Загрузил sunny.bobrov

vzaimodeystvie-lazernogo-izlucheniya-s-tverd-mi-materialami

Реклама
гидроксидов, а участвуют в комплексообразовании с электронодонорными атомами аминокислоты. Кроме того, плавное увеличение
рН способствует медленному осаждению соединения, что приводит
к хорошему качеству кристаллов.
Для ряда металлокомплексов коразола с аминокислотами была
оценены АО свойства в опытах по гашению хемилюминисценции и
экспериментах по изучению СОД подобной активности: способности
препаратов катализировать реакцию:
2О2.- + 2Н+ = Н2О2 +О2,
либо иным способом удалять из системы супероксидный анионрадикал, названа СОД-подобной активностью, так как эта реакция
in vivo катализируется особым ферментом – супероксиддисмутазой
(СОД).
Исследования на двух тест-моделях показали, что металлокомплекс 8 не обладает АО активностью.
При изучении СОД-подобной активности соли 9 было обнаружено, что комплекс обладает некоторой специфической СОД-подобной
АО активностью. По-видимому, удаление O2▪− зависит от наличия иона
меди, который восстанавливается следующим образом:
Cu2+ + O2▪−→ Cu+ + O2.
Такой эффект не является неожиданным, так как атом меди
входит в состав активного центра супероксиддисмутазы.
Биологическую активность других синтезированных металлокомплексов коразола с аминокислотами предполагается изучить в
ближайшее время. На основании анализа полученных результатов
можно заключить, что комплексообразование изменяет физиологическое действие лиганда на организм теплокровных, а АО активность комплексов нуждается в дальнейшем изучении с
привлечением максимально большого числа тест-моделей.
М.А. Илюшин, А.В. Смирнов,
А.М. Судариков, И.В. Целинский
Взаимодействие лазерного излучения с твердыми материалами
Впервые явление взаимодействия когерентного излучения с
энергетическими материалами было опубликовано в 60-х гг. ХХ в.
Примерно в то же время были взяты первые патенты на конструкции и использование оптических средств инициирования, показана
их повышенная устойчивость к несанкционированному срабатыванию от ложного инициирующего импульса по сравнению с электрическими средствами взрывания.
314
Понимание возможностей и ограничений лазерной техники требует знания физических явлений, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с веществом. Лазерный луч, попадая на
поверхность вещества, частично отражается от поверхности образца, преломляется веществом и при этом частично им поглощается,
а частично рассеивается внутри образца. Часть излучения проходит
сквозь вещество (см. рис. 1.) [N.B. Dabtore, S.P.Harimkar. Laser Fabrication and Machining of Materials. Ch. 2. Laser Materials Interactions.
Springier, 2008. P. 34–65].
Рис. 1. Возможные направления взаимодействия лазерного излучения
с веществом (Incident Beam – падающий луч, Reflection – отражение,
Material – вещество (материал), Absorption – поглощение,
Scattering – рассеивание, Transmission – пропускание)
Важнейшим процессом, происходящим при экспозиции вещества лазерным излучением является поглощение электромагнитной
энергии. Поглощение лазерной энергии веществом приводит к различным физическим эффектам: нагреванию мишени, плавлению
приповерхностного слоя вещества, испарению части вещества с поверхности образца, ионизации испаренного вещества и образованию плазмы. В результате на поверхности мишени может
образоваться кратер (см. рис. 2.). Проявление этих эффектов зависит от характеристик лазерного излучения (интенсивности и времени импульса) и термо-физических свойств материала мишени.
315
Рис. 2. Различные результаты взаимодействия лазерного излучения
с веществом: a – нагревание, b – плавление приповерхностного слоя вещества,
c –испарение вещества с поверхности образца, d – образование плазмы,
е – кратерообразование (Laser beam – луч лазера;
Heat conduction – теплопроводность)
Лазерное излучение представляет собой электромагнитную
волну, в которой взаимодействуют векторы электрического (Е) и
магнитного (R) полей. Излучение может взаимодействовать только с
электронами атомов веществ, так как значительно более тяжелые
ядра атомов не в состоянии успеть за высокочастотным лазерным
излучением. Когда электромагнитное излучение проходит через
электрон, оно оказывает на него воздействие и вовлекает в движение силой своего электрического поля. Сила воздействия может
быть описана уравнением:
где,  – скорость электрона, с – скорость света. Если считать, что
E = H, тогда, согласно приведенному выражению, воздействие на
электрон магнитного поля будет составлять /с часть воздействия
электрического поля. Поглощение лазерного излучения приводит к
316
росту кинетической энергии свободных электронов и повышению экситонной энергии связанных электронов. Результатом является выделение тепла. Поглощение лазерной энергии веществом
описывается законом Бугера-Ламберта-Бэра:
где, I0 – интенсивность исходного луча, Iz – интенсивность луча в
направлении оси Z,  – коэффициент поглощения. Следовательно,
интенсивность лазерного излучения уменьшается внутри вещества.
Расстояние, на котором происходит поглощение энергии лазерного
луча, зависит от коэффициента поглощения:
Для сильно поглощающих инертных веществ и материалов
(например, металлов) коэффициент  находится в пределах
105 – 106 см–1. Расстояние, на котором поглощается энергия лазерного излучения составляет 10-5 – 10-6 см. Для непрозрачных материалов поглощающая способность (A) может быть определена из
выражения:
где R – отражающая способность вещества. Отражающую и поглощающую способности материала можно рассчитать из оптических
констант или из комплексного показателя преломления (nc) согласно
выражению:
где n и k показатель преломления и коэффициент экстинции, соответственно. Значения этих констант в значительной степени зависят
от длины волны лазера и температуры мишени. Отражающая способность вещества по отношению к нормальному излучению может
быть вычислена из уравнения:
Следовательно, как отражающая, так и поглощающая способности вещества зависят от длины волны лазера и температуры материала.
У энергонасыщенных веществ поглощение лазерного излучения
носит нелинейный характер. Изменение n и k во время экспозиции
часто приводит к оптическому пробою вещества и возникновению
очага воспламенения. Подробно изучен процесс возникновения и
распространения пламени при облучении светочувствительного
энергонасыщенного материала на примере пленочного состава, со317
стоящего из 2,4-динитродиазофенола – 90 % (размер частиц около
1 мкм) и триацетата целлюлозы – 10 % (связующее) (см. рис. 3.)
[Y. Utsunomiya etc. Combustion characteristics of reactive thin film ignited by pulse laser ablation// Proc.35th Int. Pyrotech. Semin. Fort Collins.
Colorado. USA. July 13–18. 2008. P. 423–428].
1
O2N
2
O N\
N
3
7
6
5
C 6H 7O 2(OC-CH 3)3
||
O
4
NO 2
2,4-динитродиазафенол (ДАДНФ)
Триацетат целюлозы (ТАЦ)
(а)
(b)
(c)
(d)
Рис. 3. Высокоскоростная фотография развития процесса горения пленочного
заряда состава ДАДНФ/ТАЦ (толщина пленки 250 мкм, энергия лазерного луча
импульсного неодимового лазера 15 Дж/см2, время импульса 10 нс) Время
съемки каждого кадра с момента лазерного облучения: (a) - 5 мкс, (b) – 100 мкс,
(c) – 100 мкс, (d) – 100 мс. (Laser – лазер, Shock wave – ударная волна, Fragment – фрагмент, осколок, High temperature atmosphere – высокотемпературный
газ, Reacting Fragment – реагирующий фрагмент, Ignition of thin film – воспламенение пленочного заряда)
Из рис. 3. видно, что действие лазерного луча на мишень приводит к отколу от поверхности образца как массивных фрагментов,
так и маленьких частиц (а). Одновременно образуется воздушная
318
ударная волна, распространяющаяся навстречу лазерному лучу.
Явление откола фрагментов мишени и их движение в направлении
распространения ударной волны произошло благодаря тому, что
образец имел слоистую структуру и слои состава между собой были
связаны недостаточно прочно. Кадры (b) и (с) получены независимо
друг от друга. Они демонстрируют движение потоков, образовавшихся при движении горящих частиц. Самым неожиданным оказался тот факт, что время воспламенения поверхности мишени
значительно отстает от времени загорания фрагментов (d). На
рис. 4. приведена экспериментальная зависимость изменения скорости фронта горения при изменении толщины пленочного заряда.
Рис. 4. Зависимость скорости фронта горения от толщины пленочного заряда.
(Film thickness - толщина пленки, мкм, Velocity of Reaction Front – скорость
фронта горения, м/с; DDNP:CTA – ДАДНФ:ТАЦ; DDNP:NC – ДАДНФ:нитролак)
Из рис. 4. следует, что с увеличением толщины пленки, увеличивается скорость фронта горения в к-фазе. Вероятной причиной
данного факта является увеличение количества горящих фрагментов при увеличении толщины пленки, а также рост тепловой энергии, передаваемой от горящих фрагментов поверхности пленки.
Следовательно, горящие вблизи поверхности пленки фрагменты в
значительной степени определяют параметры фронта горения
пленки.
Таким образом, зажигание ДАДНФ:ТАЦ пленки моноимпульсом
неодимового лазера представляет собой трехстадийный процесс.
1. На первой стадии поглощенная лазерная энергия индуцирует
образование ударной воздушной волны и фрагментацию части поверхностного слоя ДАДНФ. Время первой стадии не превышает нескольких десятков микросекунд.
319
2. На второй стадии эжектированные частицы ДАДНФ горят с
выделением света и тепла. Время второй стадии несколько сотен
микросекунд.
3. Через 5–7 мс после воздействия на мишень лазерного моноимпульса происходит зажигание поверхности пленочного заряда
тепловым потоком от сгоревших фрагментов ДАДНФ.
Изучение влияния содержания ДАДНФ в составе и энергии лазерного луча на порог зажигания пленочного заряда показало, что:
1) чувствительность состава к зажиганию падает с уменьшением энергии луча и снижением доли ВВ в составе;
2) чувствительность пленки к воспламенению зависит от
направления лазерного луча и технологии приготовления заряда.
Следовательно, воздействие лазерного излучения на энергонасыщенные материалы значительно сложнее, чем на инертные вещества,
и
нуждается
в
дальнейшем
исследовании
с
использованием последних достижений современной техники.
М.А. Илюшин, А.В. Смирнов,
А.М. Судариков, И.В. Целинский, И.В. Шугалей
«Зеленые» энергонасыщенные вещества для промышленных
средств инициирования. Состояние и перспективы развития
К энергонасыщенным веществам и материалам относят пороха,
ракетные топлива, взрывчатые вещества (ВВ) и пиротехнические
составы. ВВ в свою очередь обычно делят на бризантные ВВ (БВВ)
и инициирующие ВВ (ИВВ). Бризантные ВВ нашли широкое и разнообразное применение в технике и народном хозяйстве в качестве
мощных и компактных источников энергии. Примером бризантных
ВВ являются такие известные энергонасыщенные соединения, как
тротил, тетрил, гексоген, ТЭН, октоген.
CH3
O2N
CH3
O2N
NO2
N
NO2
NO2
NO2
2,4,6-Тринитрофенил-Nметилнитроамин, тетрил
NO2
2,4,6-Тринитротолуол, тротил
320
Скачать