Лазерная оптоакустическая спектроскопия сверхтекучего гелия

• Автор: Одилов, Одина Шакарович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ПЕРВОГО И ВТОРОГО ЗВУКОВ в Не-П
1.1. Возбуждение и распространение первого и второго звуков в Не-П
1.2. Параметрические и другие нетрадиционные методы возбуждения акустических волн в Не-П
1.3. Анализ работ по низкотемпературной фотоакустике
1.4. Анализ существующих работ по оптоакустике Не-П. Постановка задачи
ГЛАВА II. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И ВРЕМЕННОЙ ПРОФИЛЬ
ОПТОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ЗВУКОВ В ГЕЛИИ-П, ГРАНИЧАЩЕМ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ
2.1. Формулировка проблемы и исходные уравнения
2.2. Передаточные функции оптоакустических сигналов первого и ... второго звуков в Не-П, граничащем с твердым телом
2.3. Особенности временного поведения оптоакустических сигналов первого и второго звуков в сверхтекучем гелии, граничащем
с твердым телом
2.4. Оптоакустический метод определения сопротивления Капицы
ГЛАВА III. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И ВРЕМЕНОЙ ПРОФИЛЬ
ОПТОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ЗВУКОВ СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ СО СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
3.1. Передаточные функции оптоакустических сигналов первого и второго звуков в Не-П со свободной поверхностью
3.2. Временной профиль оптоакустических сигналов первого и второго звуков в сверхтекучем гелии со свободной поверхностью
ГЛАВА IV. ТЕОРИЯ ГЕНЕРАЦИИ ФОТОАКУСТИЧСЕКОГО СИГНАЛА
СВЕРХТЕКУЧИМ ГЕЛИЕМ В БУФЕРНЫЙ ГАЗ
4.1. Стационарное температурное поле для Не-П
4.1.1. Уравнения для стационарного температурного поля в Не-П
4.1.2. Температурное поле в фотоакустической камере с нетеплопроводящей подложкой
4.2. Фотоакустический сигнал сверхтекучего гелия
4.2.1. Математическая модель задачи
4.2.2. Фотоакустический сигнал сверхтекучего гелия с подложкой из

теплового изолятора
4.2.3. Особенности генерации фотоакустического сигнала
сверхтекучего гелия с произвольной подложкой
ГЛАВА V. ЛАЗЕРНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ОПТОАКУСТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ЗВУКОВ В СВЕРХТЕКУЧЕМ ГЕЛИИ В ОБЛАСТИ СЛАБОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
5.1. Лазерная генерация оптоакустических импульсов первого и второго звуков в сверхтекучем гелии импульсом лазерного излучения
5.2. Влияние диссипации на параметры оптоакустических
сигналов первого и второго звуков в сверхтекучем гелии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. 2008-ой год одновременно совпал со столетием получения жидкой фазы гелия Камерлинг-Онессом и семидесятилетием открытия явления сверхтекучести Петром Капицей. Сверхтекучий гелий оказался уникальным физическим объектом, где в макроскопическом масштабе реализуются многие квантовые эффекты, о существование которых впервые было предсказано в знаменитой теории Ландау, согласно которой сверхтекучий гелий, или Не-П, является двухкомпонентной жидкостью, в которой одновременно могут распространяться два вида звуковых волн -колебания давления и температуры, которые обычно называют первым и вторым звуками. Несмотря на то, что исследованию физических свойств Hell посвящено множество теоретических и экспериментальных работ, коими занимаются во многих лабораториях развитых стран мира, тем не менее, поток публикаций, посвященных проблеме жидкого гелия, не уменьшается. На наш взгляд, это обусловлено высокой чувствительностью термодинамических и кинетических характеристик этой среды к изменениям температуры, связанной с особенностями кинетики различных видов взаимодействия газа возбуждения фононов и ротонов, что существенно затрудняет выполнение прецизионных измерений целого ряда величин, в первую очередь, кинетических коэффициентов, времени релаксации (восстановления равновесия элементарных возбуждений) и сопротивления Капицы. Между тем, методы лазерной оптоакустической (ОА) спектроскопии конденсированных сред являются весьма эффективными и обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами исследования физических свойств веществ. Это, прежде всего, бесконтактность самого метода, его насыщенность информацией об акустических, оптических и теплофизических свойствах среды и достаточно высокая точность. Благодаря упомянутым характеристикам эти методы получили широкое применение в химии, биологии, медицине, а также в различных областях производства. Однако к настоящему времени теория

которых, на наш взгляд, является чрезвычайно важным для полного понимания процессов формирования ОА-сигналов первого и второго звуков, их распространения и детектирования. Решение этих вопросов и является целью настоящей диссертации и состоит из следующих задач:
1) определение спектра передаточных функций первого и второго звуков для двух возможных случаев (твердой и мягкой границ раздела) и анализ возможности определения сопротивления Капицы из результатов измерения этих функций;
2)установление особенностей временного профиля ОА-сигналов первого и второго звуков;
3) установление влияния диссипации акустических волн на параметры ОА-сигналов при всевозможных режимах падающего луча (непрерывный, модулированный и импульсный);
4)создание теории фотоакустического эффекта-генерации волны первого звука сверхтекучим гелием в буферный газ и анализ его характеристик для существенно различных случаев, реализующихся в эксперименте.