Нелинейные эффекты при распространении интенсивных лазерных импульсов в аэродисперсных средах. : Экспериментальные исследования

• Автор: Чистякова, Лилия Константиновна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 253 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Взаимодействие мощного лазерного излучения с отдельными водными частицами
1.1. Термодинамические процессы в капле при ударном нагреве лазерными импульсами.
1.1.1. Кинетика температурных полей в метастабильных жидкостях
1.2. Характерные особенности поверхностного и объемного испарения водных капель в импульсных оптических полях
1.3. Нетепловые эффекты при разрушении прозрачных капель
1.4. Экспериментальная техника и методики эксперимента
1.4.1. Методики исследований разрушения подвешенных на нитях капель жидкости
1.4.2. Методика исследований взаимодействия свободно падающей капли жидкости с излучением ОКГ
1.4.3. Методика исследований взрыва капель в поле излучения импульсного ССЬ-лазера
1.4.4. Методика голографического метода для исследований взрывного разрушения водных капель с разрешением < 1 (Г8 с
1.5. Результаты экспериментальных исследований разрушения капли в импульсных оптических полях
1.5.1. Взрыв-фрагментация
1.5.2. Газодинамический взрыв
1.6. Движение частицы в радиационном поле
1.6.1. Результаты экспериментов
1.7. Механизмы оптического пробоя, индуцированного взрывом водной капли
1.8. Сверхкоротко волновое излучение лазерной плазмы водного аэрозоля
2. Оптические характеристики аэрозольных частиц в интенсивных оптических полях
2.1. Рассеяние оптического излучения взрывающимися частицами водного тумана в поле излучения СОг-лазера
2.2. Изменения оптических характеристик крупнодисперсного водного аэрозоля при взаимодействии с интенсивными световыми импульсами наносекундной длительности
2.3. Ослабление оптического излучения при взрыве-фрагментации крупнокапельного аэрозоля
2.4. Нелинейное поглощение импульсного излучения СОг-лазера воздухом и водяным паром
3.3 Эффекты лучевого просветления микрообъемов искусственного тумана при регулярных и взрывных режимах испарения водного аэрозоля
3.1. Просветление искусственного тумана излучением СС^-лазера при регулярном режиме испарения с малыми тепловыми потерями
3.2. Просветление искусственного водного аэрозоля излучением ССь-лазера микросекундной длительности
3.3. Фазовые искажения лазерного излучения при импульсном просветлении искусственного тумана
3.4. Ослабление и фазовые искажения зондирующих пучков взрывающимися крупными каплями под действием импульсов СОг и N6- УАО-лазеров
4. Проявление нелинейных эффектов при распространении интенсивных импульсов СОг-лазера на приземных трассах
4.1. Описание схемы экспериментов, аппаратуры и методик обработки данных
4.1.1. Описание системы автоматизированной обработки экспериментов
4.1.2. Расчет акустического отклика при распространении лазерного излучения в атмосфере
4.1.3. Сравнение оптико-акустических и стандартных методов для определения параметров пучка и канала распространения
4.1.4. Томографическое восстановление пространственно-энергетического профиля оптических импульсов
4.2. Свечение аэрозольных частиц и плазменных образований в световом пучке
4.3. Нелинейное аэрозольное рассеяние при импульсном зондировании атмосферы
4.4. Проявления эффекта просветления атмосферы в условиях атмосферной дымки
5. Дистанционная диагностика параметров возмущенной атмосферы с использованием нелинейных эффектов
5.1. Метод нелинейной ИК-локации микроструктуры водного аэрозоля
5.2. Использование лазерного пробоя для диагностики химического состава аэрозолей
5.2.1. Создание лазерного пробоя в атмосфере
5.2.2. Селекция эмиссионных спектров радиоактивных элементов
5.2.3. Описание и результаты лабораторного эксперимента
5.3. Аэрозольное рассеяние лазерного излучения в процессе выброса гексафторида урана (ИР6) в условиях, моделирующих атмосферные
5.3.1. Оптико-физические и химические свойства продуктов гидролиза Шеи механизмы образования из них аэрозольной компоненты
5.3.2. Оптические характеристики продуктов гидролиза UF6
5.3.3. Экспериментальная установка и методика исследования образования аэрозолей при гидролизе UF6
5.3.4. Методика измерений рассеяния лазерного излучения продуктами гидролиза
5.3.5. Результаты экспериментов
5.4. Диагностика излучения атомарного водорода образующегося при радиационном возбуждении водяного пара в радиоактивном атмосферном шлейфе индустриальных выбросов
5.4.1. Источники образования и фоновая концентрация атомарного водорода в атмосфере
5.4.2. Фоновое излучение атомарного водорода в атмосфере
5.4.3. Компьютерная система прогноза распространения примеси в атмосфере
5.4.4. Оценки излучения атомарного водорода в радиоактивном шлейфе
5.4.5. Измерительная установка и методика эксперимента
5.4.6. Результаты экспериментальных измерений микроволнового излучения в полосе излучения атомарного водорода
Заключение
Литература

1.2 Характерные особенности поверхностного и объемного испарения водных капель в импульсных оптических полях
В связи с большим влиянием неоднородности светового поля на процесс объемного, или взрывного испарения капли целесообразно выделить различные характерные масштабы тепловыделения в ней, которые зависят от размеров капли, интенсивности воздействующего излучения и его спектрального диапазона. Используя эти масштабы тепловыделения, можно классифицировать три типа взрыва, наблюдаемых в экспериментах (см. п. 1.5) при различных скоростях энерговклада.
1. Размер капли выступает в качестве характерного масштаба, и инициирование взрыва происходит одновременно по всему объему капли. Этот тип взрыва был назван газодинамическим. Данный взрыв может наблюдаться двух типов: двухфазный, когда продукты взрыва содержат паровую и жидко-капельную фракции, и однофазный, когда продукты взрыва представляют собой только пар. Характерными признаками данного взрыва являются: сферическая диаграмма направленности продуктов взрыва на конечной стадии, область разлета продуктов не превышает 10 радиусов взрывающейся капли, образование ударной волны. При больших интенсивностях воздействующего излучения взрыв сопровождается возникновением волны пробоя.
2. В случае, когда взрыв реализуется в ограниченной области внутри капли, например, в локальных максимумах поля в слабопоглощающих каплях или вследствие неоднородности температуры капли за счет теплоотдачи с поверхности, характерным пространственным масштабом является размер локальных неоднородностей.
3. Взрыв, при котором характерным масштабом является длина поглощения, называется поверхностным взрывом.
Первая попытка описания энергетики взрыва водных частиц под действием лазерного излучения была сделана в [9] в приближении, когда взрыв наступает при достижении в центре капли критической температуры жидкости. При таком нагреве неоднородность внутренних тепловых источников обусловлена теплообменом, вызванным поверхностным испарением. В результате почти весь объем капли находится в перегретом состоянии, а в центре нагрев достигает температуры границы абсолютной термодинамической неустойчивости. Процесс кипения, развивающийся в результате гомогенной нуклеации, распространяется на весь объем капли и приводит ее к разрушению. При нормальных давлениях граница абсолютной неустойчивости по температуре для воды (Тпор) приблизительно равна 320 °С [92].
Пороговая интенсивность, необходимая для достижения в центре капли температуры Тпор, получена с учетом теплообмена со свободной поверхности:
где Тпк - температура поверхности капли, го - радиус капли, теплопроводность вещества капли, ср, ро - удельная теплоемкость и плотность соответственно.
(1.2)