Экспериментальное исследование взаимодействия интенсивного лазерного излучения с капельным аэрозолем в режиме взрывного испарения частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

российская академия наук сибирское отделение институт оптики атмосферы

На правах рукописи

кабанов андрей михайлович

экспериментальное исследование взаимодействия интенсивного лазерного излучения с капельным аэрозолем в режиме взрывного испарения частиц

специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-матемалмескнх наук

томск - 1995

Работа выполнена в Институте оптики атмосферы СО РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Землянов A.A.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Белов H.H.

кандидат физико-математических наук Капитанов В.А.

Ведущая организация: НПО "Тайфун", Институт экспериментальной метеорологии, г. Обнинск

Защита диссертации состоится u.?J.a.. 1995г в /£.час.££мин. на заседании диссертационного совета Д 200.38.01 в Институте оптики атмосферы СО РАН (634055, г.Томск, пр. Академический 1) ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОА СО РАН

Автореферат разослан 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета кф.-м.н В.В. Веретенников

/ -

с' *■

В связи с прогрессом в разработке и.создании лазерных источников расширяется сфера их применения в системах оптической связи, навигации, атмосферно-оптических исследованиях, мониторинге природных сред, а также антропогенных и техногенных загрязнений. Широкое внедрение разнообразных оптических систем в практику требует все возрастающий объем информации о закономерностях распространения лазерного излучения в атмосфере и взаимодействия света с ее компонентами, п том числе с водным аэрозолем, являющимся одним из основных атмосферных компонент, ограничивающих проникающую способность интенсивных лазерных пучков. Применение мощных лазеров в качестве инструмента -исследовании открывает новые возможности получения информации об атмосфере на основе использования нелинейных взаимодействий излучения и среды.

АКТУАЛЬНОСТЬ данных исследований обусловлена практической потребностью в прогнозировании влияния аэрозольных иелиненно-опппеских эффектов на энергетические характеристики лазерных систем, предназначенных для передачи энергии черва атмосферу. Поскольку Натурные исследования в данном случае чрезвычайно дороги, а теоретические решения Такого типа задач сложны, необходимы модельные эксперименты при контролируемых условиях. Построенные на основе результатов таких ^ лабораторных исследований модели процессов взаимодействия лазерного излучения с аэрозолем не их использованием -модели распространения излучения в замутненной аэрозолем атмосфере, можно применить к реальной атмосфере, на различных трассах, в условиях разнообразной оптической погоды.

Использование полученных зависимостей измеряемых в эксперименте величин от характеристик облучаемой« среды и параметров лазерного излучения, возбуждающего в среде нелинейные эффекты, представляет интерес с точки зрения создания на их основе новых методов диагностики характеристик среды и лазерных пучков.

Кроме того, самостоятельный интерес представляет исследование поведения вещества в условиях глубоких метастабильных состояний, которые хорошо моделируются при нагреве аэрозольных частиц лазерным излучением.

СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ. К настоящему времени экспериментально обнаружены и теоретически изучены многие нелинейно-оптические эффекты в атмосферных аэрозолях - регулярное испарение, горение, сублимация твердых частиц, взрыв капель, пробой воздуха вблизи аэрозольных частиц. Основополагающие результаты получены в ИОА СО РАН, НПО "Тайфун", ИРЭ РАН, НИФХИ, МГУ, НижГУ, АГУ, ИФ АН Белоруси. Важными, ввиду своего сильного влияния на энергетику интенсивного излучения в замутненной атмосфере, являются эффекты взаимодействия излучения с водными аэрозолями в режиме взрыва капель.

Впервые взрывной режим вскипания жидких частиц в поле лазерного импульса был экспериментально зафиксирован методом скоростной микрофотосъемки одиночных капель. Взрывное разрушение связывалось с достижением в максимумах оптического поля в капле метастабильных состоянии вещества, и последующим появлением и ростом паровых пузырей. Фотографические (прямые) методы исследования позволили получить количественные значения энергетических порогов взрывного вскипания, а также исследовать временные характеристики процесса взрыва. Однако функциональные возможности прямых методов исследования ограничиваются в. основном рамками качественной оценки протекания наблюдаемых процессов, что связано с методическими возможностями извлечения информации при обработке получаемых в эксперименте изображений процессов. Кроме того исследования проводились с одиночными частицами с размерами г0 ~ 30 - ¡00 мкм (где г0 - начальный радиус капель). Таким образом из диапазона исследуемых размеров исключаются однородно поглощающие частицы 2ап г0 < I (где а„ -коэффициент объемного поглощения вещества частиц).

Косвенные методы исследования взрывного вскипания, когда о протекании процесса судят по изменению измеряемых в эксперименте величин - прозрачности, сигналу рассеяния, акустическому отклику, позволили получить данные об эволюции коэффициента ослабления и сигнала рассеяния при взрыве частиц облучаемого аэрозоля. Исследования оптических последствии взрывного вскипания было в основном направлено на изучение возможности создания каналов просветления в аэрозольных средах для оптимизации передачи лазерной энергии. Акустический отклик от аэрозольных частиц исследовался в тепловом режиме возбуждения звуковой полны применительно к задачам определения поглощающих свойств вещества (оптоакустическая спектроскопия), пространственной структуры излучения (оптоакустическая томография), при оптическом пробое - нахождение концентрации аэрозольных частиц.

В области теоретических исследовании режима взрывного вскипания была предложена модель взрыва частиц, согласно которой взрыв связан с образованием и ростом одиночного парового пузыря из области максимального перегрева. Выход пузыря на свободную поверхность капли соответствует ее локальному разрушению.

Дальнейшая разработка модели теплового взрыва проводилась с учетом рассмотрения стадии довзрывного нагрева капли. Было показано, что разрушение частиц происходит при температуре взрывного вскипания полы, для которой при атмосферном давлении дается значение - 593 К. Из решения уравнения о динамике парового пузыря была установлена неустойчивость его роста и высказано предположение, что она яатяется причиной разрушения капли.

Таким образом, к моменту начала исследований, полученные экспериментальные данные о взрыве носили, в большей степени, качественны)! характер, нллюстрируюший существования данного нелинейно-оптического эффекта. Количественно были исследованы энергетические пороги юры иного вскипания, характерные времена процесса взрыва больших частиц. Практически полностью отсутствовали

экспериментальные данные по взрыву малых однородно поглощающих частиц. Не были выделены такие измеряемые в эксперименте или определяемые из измеряемых величин, параметры процесса взрывного вскипания аэрозольных частиц в поле лазерного излучения, по которым можно проводить сравнение с теоретическими моделями. Недостаток количественных экспериментальных данных затрудняет построение моделей взаимодействия оптического излучения с аэрозолем и распространения мощных лазерных пучков через атмосферу, так как чисто теоретическое описанье процессов, без привлечения эмпирического материала, достаточно сложно 121].

ЦЕЛЬЮ настоящей диссертационной работы являлось следующее.

Экспериментальное исследование фазового взрыва малых однородно поглощающих частиц жидкокапельного аэрозоля в поле лазерного излучения. Выделение основных характеристик процесса взрыва и обоснование методики их определения по измерениям оптических последствий распространения лазерного излучения через аэрозольную среду. Получение количественной информации об этих характеристиках и их зависимостей от параметров воздействия.

Экспериментальное исследование взрыва больших неоднородно поглощающих частиц. Получение количественных зависимостей параметров юрыва от измеряемых в эксперименте величин оптических и акустических возмущений. Исследование влияния размера частиц и параметров излучения на протекание взрыва.

Разработка физических основ использования нелинейно-оптических эффектов при взаимодействии лазерного излучения с аэрозолем для диагностики микрофизических свойств аэрозоля и структуры лазерных пучков повышенной интенсивности с использованием оптического и акустического зондирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем.

Определены основные характеристики процесса взрывного вскипания частиц при воздействии лазерного излучения - время г зрыва, степень

испарения, степень дробления. Обоснована экспериментальная методика измерения и исследования этих характеристик из измерений оптических и зкустических последствий взрывного вскипания частиц в локальном ' аэрозольном объеме.

Получены данные об основных характеристиках процесса взрыва малых однородно поглошающих частиц, их зависимость от энергетических параметров воздействующего лазерного излучения. Результаты легли в основу полуэмпирической модели фазового взрыва малых частиц.

Исследованы закономерности формирования сигнала рассеяния от полного аэрозоля с различной начальной микроструктурой при его взрывном разрушении в поле лазерного импульса. Получены значении порогов взрыва и разрушения частиц аэрозоли. Показано, что полученные зависимости могут быть использованы-для дистанционно!о бесконтактною определения распределения плотности энергии по сечению лазерного пучка повышенной интенсивности.

Исследованы закономерности формирования акустического сигнала от аэрозоля с различной микроструктурой и от одиночных частиц рамичного размера. Показано, что эффективность преобразования поглощенной в частице энергии лазерного излучения в энергию звуковой волны, генерируемой при взрыве частиц, уменьшается с увеличением размера частиц. Получена зависимость амплитуды акустического отклика на фазовые переходы в частицах от размера частиц и энергетических характеристик воздействующего лазерного излучения. Показано, что полученные зависимости содержат информацию о значениях величин порогов взрыва и разрушения частом.

Показано, что совместное использование двух канатов регистрации -оптического и акустического - позволяет восстанавливать объемную концентрацию аэрозольный частиц.

По полученным из оптических, и.акустических измерений значениям порогов полного разрушения аэрозольных частиц при взрывном вскипании,

установлена зависимость величины порога от параметра скорости нагрева частиц лазерным излучением.

НАУЧНОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ результатов работы. Результаты, полученные в работе расширяют и углубляют представления о физике процессов взаимодействия интенсивных лазерных пучков с конденсированным веществом в дисперсном состоянии при реализации фазовых переходов в веществе частиц. Полученные данные об изменении микрофизических свойств аэрозоля в канале распространения лазерного пучка позволяют моделировать наиболее эффективные, с точки зрения передачи энергии, характеристики лазерных систем, работающих в реальной атмосфере. На основе полученных результатов предложены и апробированы в модельных условиях новые методы диагностики лазерных пучков повышенной интенсивности к параметров аэрозоля, основанные на измерении сигналов светорассеяния и акустического отклика от взрывающихся аэрозольных частиц, защищенные авторскими свидетельствами.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ определяется " следующими факторами: 1) Совпадением результатов, подученных в настоящей работе при использовании независимых экспериментальных методик. 2) Совпадением результатов, полученных в настоящей работе с результатами других работ, для частных случаев совпадения условий экспериментов. 3) Соответствием полученных экспериментальных данных результатам модельных теоретических расчетов, проведенных другими авторами.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные результаты, полученные в диссертации, представлены в опубликованных работах fl - 33|. Докладывались на 111 Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в дисперсных средах (Обнинск 1985), VIH, X, XI Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск 1985, 1989, 1991), XII Межреспубликанском симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах (Томск 1993), Всесоюзной конференции молодых ученых "Актуальные

вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамике" (Новосибирск

1986), IX, X Всесоюзной конференции по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (Туапсе 1986, Томск 19S9), Бессоюзный симпозиум по фотохимическим процессам в земной атмосфере (Москва

1987), XV Всесоюзной конференции "Актуальные вопросы физики аэродисперсных сред" (Одесса 1989), XV International Laser Radar Conference (Томск 1990), Topical Meeting on Atmospheric Optic (Italy 1991),. Российской аэрозольной конференции (Москва 1993), I Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмо. феры и океана" (Томск 1994, 1995), Международный аэрозольный симпозиум (Москва 1995), SPfE International Conference (Orlando 1995), PIERS (Seattle 1995).

НА ЗАЩИТУ выносятся следующие положения:

1. Акустический метод, основанный на измерении импульса даанчшч в открытом объеме, генерируемого при изменении фазового состояния вещества капельного аэрозоля, помешенного в оптическое поле, аффективен для исследования процессов взрывного вскипания и разрушения частиц.

2. Пороги взрывного разрушения аэрозольных частиц, степень испарения и степень дробления частиц при взрыве существенно зависят от величины и скорости ввода лазерной энергии в вещество частиц.

3. Сигнал светорассеяния и акустический отклик, формируемые в условиях взрыва часгиц в аэрозольной среде при воздействии интенсивного лазерного излучения, позволяют определять характеристики аэрозоля и параметры воздействующего лазерного пучка.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Она изложена на ¡34 листах, включая 42 рисунка, 1 таблицу н библиографию, состоящею из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость темы исследований. Дан обзор состояния проблемы к моменту начала

работы нал диссертацией. Сформулирована цель работы и дана краткая характеристика диссертации.

Первая глава посвяшена описанию экспериментальной методики, позволяющей проводить исследования взрыва аэрозольных частиц в поле лазерного излучения, в соответствии с поставленными целями исследований. Обосновывается использование косвенных методов исследования - по измерениям оптических и акустических последствий взрыва - несущих в себе информацию о количественных зависимостях протекания исследуемых процессов от параметров среды и излучения.

В первом разделе сформулированы условия проведения экспериментов для случая малых однородно поглощающих частиц, позволяющие трактовать результаты измерений при работе с ансамблем частиц на основе описаний взрыва одной частицы. Описана методика восстановления основных характеристик процесса взрыва: времени взрыва степени испарения степени дробления 4. Показано, что размер конденсированной фракции продуктов взрыва гК1 а следовательно степень дробления (I = г«/^ может быть восстановлен по измерениям прозрачности аэрозольного слоя на двух длинах волн. Показано, что для случая малых частиц эволюция прозрачности аэрозоля на длине волны воздействующего излучения Я = 10,6 мкм, соответствующая изменению водности аэрозоля д при взрыве частиц, может быть использована для восстановления степени испарения частиц при их взрывном вскипании X - I - д/д^ Время взрыва /, может быть определено по началу резкого изменения прозрачности либо сигнала рассеянна в момент начала взрыва, либо по временной задержке начала формирования акустического сигнала.

Во втором разделе описана методика исследования сигнала рассеяния аэрозольным объемом в условиях взрывного вскипания частиц. Показано, что амплитудные искажения в сигнале рассеяния, принимаемого из зоны взаимодействия лазерного излучения с аэрозольными частицами, связаны в мерную очередь с изменением микроструктуры аэрозоля при его взрыве, что гииип.чяет, с одной стороны, использовать сигнал рассеяния доя

исследованга количественных характеристик процесса взрыва и разрушения частиц, а с другой - использовать полученные связи между амплитудными искажениями в сигнале рассеяния и параметрами исходного аэрозоля и воздействующего излучения для диагностики канала распространения мощных лазерных пучков.

В трех следующих разделах первой главы описана методика исследования акустического отклика на взаимодействия лазерного излучения с аэрозолем, как г замкнутой оптико-акустической ячейке, при тепловом механизме генерации акустического сигнала, так и в свободном пространстве, когда звуковое давление формируется за счет изменения плотности среды при фазовых переходах в веществе аэрозольных частиц. Показано, что акустический сигнал может служить дополнительным к оптическому каналом регистрации, что позволяет восполнить недостающую, в ряде случаев, информацию (например о концентрации рассеивающих центров в аэрозольном объеме, при его малой оптической толще). Для случая исследования одиночных частиц оптоакустический метод при значительно более простой экспериментальной методике, позволяет получать ту же информацию о процессе взрыва, что и прямые методы (фоторегистрация) - пороги взрыва и разрушения, времена процессов, н дополнительно к этому, за счет пропорциональности акустического давления изменению плотности среды, информацию о степени испарения частиц при взрыве.

Во второй главе представлены результаты исследования взрыва аэрозольных частиц оптическими методам». Для случая аэрозоля, состоящего из малых частиц обсуждаются полученные зависимости характеристик процесса взрыва от энергетических параметров лазерного излучения, инициирующего взрывное вскипание.

На Рнс.1 представлены полученные зависимости времени взрыва, степени испарения и размера осколков от параметра скорости нагрева /и ~ опЕ/1цСрР (глс «„ - объемный коэффициент поглощения вещества частицы, £ - платность энергии лазерного излучения, (и - длительность лазерного

импульса, р,ср - плотность и изобарная теплоемкость вещества частиц аэрозоля).

Дается физическая интерпретация полученных зависимостей. Представлены результаты, показывающие влияния размера частиц на условия распространения лазерного излучения видимого и инфракрасного диапазонов при взрывном вскипании капель в канале распространения.

скогость илгеш 1 ■ кг'. к/с скорость яигжм 1, ю'. к/с скоеосп, шггем кг', к/с

Рис.1 Зависимость степени взрывного испарения Хм (а), времени взрыва ^ (б), и эффективного размера конденсированной фракции продуктов взрыва гк (в) от скорости нагрева }„ для случая малых однородно поглощающих частиц го = 2,7 мкм.

Приводятся полученные данные об амплитудных искажениях в сигнале рассеяния, обусловленные фазовыми переходами вещества аэрозольных частиц при распространении лазерного излучения в жидкокапельной среде. Дается физическое обоснование полученных зависимостей сигнала нелинейного рассеяния от плотности энергии воздействующего импульса и начальной микроструктуры аэрозоля, исходя И ! условий протекания процесса взрыва.

На основе полученных результатов делается вывод о том, что дисперсность продуктов взрыва существенно зависит от скорости нагрева капли излучением. Установлены пороги взрыва и взрывного разрушения частиц различного размера, для реализованных в эксперименте условий

воздействия. Показывается возможность применения нелинейного рассеяния для диагностики структуры лазерных пучков повышенной интенсивности.

В третьей главе представлены результаты исследования оптоакустического эффекта при тепловом, испарительном и взрывном режимах формирования акустического сигнала от аэрозольных частиц.

Первый раздел посвящен исследованиям акустического сигнала, формируемого за счет теплового • расширения исследуемых газово-аэрозольных смесей, помещенных в замкнутую оптико-акустическую ячейку (спектрофон) и облученную лазерным излучением. Устанавливается и обсуждается различие формы акустического сигнала для случая газовой и газово-аэрозольной среды, заполняющих объем ячейки. Приводятся результаты определения аэрозольной составляющей коэффициента поглощения газово-аэрозольной среды и пороги насыщения поглощения при измерении сигнала для сильнопоглощающих газов.

Во втором разделе представлены результаты для случая формирования акустического сигнала в открытом объеме за счет реализации фазовых переходов в частицах аэрозоля различной микроструктуры Рис.2а. Представляются полученные зависимости пикового акустического давления от концентрации и размера частиц, а также от энергии воздействующего лазерного излучения. Делается вывод о смене режима формирования акустической волны при переходе от поверхностного испарения частиц к объемному взрыву, для случая малых частиц. Показывается, что при взрывном режиме эффективность преобразования поглощенной лазерной энергии в энергию звуковой волны уменьшается при увеличении размера частиц, что связано с различием в распределении поглощенной энергии по объему в малых и больших частицах.

В третьем разделе представлены результаты исследования акустического отклика при взрыве одиночных частиц рахчнчного размера Рис 26. Показывается для крупных частиц смена хода зависимости акустического давления от лазерной энергии также связана с переходом ег

поверхностного к объемному разрушению, что соответствует достижению энергетического порога полного разрушения частиц при взрыве. Приводятся величины порогов взрыва и разрушения частиц различного размера, измеренные акустическим методом.

Е, Дж/см2 Е,Дж/см2

Рис.2 Зависимость пикового давления Р в акустическом импульсе от плотности энергии импульса СОг-лазсра. а) - аэрозольная среда, = 3 мкс: 1-го - 2,7 мкм; 2 - гт = 10 мкм; 3 - гш = 20 мкм. б) - одиночные частицы, Ц = 0,4 мкс: 1 - Го = 15 мкм; 2 -49 мкм; 3-92 мкм; 4 - плоская поверхность.

Четвертая глава посвящена обобщению результатов, полученных оптическими и акустическим методами с целью построения моделей взаимодействия лазерного излучения с жидкокапельным аэрозолем, а также приложению полученных результатов к разработке на их основе новых методов зондирования параметров среды и излучения.

В первом разделе представлена полуэмпирическая модель взрыва малых однородно поглощающих частиц, построенная на основе полученных в работе экспериментальных данных о связи характеристик процесса взрыва с условиями воздействия.

Во втором разделе представлены энергетические пороги взрыва и разрушения частиц в широком диапазоне их размеров, полученные по результатам оптических и акустических измерений данной работы и из

1

15

анализа экспериментального материала, полученного к настоящему времени другими авторами Рис.3. Делается вывод о том, что порог разрушения зависит от длительности воздействующего лазерного импульса, то есть от скорости нагрева частиц лазерным излучением. Увеличение скорости нагрева приводит к снижению пороговой плотности энергии лазерного излучения, необходимой для полного разрушения частиц при взрыве. Представлены зависимости временных характеристик процессов взрыва и разрушения частиц от их размера и условий воздействия.

Я

I

о

I

о -1 ""Ч--—.......1-

А • 2

д -3

о -4 п. ■

♦ -5 а

■ -в а ,1 ■ 1

□ » -7 -а

• -9 о?*/ /

"

■

■ д ...... ......

I 10 . 100

радиус частиц г0, мкм

Рис.3 Зависимость порога взрыва Ещ, (темные точки,__) и порога разрушения

Е„р (светлые точки,---) от начального радиуса частиц го- 1 - непр. ихг; 2 - = 3

мкс; 3 - 0,08 мкс; 4 -,3 мкс; 5 - 0,4 мкс; 6 - 2 мкс; 7 - 0,4 мкс; 8 - 2,5 мкс; 9-10 мкс.

В третьем разделе представлены результаты восстановления объемной концентрации аэрозольных частиц, проведенного на основе использования нелинейного взаимодействия лазерного излучения с частицами аэрозоля, при помощи совместных оптических и акустических измерений.

В четвертом разделе представлены результаты восстановления энергетического профиля мощного лазерного пучка, проведенного с использоваинем полученных зависимостей нелинейных искажений в

сигнале рассеяния от энергетических параметров лазерного излучения и с привлечением метода реконструктивной вычислительной томографии.

В заключении сформулированы ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, полученные в диссертационной работе:

1. Разработана экспериментальная методика исследования взрыва малых однородно поглощающих частиц, основанная на измерениях оптических последствий взрыва частиц в канале распространения лазерного излучения, позволяющая однозначно интерпретировать результаты, полученные для ансамбля частиц на основе модельных представлений взрыва одной частицы. Выделен ряд основных параметров процесса взрыва - время взрыва, взрывная степень испарения, степень дробления при взрыве, и обоснована методика их определения из оптических измерений.

2. По результатам экспериментальных исследований изменения оптических характеристик аэрозоля, обусловленного взрывом частиц в поле лазерного излучения, впервые получены значения параметров процесса взрыва малых однородно поглощающих частиц: времени взрыва - /„, взрывной степени испарения - Хв, размер осколков - гА и их зависимости от величины поглощенной энергии.

3. Выделен ряд характерных уровней в нелинейном сигнале рассеяния, значения которых зависит от микроструктуры аэрозоля и плотности энергии воздействующего излучения и не зависит от исходной концентрации частиц. Из полученных зависимостей определен энергетический порог взрывного разрушения для аэрозольных частиц различного размера.

4. Проведены экспериментальные исследования поглощения оптического излучения ИК диапазона газово-аэрозольными смесями оптико-акустическим методам в замкнутой ячейке. Получены зависимости поглощательной способности газово-аэрозольных сред от интенсивности излучения. Для смсси с повышенным содержанием двуокиси углерода отмечено явление насыщения ОА сигнала, обусловленное насыщением поглощения в линиях, совпадающих с линиями генерации лазера. Отмечено изменение формы ОА сигнала при добавлении в исследуемую среду

твердого или жидкокапельного аэрозоля. Проведены измерен и коэффициента поглощения водного аэрозоля в газово-аэрозольных смесях.

5. Исследованы режимы генерации жидкокапельным аэрозоле?, различного типа под действием лазерного излучения в свободном объеме. Показано, что при одинаковой водности, но различной микроструктуре аэрозоля, наибольшая амплитуда акустического сигнала достигается в случае мелкодисперсного аэрозоля. Разница амплитуд уменьшается при увеличении воздействующей энергии лазерного излучения.

6. Исследован оптоакустический эффект для одиночных частиц различного размера. Измерена зависимость пикового давления п акустическом сигнале от радиуса частиц. Из акустических измерений определен энергетический порог взрывного разрушения частиц и его зависимость от размера капель.

7. На основе полученных экспериментальных данных построена полуэмпирическая модель взрыва малых частиц водного аэрозоля в поле лазерного импульса, устанавливающая количественную связь между основными факторами взрыва и разрушения частиц и параметром скорости закачки световой энергии в частицу.

8. Показано, что для частиц произвольного размера порог взрыва не зависит от размера частиц, в то время как порог полного разрушения частиц зависит не только от размера, но и от скорости нагрева частиц. Построена зависимость времени взрыва и разрушения аэрозольных частиц от их начального размера, а также зависимость времени взрыва от плотности энергии и длительности импульсов воздействующего излучения для различных размеров частиц.

9. На основе полученных зависимостей акустического и оптического отклика на взрыв частиц в световом поле от плотности энергии лазерного излучения и концентрации аэрозольных частиц предложен способ определения концентрации аэрозоля.

10. Предложен способ восстановления энергетического профиля лазерных

пучков повышенной интенсивности, основанный на измерении сигнала

нелинейного рассеяния от аэрозоля, помещенного в исследуемый пучок.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов А.М, и др. Микрофизические характеристики и оптические свойства малого объема водного аэрозоля в поле импульсного СОг-лазера.// В кн. III Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде. Обнинск. 1985. 4.IV, С.3-6.

2. Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов А.М. и др. Оптические последствия взрыва частиц водного аэрозоля под действием мощных импульсов СО^-лазера.// В кн. VifI Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения а атмосфере. Томск.: 1985. C.131-I33.

3. Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов А.М. и др. Взрыв капель водного аэрозоля в поле мощного COi-лазера при высоких скоростях энерговыделения.// В кн. VIII Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск.: 1985.

С. 134-140.

4. Гейнц Ю.Э., Кабанов А.М. Ударный режим вскипания малого объема жидкости в области спинодали в поле интенсивного лазерного излучения.// В кн. Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики. Новосибирск.: 1986. С.38-39.

5. Донченко В.А., Землянов A.A., Кабанов А.М. и др. Структура эхо-сигнала от водного аэрозоля, облученного мощным импульсом СО,-лазера.// В кн. IX Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Туапсе.: 1986. С.393-396.

6. Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов A.M. и др. Зондирование жидкокапельной среды в поле СО^-лазера.// В кн. IX

Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Туапсе.: 1986. С.397-402.

7. Агеев Б.П, Антипов А.Б., Кабанов AM. и др. Оптико-акустическая техника для исследования коэффициентов поглощения двухфазных газово-аэрозольных сред.// В кн. Всесоюзный симпозиум по фотохимическим процессам в земной атмосфере. Москва.: 1987. 111 с.

8. Бочкарев H.H., Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов А.М. Режимы генерации звука жидкокапельным аэрозолем различного типа под действием лазерного излучения.// Оптика атмосферы. 1988. Т.1. N.10. С.111-112.

9. Афонин М.А., Донченко В.А, Землянов A.A., Землянов Ал.А, Кабанов AM. Диагностика структуры интенсивного лазерного пучка методами РВТ.// Оптика атмосферы. 1988. Т.1. N.12. С.108-110.

10. Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов А.М., Погодаев ВА. Эффективность передачи интенсивного импульсного излучения СОг-лазера через жидкокапельные среды.// В кн. Нелинейная оптика и оптоакустика атмосферы. Томск.: 1988. С.66-76.

11. Ангелов М.П., Землянов Ал.А., Кабанов AM. Томографическая в дигностика аэрозолей в канале лазерного пучка.// В кн. XV

Всесоюзная конференция: Актуальные вопросы физики аэродисперсных-систем. Одесса.: 1989. Т.2. С.22-23.

12. A.c. 1501707 СССР. МКИ3 G01N21/39. Способ измерения показателя поглощения жидкокапелььного аэрозоля./ Гейнц Ю.Э., Землянов A.A., Кабанов A.M. и др. 1989.

13. Землянов АА., Кабанов AM., Мальцева Г.А., Панчснко М.В. Связь коэффициента обратного рассеяния дымки с относительной влажностью воздуха и химическим составом сухого остатка при нелинейном режиме взаимодействия с оптическим излучением.// В кн. X Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск.: 1989. 4.1. С.304-307.

14. Гейнц Ю.Э., Земляное АЛ., Кабанов А.М., Погодаев В.А. О коэффициенте передачи жидкокапельных сред для излучения импульсных С02-лазсров.// В кн. X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск.: 1989. С.126.

15. А.с.1672811 СССР, МКИ3 Q01N15/00. Способ Измерения объемной концентрации аэрозольных частиц./ Бочкарев Н.Н., Землянов А.А., Кабанов А.М. и др. 1991.

16. А.с. 1611066 СССР, МКИ3 GO IN 15/02. Способ определения параметров аэрозоля./ Землянов А.А., Кабанов A.M., Мальцева Г.А. и др. ¡990.

17. Ageev B.G., Zemlyanov А.А., Kabanov A.M., Ponomarev Yu.N. Absorption of Laser Radiation by Aerosol Particles in the Atmosphere of a Resonanse Absorpting Gas.// XV Interactional Laser Radar Conferense. Tomsk.: 1990. V.II. РЛ50..

18. Землянов A.A,, Кабанов A.M. Сигналы светорассеяния от модельного водного аэрозоля, подвергнутого действию импульсов интенсивного СОг-лазера.// В кн. X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 5991.

19. Zuev V.E., Geints Y.A., Zemlyanov А.А., Kabanov A.M. et.al. Thermal Nonlinear optics of Water Aerosols.// Topical Meeting on Atmospheric; Volume and Surface Scattering and Propagation. Florence, Italy.: 1991.

20. Землянов A.A., Кабанов A.M. Сигналы светорассеяния от модельного водного аэрозоля, при воздействии импульсов интенсивного излучения СО^-лазера.// Оптика атмосферы. 1991. Т.4. N.7. С.691-694.

2J. Агеев Б.Г., Землянов А.А., Кабанов А.М., Пономарев Ю.Н. Оптико-акустические исследования поглощательной способности газово-аэрозольных сред.// Оптика атмосферы 1992. Т.5. N.2. С. 138-142.

22. Армстронг Р.Л., Землянов А.А., Кабанов А.М. Генерация звука

одиночными каплями различных размеров под действием лазерного

излучения.// ХП Межреспубликанский симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах. Томск.: 1993. С.73.

23. Бочкарев Н.Н., Земляков А.А., Кабанов А.М. Исследование амплитудных и временных характеристик акустического отклика от взрывающихся аэрозольных частиц. //В кн. Российская аэрозольная конференция. Москва.: 1993.

24. Зуев В.Е., Земляков А.Л, Кабанов А.М. и др. Тепловая нелинейная оптика водных аэрозолей.// Российская аэрозольная конференция. Москва.: 1993.

25. Бочкарев Н.Н., Земляков А.А., Кабанов А.М. Акустический отклик взрывного вскипания аэрозольных частиц при воздействии импульсным лазерным излучением.// Деп. в ВИНИТИ. 29.11.93. N.2889-1393.

26. Бочкарев Н.Н., Земляное À.A., Кабанов А.М., Погодаев В.А. // Материалы I Межреспубликанский симпозиума по оптике атмосферы и океана. Томск.: 1994. ЧД. C.208-2Q9,

27. Армстронг Р.Л., Земляное А.А., Кабанов А.М. Экспериментальное исследование ахустического отклика от одиночных аэрозольных частиц в интенсивном световом поле.// Оптика атмосферы и океана. 1994. Т.7. N.9. С. 1236-1240.

28ч Бочкарев Н.Н., Кабанов А.М-, Погодаев В.А. Временные

характеристики акустического сигнала, генерируемого малым объемом жидкости в мощном световом поле.// Оптика атмосферы и океана. 1994. Т.7. N.9. С. 1233-1235.

29. Землянов А.А., Кабанов А.М. Энергетические пороги и временные характеристики взрывного вскипания и разрушении аэрозольных частиц в поле излучения СО; - лазера. // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т.8. N8. (в печати).

30. Armstrong R.L., Zemlyanov А.А., Kabanov А.М. Investigation of droplet explosive evaporation and destruction by intensive laser radiation:

»

acoustic measurement.// SPIE's Int. Symp. on Atmospheric Propogation and Remote Sensing. Orlando, USA, 1995.' 3!. Земляное A.A., Кабанов A.M. Пороги разрушения частиц водного

аэрозоля при их взрывном вскипании в поле излучения СОг-лазера.// Междунар. аэрозольный симп., Москва, 1995.

32. Земляное АЛ., Кабанов A.M. Пороги взрывного вскипания и разрушения частиц водного аэрозоля в поле излучения СОг-лазера.// II Межреспуликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Томск, 1995, с.171-172. '

33. Geints Yu.E., Kabanov А.М., Pogodaev V.A., Zemlyanov A.A. Nonlinear propogation of liigh intensitive pulse radiation along the atmospherical graund paths. // Progress in Electromagnetics Researh Symposium. Seattle, 1995, C.537.