Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты при взаимодействии лазерного излучения с веществом (300,00 руб.)

0   0
АвторыЗахаров Николай Семенович, Урлин Виталий Дмитриевич, Шенцев Николай Иванович, Федеральное государственное унитарное предприятие "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
ИздательствоРоссийский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Страниц427
ID575187
АннотацияМонография представляет собой обзор основных направлений теоретических и экспериментальных исследований по воздействию лазерного излучения на вещество. Главное внимание уделяется описанию физико-математических моделей и методов численного моделирования физических процессов, протекающих при взаимодействии лазерного излучения с материалами различного состава в области умеренных потоков излучения, при которых возникают тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты, представляющие интерес для лазерной технологии и научных исследований. Для подтверждения достоверности расчетных моделей широко привлекаются результаты экспериментов.
Кому рекомендованоМонография предназначена для широкого круга специалистов, аспирантов и студентов старших курсов, занимающихся физикой высоких плотностей энергии, физикой взаимодействия мощных направленных потоков электромагнитной энергии с веществом, технологией обработки различных материалов.
ISBN978-5-9515-0037-0
УДК621.378
ББК32.86
Тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты при взаимодействии лазерного излучения с веществом : монография / ред.: Н. С. Захаров [и др.]; Федеральное государственное унитарное предприятие "РФЯЦ-ВНИИЭФ" .— Саров : Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, 2004 .— 427 с. : ил. — ISBN 978-5-9515-0037-0 .— URL: https://rucont.ru/efd/575187 (дата обращения: 26.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

4 Предисловие Авторы монографии, известные ученые профессора Н. С. Захаров, В. Д. Урлин, Н. И. Шенцев и их сотрудники, являются авторами многочисленных оригинальных работ по исследованию взаимодействия лазерного излучения с веществом. <...> Особенности нагрева и терморазрушения неоднородных полимерных материалов под действием непрерывного и квазинепрерывного лазерного излучения изучаются в третьей главе. <...> В четвертой главе исследуются эффекты теплового и газодинамического воздействия паров и плазменного факела на сверхзвуковой воздушный поток, обтекающий облучаемую мишень. <...> Пятая глава посвящена процессам генерации токов и электромагнитных полей в лазерной плазме, изучению их пространственновременной структуры. <...> ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ Физическая картина взаимодействия мощных потоков лазерного излучения с веществом на сегодняшний день изучена достаточно хорошо. <...> С ростом q (или τ) облучаемая поверхность нагревается, что приводит к плавлению и испарению (металлы), термодеструкции и абляции (полимеры) материала преграды. <...> Это смещение для разных материалов происходит Физическая картина взаимодействия ЛИ с конденсированными средами 7 с различной скоростью и имеет место до начала абляции. <...> Ecли при малых значениях q почти вся энергия ЛИ расходуется на нагрев материала и масса m выброшенного из мишени материала мала, а поглощенная энергия W соответственно велика, то с ростом q унос массы увеличивается и эффективная энергия разрушения эф EW m= достигает минимума. <...> Одновременно на нее действует реактивный импульс отдачи со стороны разлетающегося пара. <...> Удельный импульс отдачи определяется в основном свойствами материала и составляет 50–100 H/МВт (0,05–0,1 с/км). <...> При этом давление на поверхности преграды в пятне облучения не превышает Pw 1= МПа. <...> Таким образом, последовательное рассмотрение процессов взаимодействия в координатах q, τ позволит выделить следующие режимы: 1) режим теплопроводности (нагрев без абляции); 2 <...>
Тепловые,_гидродинамические_и_плазменные_эффекты_при_взаимодействии_лазерного_излучения_с_веществом.pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.420
Стр.421
Стр.422
Стр.423
Стр.424
Стр.425
Стр.426
Стр.427
Тепловые,_гидродинамические_и_плазменные_эффекты_при_взаимодействии_лазерного_излучения_с_веществом.pdf
Стр.1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "РФЯЦ – ВНИИЭФ" ТЕПЛОВЫЕ, ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ПЛАЗМЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ Монография Под общей редакцией профессора Н. С. Захарова профессора В. Д. Урлина, профессора Н. И. Шенцева, Саров, 2004
Стр.2
УДК 621.378 ББК 32.86 У 69 Тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты при взаимодействии лазерного излучения с веществом: Монография / Под общей ред. проф. Н. С. Захарова, проф. В. Д. Урлина, проф. Н. И. Шенцева. – Саров: ФГУП "РФЯЦ – ВНИИЭФ", 2004. – 425 с. – ил. ISBN 5-9515-0037-0. Монография представляет собой обзор основных направлений теоретических и экспериментальных исследований по воздействию лазерного излучения на вещество. Главное внимание уделяется описанию физико-математических моделей и методов численного моделирования физических процессов, протекающих при взаимодействии лазерного излучения с материалами различного состава в области умеренных потоков излучения, при которых возникают тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты, представляющие интерес для лазерной технологии и научных исследований. Для подтверждения достоверности расчётных моделей широко привлекаются результаты экспериментов. Монография предназначена для широкого круга специалистов, аспирантов и студентов старших курсов, занимающихся физикой высоких плотностей энергии, физикой взаимодействия мощных направленных потоков электромагнитной энергии с веществом, технологией обработки различных материалов. ISBN 5-9515-0037-0 © ФГУП "РФЯЦ – ВНИИЭФ", 2004
Стр.3
ПРЕДИСЛОВИЕ Исследования физики взаимодействия лазерного излучения с веществом были начаты практически сразу же после создания первых лазеров в 60-х годах 20-го столетия. К настоящему времени в этой области знаний накоплен значительный объем экспериментальных и теоретических результатов, имеющих важное фундаментальное и прикладное значение. Эти результаты послужили научно-методической основой широкого использования лазеров как в исследовательских целях, так и в промышленных технологиях, медицине, измерительной технике. Однако проведение дальнейших исследований в рамках данной проблемы требует применения все более сложных и дорогостоящих технических решений, что зачастую является серьезным сдерживающим фактором. Для правильного понимания новых перспективных направлений развития и применения лазерной техники необходим прежде всего тщательный анализ и обобщение обширного экспериментального и теоретического материала, накопленного за прошедшие годы. В настоящей монографии приведены материалы исследований, выполненных в Российском федеральном ядерном центре – Всероссийском НИИ экспериментальной физики и Центральном физико-техническом институте. Сформулированы задачи, возникающие при изучении лазерного воздействия на различные материалы, в том числе многокомпонентные, при разных условиях и режимах облучения. Большое внимание уделено описанию физико-математических моделей и методов численного моделирования разнообразных физических процессов: тепловых, газо- и плазмодинамических, механических, ударно-волновых, электромагнитных. Для подтверждения достоверности расчетных моделей используются результаты экспериментов. Многие материалы исследований ранее не были опубликованы и могут представлять значительный интерес для специалистов в области лазерных технологий. Например, данные по воздействию лазерного излучения в условиях сверхзвукового обтекания, лазерному горению и инициированию химически активных сред, облучению материалов ультракороткими импульсами. Необходимость и своевременность монографии обусловлена еще и тем, что в настоящее время новое поколение исследователей, проявляя заметный интерес к проблеме лазерного взаимодействия с веществом, нередко повторяет уже сделанное предшественниками.
Стр.4
4 Предисловие Авторы монографии, известные ученые профессора Н. С. Захаров, В. Д. Урлин, Н. И. Шенцев и их сотрудники, являются авторами многочисленных оригинальных работ по исследованию взаимодействия лазерного излучения с веществом. Монография состоит из восьми глав, охватывающих широкий круг вопросов по данной тематике. В первой главе представлено описание общей физической картины процессов взаимодействия лазерного излучения с конденсированными средами, приводятся терминологические определения, используемые в последующих главах. Вторая глава посвящена методикам численного моделирования испарительных и газодинамических процессов, развивающихся под действием лазерного излучения широкого диапазона интенсивностей на непрозрачные материалы. Особенности нагрева и терморазрушения неоднородных полимерных материалов под действием непрерывного и квазинепрерывного лазерного излучения изучаются в третьей главе. В четвертой главе исследуются эффекты теплового и газодинамического воздействия паров и плазменного факела на сверхзвуковой воздушный поток, обтекающий облучаемую мишень. Пятая глава посвящена процессам генерации токов и электромагнитных полей в лазерной плазме, изучению их пространственновременной структуры. В шестой главе излагаются физико-математические модели взаимодействия нано- и фемтосекундных лазерных импульсов с непрозрачными конденсированными средами. Особенности взаимодействия лазерного излучения с оптическими материалами рассматриваются в седьмой главе. В восьмой главе представлены результаты расчетно-теоретического исследования лазерного зажигания и горения химически активных конденсированных сред. Основное содержание монографии составляют результаты исследований, выполненных российскими учеными. Вне поля зрения авторов остался ряд зарубежных публикаций. Библиография для удобства восприятия помещена в конце каждой главы. Работа по написанию монографии выполнена при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (проект № 1299-00).
Стр.5
5 =π= ⋅21,05 10 Дж с 1,05 10 ⋅ = ⋅ постоянная Планка; 16 1,38 10 =⋅ h −− −15 Обозначения физических величин 34 k −−=⋅ =⋅ 23 NA 61 230 1 моль – число Авогадро; me=⋅ − г – масса электрона; λ – длина волны света, 1 эВ ⇒ 1,24 мкм; с 31 80=⋅ м/с – скорость света; 27 0,911 10 ν = λ/с = ω/2π – частота света; 32 BV==⋅ ⎝⎠ 2610 всм эВ 2 ⎛⎞ 2 ⎜⎟ π mk  e VQ MkT ⎛⎞ ⎝⎠  ⎜⎟ ⎜⎟ = π2 2 32 21 3 −−3 2 ⋅ ; – квантовый объем частицы с массой М; VQ 10 24 3см = −− – квантовый объем атома водорода при Т = 300 К; А – атомный вес в г/моль; N – концентрация в 1/см3; W – энергия падающего излучения в Дж/cм2; q N wc Nh c== ν  – интенсивность излучения в Вт 2см ; τ – длительность облучения; P – давление в Па, 1 Па = 10 25дин см 10−= Е – энергия в Дж/г, 1 эВ ⇒ 1,6 10−⋅ ρ – плотность в гс 3м ; T – температура, 1 эВ ⇒ 11605 К; t – время; r – коэффициент отражения. Основные сокращения ЛИ – лазерное излучение; УВ – ударная волна; ВВ – взрывчатое вещество. 19 Дж; бар; ⋅ = ⋅ 27 эрг с 0,658 10 эВ с ⋅ эрг К 1,38 10 Дж К – постоянная Больцмана; –
Стр.6
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Обозначения физических величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Основные сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Н. С. Захаров, В. Д. Урлин, Н. И. Шенцев. Глава 1. Физическая картина взаимодействия ЛИ с конденсированными средами . . . 1.1. Общие понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Передача энергии и импульса от фотонов к электронам при падении света на вещество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 11 1.1.2. Уравнение состояния газовой плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.3. Уравнение состояния конденсированного вещества . . . . . 15 1.1.4. Понятие о зонной структуре конденсированного вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.5. Оптические свойства конденсированных диэлектриков и металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 18 1.1.6. Обмен энергией между электронами и ионами . . . . . . . . . 20 1.1.7. Обмен энергией между электронами и решеткой . . . . . . . . 25 1.1.8. Температура электронов и решетки в металле . . . . . . . . . . 27 1.1.9. Явление пробоя (бурной ионизации) газов под действием ЛИ. Электронная лавина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. Интенсивность, направленность, монохроматичность, когерентность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 32 29 1.1.10. Черное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.2. Свойства лазеров, характерные для действия ЛИ на вещество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2. Временной ход излучения лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.2.3. Модовые свойства лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.2.4. Пространственное распределение лазерного излучения . . 38 1.2.5. Особенности фокусировки лазерного излучения . . . . . . . . 40 1.3. Эффекты, вызываемые поглощением лазерного излучения на поверхности непрозрачного материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.3.1. Нагрев в отсутствие фазового перехода . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.3.2. Профили температуры при нагреве лазерным импульсом типичной формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3. Нагрев излучением лазеров непрерывного действия . . . . . 55 49
Стр.420
420 Содержание 1.3.4. Плавление под действием излучения лазера . . . . . . . . . . . . 56 1.3.5. Изменение оптических характеристик материалов под действием мощного ЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 1.4. Образование ударных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63 1.5. Испарение под действием лазерного излучения . . . . . . . . . . 66 1.5.1. Испарение под действием миллисекундных лазерных импульсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.2. Испарение импульсами лазера с модулированной добротностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 72 1.6. Образование плазмы. Основные явления . . . . . . . . . . . . . . . . 74 1.7. Газодинамика разлета в газовую среду облака плазмы, возникающей на поверхности мишени при лазерном воздействии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 1.7.1. Световая детонация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 1.7.2. Звуковой радиационный фронт с волной разрежения . . . . 81 1.7.3. Дозвуковой радиационный фронт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 1.7.4. Взаимодействие ЛИ с мишенью в условиях сильно разреженной атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8. Методы диагностики плазмы, образованной действием мощного ЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 85 1.8.1. Фотографические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1.8.2. Интерферометрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1.8.3. Спектроскопические исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 1.8.4. Рентгеновское излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1.8.5. Импульсы давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Список литературы к главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 О. М. Величко, Н. С. Захаров, В. Д. Урлин, Б. П. Якутов. Глава 2. Газодинамические эффекты и методы расчета взаимодействия лазерного излучения с веществом . . . . . . . . . . . . 91 2.1. Физико-математическая модель поверхностного испарения . . 91 2.1.1. Метод численного расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.1.2. Численное изучение структуры и динамики разлета паров . . 102 2.1.2.1. Структура течения вещества в факеле . . . . . . . . . . . . . . . 103 2.1.2.2. Импульс отдачи паров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.1.2.3. Унос массы вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 2.2. Динамика поглощающей лазерной плазмы . . . . . . . . . . . . . . 115 2.2.1. Физико-математическая модель воздействия в плазменных режимах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Стр.421
Содержание 421 2.2.1.1. Качественное рассмотрение процессов в режимах с плазмообразованием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 2.2.1.2. Постановка задачи и метод решения . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 2.2.2. Численное исследование течений лазерной плазмы в воздухе различной плотности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 2.2.2.1. Структура и динамика лазерной плазмы . . . . . . . . . . . . . 126 2.2.2.2. Газодинамическое давление на мишени . . . . . . . . . . . . . . 134 2.3. Численное моделирование пространственных нестационарных газодинамических течений . . . . . . . . . . . . . . . . 139 2.3.1. Общая характеристика пакета программ ВЕРА для численного моделирования пространственных нестационарных газодинамических течений . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2. Трехмерные нестационарные задачи взаимодействия струи газа, вдуваемого с поверхности тела, с потоком воздуха, обтекающего это тело . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 142 2.3.2.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 2.3.2.2. Метод расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 2.3.3. Метод расчета пространственного обтекания тел неоднородным сверхзвуковым потоком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 146 2.3.3.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 2.3.3.2. Метод расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 2.4. Численное моделирование воздействия ультракоротких лазерных импульсов на твердотельную мишень . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Модуль гидродинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 2.4.2. Модуль кинетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 2.4.3. Модуль расчета поглощения ЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 2.4.4. Модуль расчета рентгеновского излучения . . . . . . . . . . . . 155 2.4.5. Модуль уравнений состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 2.4.6. Реализация полного расчета лазерного воздействия . . . . . 156 Список литературы к главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Н. С. Захаров, Н. И. Шенцев. Глава 3. Нагрев и разрушение неоднородных материалов под действием лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 3.1. Теоретическая модель лазерного нагрева и разрушения полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 3.1.1. Физико-химические процессы при лазерном облучении полимерных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 164 3.1.1.1. Поглощение лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 3.1.1.2. Пиролиз связующего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Стр.422
422 Содержание 3.1.1.3. Механизмы разрушения поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . 168 3.1.2. Постановка задачи и основные уравнения . . . . . . . . . . . . . 170 3.1.3. Методика численного решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 3.2. Исследование процессов взаимодействия лазерного излучения с полимерными материалами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.2.1. Воздействие непрерывного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.2.1.1. Нагрев материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.2.1.2. Прококсовка и линейный унос поверхности . . . . . . . . . . 183 3.2.1.3. Баланс энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 3.2.1.4. Унос массы вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 3.2.2. Воздействие частотно-импульсного излучения . . . . . . . . . 200 3.2.2.1. Особенности расчета частотно-импульсного облучения . . 200 3.2.2.2. Примеры численных расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Список литературы к главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 О. М. Величко, В. Д. Урлин, Б. П. Якутов. Глава 4. Особенности воздействия плазменного нагрева на сверхзвуковой газовый поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 4.1. Физическая картина течения при вдуве газа с поверхности тела в сверхзвуковой поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 4.2. Оценка параметров течения в области взаимодействия потоков вдуваемого газа и воздуха на основе законов сохранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.2.1. Схема течения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 4.2.2. Основные уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 4.2.3. Значение давления на участке вдува . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 4.2.4. Коэффициент увеличения давления при вдуве газа в сверхзвуковой поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.3. Численное моделирование течения, вызванного вдувом газа с участка поверхности тела в сверхзвуковой поток . . . . . . . 212 4.3.1. Постановка задачи в двух- и трехмерной геометрии . . . . . 212 4.3.2. Методика трехмерных расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4.4. Результаты численного исследования пространственного течения с сильным распределенным вдувом. Пример конкретного расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.4.1. Геометрия задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.4.2. Особенности вдува . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.4.3. Уравнение состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.4.4. Квазистационарность взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.4.5. Картина пространственного течения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Стр.423
Содержание 423 4.4.6. Профили давления на участке вдува . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 4.5. Расчетная модель взаимодействия тела с неоднородным сверхзвуковым потоком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 4.5.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 4.5.2. Граничные и начальные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 4.5.3. Метод расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 4.6. Нестационарная пространственная картина течения при взаимодействии неоднородного воздушного потока с обтекаемым телом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 4.6.1. Деформация поверхности головной ударной волны . . . . . 226 4.6.2. Изменение параметров течения в ударном слое и на поверхности тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 4.7. Аэродинамические силы, возникающие при взаимодействии тела с неоднородными областями в атмосфере. Аэродинамические коэффициенты . . . . . . . . . . . . . 233 4.7.1. Взаимодействие с разреженным полупространством . . . . 234 4.7.2. Взаимодействие с продольным разреженным каналом . . . 235 4.7.3. Взаимодействие с поперечным разреженным каналом . . . 236 Список литературы к главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Н. В. Бугров, Н. С. Захаров. Глава 5. Генерация токов и электромагнитных полей в лазерной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . 239 5.1. Физические механизмы генерации токов и электромагнитных полей в лазерной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 5.2. Магнитные поля при воздействии микросекундных лазерных импульсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 5.2.1. Расчет электромагнитных полей в лазерной плазме . . . . . 245 5.2.1.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 5.2.1.2. Метод решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 5.2.2. Примеры расчетов, сравнение с экспериментами . . . . . . . . 249 5.3. Магнитные поля при воздействии наносекундных лазерных импульсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 5.3.1. Особенности генерации и расчета магнитных полей при наносекундном лазерном воздействии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 5.3.2. Пространственно-временная структура магнитных полей в плазменном факеле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 5.3.3. Амплитудные характеристики магнитных полей лазерной плазмы при различных условиях воздействия . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.4. Магнитное поле вне плазменного факела . . . . . . . . . . . . . . 278 Список литературы к главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 272
Стр.424
424 Содержание Н. В. Бугров, О. М. Величко, Н. С. Захаров, В. Д. Урлин, Б. П. Якутов. Глава 6. Воздействие суперкоротких лазерных импульсов на вещество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 6.1. Физико-математическая модель взаимодействия наносекундных лазерных импульсов с конденсированными средами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Особенности образования и развития плазменного факела над поверхностью мишени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 296 6.3. Особенности формирования лазерных ударных волн в конденсированных средах. Откольные разрушения мишеней . . . 303 6.4. Приповерхностная плазма твердотельной плотности, создаваемая лазерным импульсом фемтосекундной длительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 6.4.1. Расчетно-теоретическая модель взаимодействия лазерных импульсов фемтосекундной длительности с твердотельной мишенью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 6.4.2. Модель поглощения P- и S-поляризованного ультракороткого импульса плотной плазмой . . . . . . . . . . . . . . . . 317 6.4.3. Рентгеновское излучение приповерхностной фемтосекундной плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 6.4.4. Характерные параметры и свойства фемтосекундной лазерной плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 6.4.5. Взаимодействие Р- и S-поляризованного излучения с неоднородной плазмой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 6.4.6. Отражение лазерных импульсов фемтосекундной длительности приповерхностной плазмой . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.7. Генерация пикосекундных рентгеновских импульсов ФЛП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 332 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Список литературы к главе 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 А. В. Никонов, И. П. Суханов, Н. И. Шенцев. Глава 7. Действие лазерного излучения на оптические материалы . . . . . . . . . . . . . . . 337 7.1. Физическая модель взаимодействия лазерного излучения с оптическими материалами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 7.1.1. Типы оптических материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 7.1.2. Физические процессы взаимодействия ЛИ с оптическими материалами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 7.1.2.1. Факторы, влияющие на характер повреждений оптических материалов при лазерном воздействии . . . . . . . . . . . 341
Стр.425
Содержание 7.1.2.2. Механизмы разрушения оптических материалов лазерным излучением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 348 7.2. Тепловое действие лазерного излучения на оптические материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 7.2.1. Методы расчета температурных полей . . . . . . . . . . . . . . . . 350 7.2.2. Оценка эффекта "оплавления" поверхности оптического материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 7.2.3. Расчет температурных напряжений в оптических материалах в процессе и после воздействия лазерного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 7.3. Воздействие лазерного излучения на оптические материалы в режимах с образованием плазмы . . . . . . . . . . . . . . . 371 7.3.1. Фокусировка излучения на лицевой поверхности стеклянной пластины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 7.3.2. Фокусировка излучения на тыльной поверхности и в объеме стеклянной пластины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 7.3.3. Пороги пробоя для некоторых оптических материалов . . . 382 Список литературы к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 Н. С. Захаров. Глава 8. Горение и инициирование химически активных сред под действием лазерного излучения . . . . . . . . . . . . 385 8.1. Теоретическая модель лазерного зажигания и горения химически активных конденсированных сред . . . . . . . . . . . . . . . 385 8.1.1. Физико-химические процессы при лазерном инициировании химически активных веществ и кинетика их горения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 8.1.2. Постановка задачи и основные уравнения . . . . . . . . . . . . . 391 8.1.3. Метод численного решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 8.1.4. Примеры расчетов. Сравнение с литературными данными . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 8.2. Численное исследование процессов лазерного горения химически активных сред . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 8.2.1. Воздействие непрерывного лазерного излучения . . . . . . . . 405 8.2.1.1. Профили температур и концентраций продуктов горения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 8.2.1.2. Скорость лазерного горения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 8.2.1.3. Влияние оптико-физических характеристик на процессы зажигания и горения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Воздействие импульсно-периодического излучения . . . . . 414 Список литературы к главе 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 411
Стр.426
Тепловые, гидродинамические и плазменные эффекты при взаимодействии лазерного излучения с веществом Монография Под общей редакцией Николая Семеновича Захарова Виталия Дмитриевича Урлина Николая Ивановича Шенцева Редактор В. М. Тагирова Корректор М. В. Кривова Компьютерная подготовка оригинала-макета С. Н. Фролова Подписано в печать 22.06.04 Формат 60х84/16 Печать офсетная Уч. изд. л. ∼24 Усл. печ. л. ∼ 25 Тираж 700 экз. Зак. тип. 2186-2003 ПД № 00568 от 22.05.2000 Отпечатано в ИПК ФГУП "РФЯЦ – ВНИИЭФ" 607190, г. Саров Нижегородской обл.
Стр.427