к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Лучевая прочность

Лучевая прочность - способность среди или элемента силовой оптики сопротивляться необратимому изменению оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптич. излучения (напр., излучения лазера). Л. п. при многократном воздействии часто наз. лучевой стойкостью. Л. п. определяет верх. значение предела работоспособности элемента силовой оптики. Понятие Л. п. возникло одновременно с появлением мощных твердотельных лазеров, фокусировка излучения к-рых в объём или на поверхность среды приводила к её оптическому пробою. Л. п. численно характеризуется порогом разрушения (порогом пробоя) qх - плотностью потока оптич. Излучения, начиная с к-рой в объёме вещества или на его поверхности наступают необратимые изменения в результате выделения энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока, обусловленного многофотонным поглощением, ударной ионизацией или возникновением тепловой неустойчивости. Первые два механизма реализуются в прозрачных средах, лишённых любого вида поглощающих неоднородностей, а также при микронных размерах фокальных пятен или предельно малых длительностях импульсов излучения. При этом Л. п. достигает очень больших значений ~1010-1013 Вт/см2. При значит. размерах облучаемой области оптич. пробой обусловлен тепловой неустойчивостью среды, содержащей линейно или нелинейно поглощающие неоднородности (ПН) субмикронных размеров. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом ПН. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных электронов, а в широкозонных диэлектриках происходит термич. разложение вещества. Распространяющаяся по веществу волна поглощения, инициированная неоднородностью, приводит к быстрому росту размеров поглощающего дефекта до критич. величины, при к-рой образуются макроскопич. трещины. Тепловая неустойчивость в реальных оптич. средах в широких световых пучках возникает при энергетич. освещённости в пределах 106-107 Вт/см2 для импульсов длительностью больше 10-5 с. С уменьшением длительности импульса Л. п. возрастает вследствие нестационарности нагрева неоднородностей. Л. п. резко увеличивается при уменьшении размеров облучаемой области из-за уменьшения вероятности попадания ПН в световой пучок (рис. 1). При диаметрах светового пятна больше 1 мм Л. п. обычно выходит на пост. уровень. В любых режимах воздействия лазерного излучения на среду Л. п. зависит от энергии связи ширины запрещённой зоны) кристаллов и степени связности полимерного каркаса стёкол (рис. 2). Порог разрушения среды с температурной зависимостью коэф. поглощения вида2556-1.jpg определяется по ф-ле

2556-2.jpg

где R - размер неоднородности, 2556-3.jpg - поглоща-тельная способность неоднородности, 2556-4.jpg- теплопроводность матрицы, Tх - характерная для конкретного материала темп-pa. Так, напр., для полупроводников, прозрачных в ИК-области спектра,2556-8.jpg , а Т* равна половине ширины запрещённой зоны, выраженной в градусах. Для диэлектриков, прозрачных в видимой области, 2556-9.jpgи Т* - формальные параметры, описывающие температурный рост поглощения за счёт термич. разложения материала. Измеренные значения Tx и 2556-10.jpg для нек-рых материалов приведены в таблице. Разрушение материалов, содержащих поглощающие технол. дефекты микронных размеров, не связано со стадией тепловой неустойчивости, а обусловлено возникновением трещин за счёт термона-пряжений в окрестности дефекта. Л. п. таких материалов составляет 103-106 Вт/см2. Поскольку Л. п. зависит от размера ПН, она перестаёт быть определ. величиной, если в среде содержатся ПН разного размера, и характеризуется вероятностью пробоя в данных условиях (рис. 3). Для матем. описания пробоя в этом случае используют статистич. методы. Л. п. элементов силовой оптики из металлов также ограничивается присутствием ПН, инициирующих локальное плавление и испарение поверхности. С наличием неоднородности часто связано возбуждение поверхностных электромагнитных волн и локализованных плазмонов, вследствие чего падает коэффициент отражения металла и резко возрастает скорость нагрева поверхности.

2555-124.jpg

Рис. 1. Изменение порога пробоя поверхности стекла К8 в зависимости от размеров облучаемого пятна d при трёх длительностях импульса неодимового лазера.

2556-5.jpg

Рис. 2. Относительный порог разрушения щёлочно-галоидных кристаллов и стёкол в зависимости от энергии связи U кристаллической решётки и степени связности крем-некислородного каркаса f: а - импульс длительностью 30 пкс, d=6,6 MKM, фокусировка в объём; б - импульс длительностью 2556-6.jpg с, d=300 MKM, фокусировка в объём (1) и импульс длительностью 2556-7.jpg, d=300 мкм, фокусировка на поверхность (2).

2556-12.jpg

Рис. 3. Вероятность оптического пробоя поверхности стекла К8 в зависимости от плотности светового потока при различных площадях пятен S: 1 - S=l,8 мм2; 2 - 7,3 мм2; 3 - 30 мм2; 4 - 120 (130) мм2.


Стекло К 8

Плавленый кварц

Двуокись титана

тх, к

38*103

72*103

14,5*103

2556-11.jpg , см-1

1010

4*1011

3*107

Температурный интервал, °С

1500 - 1700

2400-2600

1200-1800


Литература по лучевой прочности

  1. Данилейко Ю. К. и др., Поверхностное разрушение кристаллов, рубина лазерным излучением, "ЖЭТФ", 1970, т. 58, с. 31;
  2. Алешин И. В. и др., Оптический пробой прозрачных сред, содержащих микронеоднородности, "ЖЭТФ", 1976, т. 70, с. 1214;
  3. Либенеон М. Н., Плазменно-химическая модель оптического пробоя прозрачных диэлектриков, "Письма в ЖТФ", 1977, т. 3, с. 446;
  4. Бессараб А. В. и др., Статистические закономерности поверхностного разрушения оптического стекла под действием широких пучков лазерного излучения, "Квантовая электроника", 1977, т. 4, № 2, с. 328;
  5. Глебов Л. Б. и др., Новые представления о собственном оптическом пробое прозрачных диэлектриков, "ДАН СССР", 1986, т. 287, №5, с. 1114.

Я. А. Имас

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution