Способ определения вероятности выживания кванта в дисперсных средах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК1476355 б 01 М 21/4 ЕН измерения слабо по- СР, 1985,ЕНИЯ ВЕРОЯТВАНТА В ДИС -ится к оптике дисбыть использовано улярного состояния производства дисс заданными свеГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБР Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Томский политехнический институт им. С. М. Кирова(56) Иванов А, П. Фрооптики. Минск: Нс, 457 - 460.И ва нов А. П. Особенностиглубинного режима ослабления вглощающих средах. - ДАН БСт, 29, вып. 10, с. 899 - 901.(54) СПОСОБ ОПРЕД НОСТИ ВЫЖИВАНИЯ ПЕРСНЫХ СРЕДАХ (57) Изобретение относ персных сред и может для исследования молек вещества в технологии персных сред, порошков Изобретение относится к оптике дисперсных (мутных) сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества, в технологии производства рассеивающих и поглощающих сред, в прикладной оптике и гидрооптике, в оптике атмосферы для анализа свойств атмосферного аэрозоля, для контроля качества красящих веществ и т. д.Вероятность выживания кванта или альбедо однократного рассеяния является одной из важнейших характеристик любой среды при воздействии на нее излучением, Эта веторассеивающими своиствами, в прикладной оптике для контроля атмосферного аэрозоля, гидрооптике. Цель изобретения - повышение точности определения вероятности выживания кванта в дисперсной среде. Изобретение повышает точность определения вероятности выживания кванта в дисперсных (мутных) средах. Повышение точности достигается тем, что основную информацию получают по многократному рассеянному излучению, которое является помехой в других методах. С этой целью формируют слой рассеивающей среды известной индикатрисы рассеяния, измеряют отраженный поток и увеличивают поперечные размеры слоя до получения постоянного (в пределах 50) отраженного потока, полученный слой увеличивают по толщине в направлении падения светового потока до тех пор, пока его прозрачность не станет нулевой, после чего вновь измеряют отраженный поток и по его значению с помощью разработанного алгоритма вычисляют вероятность выживания кванта в дисперсной среде. 2 ил. личина широко используется для анализа свойств среды в нейтронной физике, физике воздействия гамма-излучения, в оптике в широком диапазоне длин волн, в технологических процессах наиболее важное значение имеет для характеристики частиц и порошков с заранее заданными светорассеивающими свойствами. В самом общем случае альбедо однократного рассеяния (вероятность выживания кванта) А определяется как отношение коэффициента рассеяния к сумме коэффициентов рассеяния и поглощения. По величине вероятности выживания15 20 квагпа судят о частицах, формирующих среду, об отражательной и поглощательной способности среды (слоя), о количестве энерги и, которое поглощается средой в да нных конкретных условиях. Измерение Л необходимо для контроля загрязнений окружающей среды. Наиболее сложным является определение вероятности. выживания кванта Л в сильно мутных средах в условиях, когда определяющими процессами является многократное рассеяние.Цель изобретения повышение точности определения вероятности выживания кванта в дисперсной среде. На фиг. 1 представлена зависимость отраженного слоем дисперсной среды светового потока 1 я от поперечных оптических размеров слоя; на фиг. 2 схема проведения измерений.На схеме обозначены падающий световой поток 1, сформированный объем рассеивающей дисперсной среды 2 фотоприемник 3, отраженный средой световой поток 4, прошедший среду поток 5 и полу- и роз ра ч ное зер кало 6.Способ осуществляют следующим образом,В исследуемой среде формируют плоский слой в форме прямоугольного параллелепипеда, рассеивающий объем освещают коллимированным световым потоком, измеряют отраженный световой поток, увеличивают поперечные размеры слоя геометрически или посредством увеличения концентрации взвеси дисперсной среды, вновь измеряют отраженный световой поток, сравнивают его значение с полученным ранее и, если различие составляет больше погрешности определения светового потока, продолжают увеличение поперечных размеров до получения двух равных значений отраженного светового потока. Б целях оптимизацииспособа (уменьшения многостадийности) производят увеличение поперечных размеров дисперсной среды в геометрической прогрессии (например, последовательно увеличивая поперечные оптические размеры в 6 8 раз). Исследования показывают, что максимальные поперечные размеры, необходимые для получения повторяющихся значений отраженного потока (на фиг. 1 представлена зависимость отраженного светового потока слоем дисперсной среды от поперечных оптических размеров; сплошные линии расчет по методу Монте-Карло, точки эксперимент и расчет авторов), составляют;500 при Л 0,999 и зависят от величины вероятности выживания кванта Л. Да,ггее полученный слой увеличивают в направлении падающего светового потока, измеряя одновременно прошедший световой поток до тех пор, пока значение прошедшего светового потока не уменьшится до величины 0,1 0,2 юю от величины падающего потока. После этого измеряют отраженный световой поток от слоя, полученного увеличением его поперечных и продольных оптических размеров, и нормируют на величину падающего светового потока. Это значение обозначают Я. Впервые получена универсальная формула, которая учитывает как изотропное, так и анизотропное рассеяние. Вид математических соотношений, используемых для расчета А, приведен в формуле изобретения. Эксперименты и сравнения с расчетами по методу Монте-Карло доказывают, что способ применим для определения любых А, включая А 0,9999 (фиг. 1). Компоненты индикатрисы рассеяния (т 1 р), средний косинус угла рассеяния индикатри-. сы рассеяния и и дополнительный параметр, учитывающий рассеяния в ортогональном направлении, рассчитываются сле дующим образом;/т)хяпусозрРу;а-хяпусояуШу;г4 р - -д-х(у)япуДу;г+2 г 3,где х интенсивность рассеяния под углом у.Пример 1. Готовят модельную взвесь 25 мл латекса полистирола с концентрацией 3,0 юю. с известной индикатрисой рассеяния т 1 0,8167; р 0,0085; р - 0,0437 (индикатриса измерена на нефелометре ФАН, проинтегрирована графически; размер частиц латекса 3,0 3,8 мкм), разбавляют 1000 мл дистиллированной воды и добавляют 0,01 г красителя. Полученную взвесь частично поглощающей среды помещают в стеклянную кювету с размерами Хо 2 мм; Ко - Ло - 5 мм. Размер. Х совпадает с направлением падения на кювету коллимированного монохроматического светового потока (длина волны 633 нм).Принципиальная схема измерения световых потоков приведена на фиг. 2. Эта схема. стандартная и широко применяется на практике. Величина падающего светового потока 7600 о.е. И нтенсивность отраженного интегрального светового потока 413 о,е. Аналогичные измерения повторяют со взвесью, помещенной в кювету больших поперешых размеров (Хю 2 мм; УюЛю 10 мм). Отраженный световой поток составляет 527 о.е. Разность численных значений отраженных световых потоков превышает ошибку измерения, поэтому вновь увеличивают поперечные размеры до УоЛо 20 мм и при измерении отраженного потока Фполучают 657 о е. При УоЛо 50 мм Ф л - 665 о е. Это значение равно предыдущему с учетом погрешности измерения. Следующий этап увеличение толщины слоя с полученными поперечными размерами, Взвесь помещают в кюветус размерами Хо=4 мм, Уо=о=50 мм. Измеряют пропущенный световой поток и сравнивают его с падающим. Наиболее просто увеличение толщины слоя осуществляется в кювете Бейли. При Х=6 мм величина прошедшего потока составляет 11 о.е. или 0,14 Я. Измеряют отраженный поток полученного слоя. Величина равна 734 о,е. или Фе/Ф о=Я=0,0966. По формулам рассчитывают Л= (0,892+ 0,008) с относительной погрешностью 2 Я,10Пример 2. Использовали латекс с размером частиц д=0,08 мкм. Длина волны излучения 633 нм. В этом случае индикатриса рассеяния является релеевской, поэтому х(у) 3/4(+сову). По формулам вычислили: т)=р=0,2; р=0,15. Слой дисперсной мутной среды формировали в кювете с размерами Хо=5 мм; Уо=о=10 мм, Измеряли отраженный световой поток. Хо= - 1140 о.е, При Уо=Ло=50 мм Фе=1670 о,е. Вновь увеличи. вали Уо и Ло до 100 мм (Фю=1678 о.е.), Увеличивали толщину слоя до Хо=10 мм, измеряли прошедший поток (Ф Р=7,9 о.е,). Так как ФоР/Фо 0,1 о", то измеряли отраженный поток полученного слоя (2310 о.е,), откуда Я=Фа/Ф о=0,304. По формулам рассчитывали Л=0,818.Предлагаемый способ определения вероятности выживания кванта Л в дисперсных средах обеспечивает возможность определения Л в условиях многократного рассеяния, в связи с чем отсутствует необходимость модификации среды, возможность достаточно простой технической реализации способа с использованием стандартной аппаратуры, кроме того, достигается повышение точности определения Л в условиях многократного рассеяния, которое является основным ис о:ником информации, а не помехой.формула изобретенияСпособ определения вероятности выживания кванта в дисперсных средах, заключающийся в том, что приготавливают взвесьчастиц исследуемого вещества с известнойиндикатрисой рассеяния, формируют плоскийрассеивающий слой в форме прямоугольного параллелепипеда, освещают слой пучкоммонохроматического коллимированного излучения известной интенсивности Ф о, измеряютотраженный световой поток и рассчитывают вероятность выживания светового кванта, отличаюи;ийся тем, что, с целью повышения точности определения вероятности выживания кванта в дисперсной среде, после отраженного светового потока увеличивают поперечные относительно направленияпадения излучения оптические размеры рассеивающего слоя, вновь измеряют отраженный световой поток, сравнивают полученную величину с предыдущей, повторяют этиоперации до получения в двух последовательных измерениях одинаковых значений отраженного светового потока, после чего измеряют величину пропускания излучения полученным слоем, увеличивают оптическуютолщину полученного слоя в направлениипадающего светового потока до получениянулевого значения пропускания, измеряютотраженный световой поток Фя вновь полученного слоя и рассчитывают вероятностьЛ выживания кванта из выраженияЛ= - 2 /с -- сое( -- ф) -- "сде Р= - аСЗ+б; сока= - СС 2- Р/У;д=2 --- +с; а= - ; с= - ; г= - Е(1 -1476355 0.7 10 Ю И 1 Х ГИ ХИТЫ оюг. 1Составитель В. Калечиц Редактор М. Петрова Тех ред И. Верес Корректор Э. ЛончаковаЗаказ 2118/44 Тираж 790 П одп и сное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Моска а, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101