moglobi.ru Другие Правовые Компьютерные Экономические Астрономические Географические Про туризм Биологические Исторические Медицинские Математические Физические Философские Химические Литературные Бухгалтерские Спортивные Психологичексиедобавить свой файл
страница 1

XXXVIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2011 г.



РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ВОДЕ


С.С. Бычков, С.С. Бычков (мл.), Л.Н. Пятницкий, Е.С. Солдатенков

ОИВТ РАН, Москва, Россия, e-mail: serg-bychkov@yandex.ru

Оптический пробой жидкости в поле бесселева пучка приводит к созданию сплошного плазменного канала, длина которого в тысячи раз больше его диаметра. Радиальное расширение такого канала формирует в окружающей среде ударную волну. Вследствие аксиальной симметрии ее волновой фронт имеет цилиндрическую форму. В настоящей работе представлены результаты исследований распространения такой волны в дистиллированной воде.

Бесселев пучок создавался в результате фокусировки лазерного излучения аксиконом. Для того чтобы обеспечить на оси бесселева пучка интенсивность греющего излучения, достаточную для оптического пробоя воды, использовался лазер с длиной волны 1,054 мкм и энергией до 5 Дж в импульсе длительностью 6÷8 нс. Длина области фокусировки для кольцевой апертуры падающего на аксикон пучка и угла схождения лучей греющего излучения к оси 8° достигала 5 см при микронных диаметрах. В экспериментах регистрировался общий вид плазменного канала интегрально по времени. Возникающий сплошной плазменный канал имел протяженность до 4 см при максимальном за время наблюдения диаметре светящейся области не более 100 мкм.

Распространение фронта ударной волны исследовалось теневым методом. С этой целью узкий луч зондирующего He-Ne лазера (длина волны 0,633 мкм) пересекал кювету с водой в направлении, поперечном к плазменному каналу, на изменяемом расстоянии от его оси. Пройдя кювету с водой, зондирующий луч попадал на быстродействующий приемник, в качестве которого использовался кремниевый PIN диод с узкой диаграммой направленности. Для измерений был выбран широкополосный фотодиод, чувствительный к видимому и ближнему инфракрасному излучению, что позволяло наряду с полезным сигналом регистрировать импульс излучения лазера накачки, который служил репером для начала отсчета шкалы времени. На осциллограмме сигнала с фотодиода возникал провал, соответствовавший времени прохождения ударной волны через область воды, освещенную зондирующим излучением. После отражения от поверхности раздела воды и воздуха ударная волна снова пересекала зондирующий луч, и на осциллограмме появлялся новый отклик. В серии последовательных опытов были измерены времена задержки между греющим импульсом и моментами прохождения волнового фронта прямой и отраженной волн через луч He-Ne лазера для разных значений расстояния между осью канала и зондирующим лучом. В результате обработки экспериментальных данных была определена скорость движения волнового фронта, которая совпала со скоростью звука в воде при нормальных условиях. При численном моделировании регистрируемого явления в качестве ударной адиабаты для воды использовалось уравнение Тэта. Была рассчитана зависимость скорости распространения ударной волны от расстояния до оси плазменного канала. Кроме того, выполненные расчеты позволили оценить параметры среды за фронтом ударной волны.

Таким образом, продемонстрировано, что под действием мощного лазерного излучения, сфокусированного аксиконом, в воде формируется нитевидный канал плотной горячей плазмы, расширение которого рождает сильную ударную волну с цилиндрическим фронтом. Сопоставление данных измерений с результатами численных расчетов показало, что только в непосредственной близости от канала скорость движения этой волны является сверхзвуковой. Очень быстро волна замедляется и далее распространяется в воде на большие расстояния с постоянной скоростью, равной скорости звука.

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 08-08-00199).




страница 1
скачать файл


Смотрите также: