Дифракція лазерного випромінювання на мікрокраплях води

Експериментальне обладнання для дослідження дифракції лазерного випромінювання на мікрокраплях води

Дослідження дифракції лазерного випромінювання на мікрокраплях води проводили відповідно до схеми, наведеної на Рис. 1. Осередок встановлювали в тримачі перпендикулярно зовнішньою поверхнею сапфірового вікна до лазерного променя на відстані від вихідного вікна лазера не менше 0,5 м. Екран був віддалений від комірки на відстань L=3.3 м. По периметру екрана були розташовані дві взаємно перпендикулярні лінійки з поділками 0,5 см, призначені для визначення розмірів елементів дифракційної картини.

1 - екран;

2 - надкритичний флюїд, СК-СО2;

3 - металевий корпус комірки;

4 - крапля води діаметром d;

5 - сапфірові вікна;

6 - джерело лазерного випромінювання.

Рис. 1. Схема утворення дифракційних картин під час розсіювання лазерного випромінювання на краплях води.

Як джерело лазерного випромінювання використовували лазерну указку на основі червоного лазерного діода, потужністю менше ніж 1 мВт, що генерує випромінювання в діапазоні довжин хвиль 655,7 ± 2,5 нм або фіолетову - з потужністю менше ніж 5 мВт, але з меншою довжиною хвилі 405 ± 2 нм.

Дослідження дифракційних картин розсіювання лазерного випромінювання на краплях води в СК-СО2

Фільтрувальний папір, просочений 0,5 мл дистильованої води, поміщали в екстрактор установки. Відповідно до сертифіката якості первісний вміст води в діоксиді вуглецю за нормальних умов (тиск 101,3 кПа, температура 20 С) був меншим за 0,076 г/м3. Оцінки показують, що при тисках до 16,0 МПа власний вміст води в діоксиді вуглецю був значно меншим за кількість, розміщену на фільтрувальному папері. При досягненні необхідного тиску в екстракторі та витримці протягом 5 хв частина флюїду спрямовувалася через вхідний/вихідний патрубок до оптичної комірки високого тиску (Рис. 1). Флюїд із розчиненою в ньому водою, що знаходиться в комірці, просвічували червоним або фіолетовим лазером. Лазерне випромінювання, що пройшло через комірку, спрямовували на екран (див. Рис. 1). Отримана за певного тиску дифракційна картина, що змінюється в часі (динамічна), фіксувалася на відеокамеру протягом 5 хв. Створений у такий спосіб кліп розбивали на окремі кадри, що являють собою статичні дифракційні картини, які потім аналізували для отримання інформації про розміри крапель води в СК-СО2.

На Рис. 2. наведено статичні дифракційні картини для довжини оптичного шляху в комірці 21,0 мм за різних тисків діоксиду вуглецю і температури 40°С.

Рис. 2. Фотознімки дифракційних картин у різні моменти часу в інтервалі витримки 5 хв для довжини оптичного шляху в комірці високого тиску 21,0 мм.