Динамика превращения частицы углерода на кварцевой подложке в лазерном поле

Адаменков Ю.А., Буйко С.А., Кудряшов Е.А., Мазанов В.А., Макейкин Е.Н., Маркин С.В., Мелехин А.С., Рогачев В.Г., Сиренко А.В., Тимаев Д.С.

Полный текст «Оптического журнала»

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Адаменков Ю.А., Буйко С.А., Кудряшов Е.А., Мазанов В.А., Макейкин Е.Н., Маркин С.В., Мелехин А.С., Рогачев В.Г., Сиренко А.В., Тимаев Д.С. Динамика превращения частицы углерода на кварцевой подложке в лазерном поле // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 3. С. 22–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-03-22-31

Adamenkov Yu.A., Buyko S.A., Kudryashov E.A., Mazanov V.A., Makeykin E.N., Markin S.V., Melekhin A.S., Rogachev V.G., Sirenko A.V., Timaev D.S. Transformation dynamics of a carbon particle on a quartz substrate in a laser field [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2019. V. 86. № 3. P. 22–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-03-22-31

Ссылка на англоязычную версию:

Yu. A. Adamenkov, S. A. Buĭko, E. A. Kudryashov, V. A. Mazanov, E. N. Makeĭkin, S. V. Markin, A. S. Melekhin, V. G. Rogachev, A. V. Sirenko, and D. S. Timaev, "Transformation dynamics of a carbon particle on a quartz substrate in a laser field," Journal of Optical Technology. 86(3), 144-152 (2019). https://doi.org/10.1364/JOT.86.000144

Аннотация:

Приведены результаты расчетноэкспериментальных 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

Список источников:

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 s ilica 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.