Ученые создали метод измерения температуры лазерной плазмы с помощью формулы, связывающей температуру с ее свечением. Это позволило создать детальную карту распределения температуры в плазменном облаке. Разработка улучшит технологии использования плазмы, включая анализ химического состава веществ и моделирование движения метеоритов в атмосфере.
Лазерная плазма – это ионизированный газ, возникающий при воздействии мощного лазера на вещество (металл, жидкость или газ). Она используется для определения состава веществ, обработки материалов и моделирования вхождения метеоритов в атмосферу. Однако изучение плазмы затруднено из-за ее кратковременного существования и постоянных изменений, что делает теоретическое описание процессов сложным.
Ученые МГУ разработали метод флуоресцентной термометрии для оценки температуры в разных точках факела лазерной плазмы, адаптировав метод лазерно-индуцированной флуоресценции. Лазерный свет возбуждает частицы в пламени, вызывая их свечение. По интенсивности свечения определяют температуру, так как она зависит от энергии электронов и атомов.
Физики изучили формирование плазмы при лазерном облучении чистого титана, измеряя температуру по выбитым атомам. Они разработали две схемы флуоресценции, отображающие маршруты переходов электронов между энергетическими уровнями. Это позволило получить более точные результаты, чем при использовании одной схемы. Эксперимент включал создание плазмы лазером и точечное возбуждение атомов вторым лазером, что вызвало их флуоресценцию, фиксируемую оптическими приборами.
Регистрируя таким образом свечение из разных точек плазменного облака, ученые смогли построить подробные карты интенсивности флуоресценции для обеих схем. Чтобы получить итоговую карту распределения температуры, авторы скомбинировали эти данные по специально выведенной формуле.
Оказалось, что центральная зона плазменного облака с температурой около 3700 °C окружена более горячей периферией, нагретой до 5700-7700 °C. Ученые объясняют наличие горячей зоны распространением ударной волны, которая нагревает вещество на границе расширяющегося плазменного облака.
«Предложенный подход открывает путь к более точной диагностике плазменных процессов – от лабораторных экспериментов до исследований атмосферы и космических явлений. В дальнейшем мы планируем автоматизировать измерения, чтобы добиться большей детализации при сканировании плазмы, а также попробовать применить нашу методику к другим плазменным источникам», – рассказал участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Тимур Лабутин, кандидат химических наук, доцент кафедры лазерной химии МГУ им. М.В. Ломоносова.
Источник: atomic-energy.ru
распечатать статью
