещества [51]. В отличие от световых лучей рентгеновские лучи не испытывают отражения от полированных поверхностей, а отражаются только от атомных плоскостей, т.е. рентгеновские лучи рассеивают атомы, принадлежащие целой серии отдельных плоскостей. Расчет дифракции на кристаллической решетке основан на представлении кристалла в виде систем параллельных плоскостей. Каждая такая плоскость проходит через большое число узлов решетки и называется сетчатой плоскостью. Предполагается, что сетчатые плоскости зеркально отражают падающие на них волны (рентгеновские лучи). Для возникновения дифракционных максимумов необходимо, чтобы волны, отражаемые всеми параллельными сетчатыми плоскостями, усиливали друг друга при интерференции. Это условие выполняется только при определенных соотношениях между длиной дифрагирующей волны А, и углом 0 ее падения на сетчатые плоскости. На рис. 1.3 показана схема взаимодействия параллельных лучей и Ь2 с параллельными плоскостями Р| и Р2. Усиление вследствии интерференции лучей, возможно только при некоторых определенных углах 0 падения лучей на плоскость [52] и будет наблюдаться в точке С в том случае, если разность хода лучей первого 1д и второго 1,2, отраженных от первой Р| и второй Р2 плоскостей, будет равна кратной длине волны:
В1С - А:С = пА,, (1.16)
где п - целое число, являющееся порядком отражения. Выполнив соответствующие преобразования, получим уравнение Вульфа - Брэгга
2 с1 яп 0 = пк. (1-17)