Экспериментальные исследования низкопорогового оптического разряда в воздухе при наличии твердых частиц

• Автор: Гаськова, Ольга Валериевна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 117 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1 Характеристики низкопороговой плазмы оптического пробоя (литературный обзор)
1.1 Пороговый характер образования плазмы
1.2 Основные параметры лазерной плазмы
1.3 Методы диагностики лазерной плазмы
Глава 2 Описание комплекса аппаратуры и результаты экспериментальных исследований плазмы оптического пробоя в поле излучения неодимового лазера
2.1 Динамика развития оптического пробоя под действием неодимового лазера
2.2 Исследование электронной концентраций зондовым методом
2.3 Автоматизированный комплекс для измерения температуры затравочной частицы при образовании лазерной плазмы в воздухе, результаты экспериментов
2.4 Оптико-акустический метод исследования плазмы
Глава 3 Изучение вторичных частиц, образовавшихся при оптическом пробое
3.1 Образование вторичных частиц при оптическом пробое
3.2 Экспериментальное исследование вторичных частиц
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Появление лазерных источников света, имеющих такие уникальные свойства, как высокую степень когерентности, монохроматичности и поляризации излучения, а также большую интенсивность обусловили их использование в качестве инструмента как для научных исследований, гак и для технологического применения. Лазерные источники широко используются в системах связи, локации, навигации, дальнометрии, зондирования, молниезащиты и т.д. При этом лазерное излучение распространяется в реальной атмосфере без использования канализирующих устройств.
Высокая концентрация энергии светового поля вызывает нелинейные процессы, характер которых зависит от параметров излучения и характеристик среды. Изучение этих эффектов ведется уже давно и представляет несомненный научный и практический интерес. Среди эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в дисперсной среде (атмосфере) нас прежде всего будут интересовать процессы плазмообразования, которые важны для решения проблем лазерной физики и физики конденсированного состояния вещества.
Изучение отклика аэродисперсной среды на прохождение через нее мощного лазерного излучения (МЛИ) строится на основе поведения отдельной аэрозольной частицы с последующим обобщением на ансамбль частиц. Известно, что углеродные частицы составляют значительную долю атмосферного аэрозоля, причем в городских районах массовая доля углеродного аэрозоля составляет около 30% вследствие индустриальной

деятельности человека. В связи с этим исследование плазмообразования на отдельной углеродной частице представляет научно-практический интерес.
Цель диссертационной работы - экспериментальное исследование характеристик процесса плазмообразования на аэрозольной (углеродной) частице в воздухе при нормальном атмосферном давлении под действием излучения Ш-лазера, а также разработка экспериментальных установок для комплексной диагностики области оптического пробоя с использованием различных методов, таких как: оптический, зондовый, акустический, цветовой пирометрии и электронной микроскопии.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Экспериментальное исследование физических процессов, развивающихся при взаимодействии лазерного импульса с одиночными аэрозольными углеродными частицами.
2. Разработка методик и аппаратуры для комплексной диагностики плазменного образования.
3. Экспериментальное определение размеров вторичных частиц, возникающих в процессе плазмообразования и их количественное описание.
4. Разработка методики и автоматизированной установки для измерения температуры частицы в предпробойном режиме на основе метода цветовой пирометрии.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработаны установки для комплексного определения характеристик плазмы оптического пробоя, которые включают в себя:

При этом для полуширины линии, уширенной вследствие квазистатического эффекта Штарка
4Д1(а =В,1б-10-‘9^(и;г -п (1.3.5)
где р - в зависимости от условий эксперимента принимает значения от 2/3 до 1. Видно, что ударное уширение изменяется практически пропорционально IV Штарковское уширение линий обусловленных изолированными переходами в нейтральных атомах и однократно ионизованных атомах, обуславливается в основном столкновениями с электронами. Поэтому полуширины этих линий могут быть рассчитаны в ударном приближении.
Кроме уширения, имеется также сдвиг центра линии (обычно в сторону увеличения длины волны) от его положения в невозмущенном случае. С хорошей погрешностью (20-30%) полуширина линии ДЛ1/2 и ее сдвиг могут быть выражены формулами, полученными Гримом [31]
"■••КйтМй Н«"'Мй*.
(1.3.6)
±2Л^- И-1лг,в|г|
Параметр N,1 число частиц в сфере Дебая, определяется соотношением
Лв = > та = (— ] • (1 3 Ъ
Vе". )
Формулы (1.3.5) применимы к линиям нейтральных атомов. Параметры А,¥,0, которые являются слабо меняющимися функциями электронной температуры, приведены в монографии Грима. Например, для линий Г11(415,2нм) эти параметры следующие: ¥=0,00806нм, А=0,044нм,
П=0,00620нм. Ионный вклад в полуширину линии оказывается мал и поэтому АА.т/2 изменяется почти линейно с изменением пе.