© 2019 г. Ю. А. Адаменков; С. А. Буйко, канд. физ.-мат. наук; Е. А. Кудряшов; В. А. Мазанов, канд. физ.-мат. наук; Е. Н. Макейкин; С. В. Маркин; А. С. Мелехин; В. Г. Рогачев, доктор физ.-мат. наук; А. В. Сиренко, канд. физ.-мат. наук; Д. С. Тимаев
Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, г. Саров Нижегородской обл.
E-mail: oefimova@otd13.vniief.ru
УДК 536.49 + 519.673
Поступила в редакцию 06.08.2018
DOI:10.17586/1023-5086-2019-86-03-22-31
Приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований лазерного нагрева частиц углерода (графита) размером порядка 500 мкм, расположенных на кварцевой подложке в инертных средах азота и аргона в диапазоне интенсивностей лазерного излучения от 0,35 до 3,5 кВт/см2. Экспериментально измерена температура частиц в поле воздействия лазерного излучения. Показано, что нагрев частиц углерода приводит к повреждению поверхности кварцевой подложки практически по всей зоне лазерного пятна с образованием кратера, центр которого совпадает с центром частицы. С использованием, разработанного в РФЯЦ — ВНИИЭФ программного комплекса «ЛОГОС» проведено численное моделирование процесса взаимодействия лазерного излучения с частицей углерода (графита), находящейся на подложке из кварца. Полученные результаты указывают на наличие химической реакции между углеродом и кварцем с возможным образованием слоя карбида кремния на поверхности подложки.
Ключевые слова: лазерное излучение, поглощение излучения, нагрев, частица углерода, повреждение поверхности подложки.
Коды OCIS: 140.6810, 140.3450, 160.4670
Литература
1. Букатый В.И., Суторихин И.А., Шайдук А.М. Исследование динамики горения углеродной частицы в поле излучения CO2 лазера // Физика горения и взрыва. 1983. Т. 19. С. 73–78.
2. Букатый В.И., Сагалаков А.М., Тельнихин А.А. Горение углеродных частиц в мощном оптическом поле // Физика горения и взрыва. 1979. Т. 15. С. 46–50.
3. Букатый В.И., Суторихин И.А., Шайдук А.М. Температура поверхности углеродных частиц в поле мощного лазерного излучения // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 24. № 5. С. 1004–1007.
4. Букатый В.И., Жданов Е.П., Шайдук А.М. О горении аэрозольных частиц в поле электромагнитного излучения // Физика горения и взрыва. 1982. Т. 18. № 3. С. 56–59.
5. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Гулеватая О.Н. Высокотемпературный тепломассообмен нагреваемой лазерным излучением углеродной частицы с учетом стефановского течения на ее поверхности // в сб. Физика аэродисперсных систем / Одесса: изд. Астропринт, 2001. С. 158–168.
6. Brown A., Oglosa A., Taylor L. Continuous-wave laser damage and conditioning of particle contaminated optics // Appl. Opt. 2015. V. 54. № 16. P. 5216–5222.
7. Brown A., Oglosa A., Olson K. Continuous-wave laser particle conditioning: thresholds and time scales // Optics & Laser Technol. 2017. V. 89. P. 27–30.
8. Мазанов В.А., Макейкин Е.Н., Русин С.А. и др. Многоканальная спектрально-пирометрическая методика определения яркостной температуры поверхности тел // V Всерос. школа для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям. Саров: изд. РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. С. 211–218.
9. Мазанов В.А., Макейкин Е.Н., Маркин С.В. и др. Взаимодействие излучения ХКИЛ с углеродными материалами // V Всерос. школа для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям. Саров: изд. РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. С. 218–226.
10. Свет Д.Я. Объективные методы высокотемпературной пирометрии при непрерывном спектре излучения. М.: «Наука», 1968. 385 с.
11. Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. М.: «Наука», 1964. 223 с.
12. Klinger N., Strauss E.L., Komarek K.L. Reactions between silica and graphite // J. Amer. Ceram. Soc. 1966. V. 49. P. 369–374.
13. Глинка Р.Л. Общая химия. М.: Химия, 1976. 711 с.
14. Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Майский С.М. и др. Таблицы спектральных линий. М.: «Наука», 1977. 798 с.
15. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. Физические величины. Справочник / под ред. Кутателадзе С.С. М.: Энергоиздат, 1991. 1232 с.
16. Пакет программ «ЛОГОС», версия 5. Свидетельство №2017612306 от 20.02.2017.
17. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Государственное энергетическое изд., 1958. С. 320–340.
18. Kahar S.M., Voon C.H., Lee C.C. Synthesis of SiC nanowhiskers from graphite and silica by microwave heating // Materials Science-Poland. 2016. V. 34(4). P. 770–779.
19. Vix-Guterl C., Alix I., Ehrburger P. Synthesis of tubular silicon carbide (SiC) from a carbon-silica material by using a reactive replica technique mechanism of formation of SiC // Acta Materialia. 2004. V. 52. P. 1639–1651.
20. Магунов А.Н. Спектральная пирометрия. М., 2009. 386 с.
21. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: «Мир», 1975. 934 с.
Полный текст
