Динамика термофизических параметров абляционных факелов серебра при атмосферном давлении

  • Константин Владимирович Козадаев Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-6263-8024

Аннотация

Описан подход к моделированию термодинамических параметров пара в абляционном факеле серебра, распространяющемся при атмосферном давлении. Предлагаемая полуэмпирическая модель основана на модификации модели Анисимова – Лукьянчука с учетом теории динамической конденсации Зельдовича – Райзера. Процесс динамической конденсации сферических (или полусферических) абляционных факелов можно графически представить как прохождение в расширяющемся пароплазменном облаке от периферии к центру трех пространственных концентрических сферических волн. Это волна «насыщения» (соответствующая моменту пересечения пуассоновской адиабаты с адиабатой насыщения на фазовой диаграмме состояний пара), волна «впрыскивания» зародышей будущих капель (момент наибольшего переохлаждения пара в факеле) и волна «закалки» (стабилизация степени конденсации пара в факеле). Благодаря модификации ряда оснований модели Анисимова – Лукьянчука удалось предложить адекватное описание термодинамических процессов, протекающих при нормальном атмосферном давлении.

Биография автора

Константин Владимирович Козадаев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; проректор по учебной работе и интернационализации образования.

Литература

  1. Stafe M, Marcu A, Puscas NN. Pulsed laser ablation of solids. Berlin: Springer Verlag Berlin Heidelberg; 2014. 233 p. (Springer Series in Surface Sciences; volume 53).
  2. Anisimov SI, Khohlov VA. Instabilities in laser-matter interaction. Boca Raton: CRC Press; 1995. 143 p.
  3. Goncharov VK, Kozadaev KV, Puzyrev MV, Stetsik VM. Dynamics of parameters of an erosion torch formed under the action of submicrosecond laser radiation on a zinc target. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2009;82(4):630–634. DOI:10.1007/s10891-009-0243-4.
  4. Anisimov SI, Luk’yanchuk BS. Selected problems of laser ablation theory. Physics-Uspekhi. 2002;45(3):293–324. DOI:10.1070/PU2002v045n03ABEH000966.
  5. Luk’yanchuk BS, Marine W, Anisimov SI. Condensation of vapor and nanoclusters formation within the vapor plume produced by ns-laser ablation of Si. Laser Physics. 1998;8(1/12):291–302.
  6. Kuwata M, Luk’yanchuk B, Yabe T. Nanoclusters formation within the vapor plume, produced by ns-laser ablation: Effect of the initial density and pressure distributions. Proceedings of SPIE. 2000;4065:441–451. DOI: 10.1117/12.407397.
  7. Arnold ND, Luk’yanchuk BS, Bityurin NM, Baeuerle D. Modeling of nanosecond-laser ablation: calculations based on a non-stationary averaging technique (spatial moments). Proceedings of SPIE. 1998;3343:484–504. DOI: 10.1117/12.321526.
  8. Luk’yanchuk BS, Marine W, Anisimov SI, Simakina GA. Condensation of vapor and nanoclusters formation within the vapor plume, produced by ns-laser ablation of Si, Ge and C. Proceedings of SPIE. 1999;3618:434–452. DOI: 10.1117/12.352703.
  9. Zel’dovich YaB, Raizer YuP. Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. New York: Academic Press; 1967. 505 p.
  10. Marine W, Luk’yanchuk B, Sentis M. Silicon nanocluster synthesis by conventional laser ablation. Vide: Science, Technique et Applications. 1998;288:440–446.
  11. Kozadaev KV. Possibility of applying a hydrodynamics model to describe the laser erosion of metals irradiated by high-intensity nanosecond pulses. Quantum Electronics. 2014;44(4):325–329. DOI: 10.1070/QE2014v044n04ABEH015345.
  12. Kozadaev KV. Condensation of ablation plumes in the irradiation of metals by high-intensity nanosecond laser pulses at atmospheric pressure. Quantum Electronics. 2016;46(1):16–22. DOI: 10.1070/QE2016v046n01ABEH015801.
  13. Goncharov VK, Kozadaev KV, Makarov VV, Shchegrikovich DV. Occurrence of erosion processes in the near-surface region of metals exposed to intense nanosecond laser pulses. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2013;86(4):798–804. DOI:10.1007/s10891-013-0897-9.
  14. Gus’kov KS, Gus’kov SYu. Efficiency of ablation loading and the limiting destruction depth of material irradiated by a high-power laser pulse. Quantum Electronics. 2001;31(4):305–310. DOI: 10.1070/QE2001v031n04ABEH001940.
  15. Sedov LI. Similarity and dimensional methods in mechanics. New York: Academic Press; 1959. 440 p.
  16. Goncharov VK, Kozadaev KV, Shchegrikovich DV. Laser synthesis of optical media with silver nanoparticles by nanosecond pulses at air. Optical memory & Neural Networks (Information Optics). 2011;20(4):255–259. DOI: 10.3103/S1060992X11040023.
  17. Goncharov VK, Kozadaev KV, Shchegrikovich DV. Laser synthesis and investigation of the spectral-morphological characteristics of aqueous colloids of noble metals (Ag, Au, Pt). Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2012;85(4):788–793. DOI: 10.1007/s10891-012-0715-9.
  18. Mikitchuk AP, Kozadaev KV. Simulation of the electromagnetic properties of silver nanostructures on the solid substrate in the air atmosphere. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2017;1:100–107. Russian.
Опубликован
2020-06-01
Ключевые слова: абляционный факел, теория Зельдовича – Райзера, динамическая конденсация, наночастицы металлов
Как цитировать
Козадаев, К. В. (2020). Динамика термофизических параметров абляционных факелов серебра при атмосферном давлении. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 4-9. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-2-4-9
Раздел
Наноматериалы и нанотехнологии