Способ демонстрации взаимодействия излучения с веществом

)4 С 09 В 23 06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тело. Цель изобретения - повышениенаглядности и обеспечение многократного воспроизведения демонстрации,Способ реализован на фазовом переходе(ФП) металл-изолятор. До температурыфазового перехода образец находитсяв фазе "изолятор". Образец с ФП, предварительно нагретый до температурына 2-5 С ниже температуры ФП, облучается низкоэнергетическим лазернымизлучением, под действием которого оннагревается и переходит в фазу "металл", Одновременно с началом облучения производится включение секундомера для определения скорости распространения температурной волны в той идругой фазе, 3 ил,средства ьзовано твия тве бретени ит тно бьь испо имодей ным из учением и: меха зде ети пти пов зв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Омский политехнический институт (72) Т.Н.Кондратьева, Н,В,Шепелеви И.И.Миллер(56) Рэди Дж. Действия мощного лазерного излучения, - М,; 1974, с,332, (54) СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕШЕСТВОМ(57) Изобретение относится к средства обучения и может быть использовано для демонстрации взаимодействия твердого тела с когерентным излучением 1 при изучении разделов физики: механика, электромагнетизм, оптика, твердое обучения и может )т лдля демонстрации вза с Рдого тела с когерент лпри изучении ра лов физик ника, электромагн эм, о ка, твердоетело,Цель изобретения - ьппение наглядности и многократное воспрои едение демонстрации,На фиг, схематически изображеноустройство, демонстрирующее предлагаемый способ; на фиг.2 - графическоеизображение распространения температурной волны в пленке и размещениетермопар; на фиг.3 - график . зависимости температуры образца от временивоздействия на него лазерного луча.Устройство, демонстрирующее предлагаемый способ, содержит лазер 1,установленный на оптическую скамью 2,на которую установлен также термостатированный корпус 3, к стенкам которого приклеивается образец, представляю"щий собой подложку 4 оксида алюминия(111) (А 10 ), на которую напыленапленка 5 оксида ванадия (11) (ЧО),имеющая фазовый переход металл-изолятор при с=68 С. Для определения скорости температурной волны в пленкувпаяны термопары 6. Для определениясопротивления пленки закреплены контакты 7. Печь 8, расположенная внутри термостата эа образцом, служит дляподдержания постоянной температурыобразца, Экран 9 с диафрагмой, расположенной между лазером и образцом,закрепленный на оптической скамье 2,формирует размер лазерного луча, воздействующего на образец, в зависимо 1509976" " кон- научтемпература фазового перехода;. Тначальная температура образца.При показании центральной термопарой 68 С снова фиксируют начало отсчета, Некоторое время темпера 55 сти от степени раскрытия диафрагмы, Диаметр луча воздействия на образец 3 мм, Концентрические кривые на фиг,2 показывают распространение тем пературной волны в образце после начала воздействия на него лазерного луча, По центру воздействия луча расположена центральная термопара, две другие - на периферии воздействия.Предлагаемый способ заключается в том, что перед началом работы включается печь 8 для нагрева образца доо66 С, которая фиксируется термопарами 6. Последовательным опросом термопар убеждаемся, что температура образца одинакова во всех точках образца. Замеряется сопротивление пленки с фаэовым переходом для того, чтобы убедиться, что пленка находится 20 в фазе "изолятор". Включается лазер с низкой мощностью при закрытой диафрагме экрана 9, которая необходима для формирования импульса воздействия по времени, 25Для того, чтобы образец прогрелся на определенную температуру, необходимо опытным путем установить время облучения образца лазерным лучом.Для определения скорости распро странения температурной волны в низкотемпературной фазе вещества за начало отсчета временипринимают1 начвремя открытия диафрагмы, Конец от" счета ,к,н определяется по началу изменения показания центральной тер 35 мопары. Скорость Ч продольной температурной волны :определяется какЬЧ- ,где Ь - толщина пленки; Д40 1 кон 1 нанфПри дальнейшем воздействии излу" чения температура в пленке равномерно повышается до температуры фазового перехода 68 С.Скорость нагрева пленки в низко 45 температурной фазе Ч нт определяют следующим образом. За начало отсчета времени берутк,н. Конечное время, берут в момент достижения температуры пленки 68 С. ТогдаЧ и т =50 тура останется постоянной. Конецотсчета 1 , фиксируют по.началу изменения температуры 68 С, Таким образом, определяется время Л С =1 ,-Сн фазового перехода в пленке подвоздействием лазерного луча,Скорость нагрева пленки в высокотемпературной фазе Ч 6, определяетсяследующим образом. Начало отсчета1фиксируется в момент, когдацентральная термопара покажет изменеоние температуры 68 С, Конец отсч таСк,н фиксируется при показании центральной термопарой температуры 70 С,Т 70-68тогда ЧПо результатам данных измерений строится график, изображенный на фиг.3. Данный график разбивается на четыре участка.Перв:й участок соответствует времени распространения температурной волны вдоль пленки толщиной Ь, Второй участок соответствует прогреву пленкиоот 66 до 68 С (низкотемпературная фаза - изолятор). Третий участок соответствует фазовому превращению в пленке, Четвертый участок соответствует нагреву пленки от 68 до 70 С (высокотемпературная фаза - металл),П р и м е р, Проводилось изучение воздействия энергии лазерного излучения на вещество, обладающее фаэовым переходом металл-изолятор. В качестве такого вещества выбран ЧО, имеющий фазовый переход металл - изолятор при 68 С и теплоту фазового превращения равную 200 Дж/моль, выполненный в виде пленки, Пленка имеет толщину порядка п=1 мм, площадь нагрева Я сос- тавляет порядка 4,5 мм, Масса нагреваемого вещества определялась как ш=уЧ, где Ч=Я 11, Для нагрева пленки лазерным лучом необходимо количество тепла Я=С шаг;. Отсюда, общая энергия для прогрева новой фазы равна Я = =ч +( , где (- теплота фазового превращения, С другой стороны, мощность лазера Р=50 Вт, время воздействия на образец 1-3 мин, Тогда энергия, испускаемая лазером, равна Е =Р 4 = 3-9 кДж. Из закона сохранения энергии имеем =Е, где 1 =0,7-0,8, Исходя иэ этого равенства и определяется первоначальная температураоподогрева - 66 С. А в связи с тем, что в среднем теплота фазового перехода для отдельныхвеществ изменяетсяв 2-3 раза, то и нагрев будет осуществляться в определенном диапазоне. Таким образом, происходит переход образца из одной фазы в другую и дости 5 гается поставленная цель. Преимуществом изобретения является и 1 то, что по наклону кривых на фиг.З можно определить степень черно ты в фазе "металл" и в фазе "изолятор". Чем больше етепень черноты, тем круче кривая, По величине участка фазового превращения пленки можно качественно определить скрытую тепло ту фазового перехода. Формула изобретения "Способ демонстрации взаимодействия излучения с веществом, заключающийся в том, что образец из материала с фазовым переходом облучают источником излучения и регистрируют изменения сопротивления образца, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения наглядности и обеспечения мно-, гократного воспроизведения демонстрации, в качестве образца используют пленку с фазовым переходом металл - изолятор, а перед облучением образец нагревают до температуры ниже температуры фазового перехода на 2-5,(2 и цч) ФигЗ ставитель Р,ужвийхред М,дидык КоРРектоР В,Гирняк нко актор Заказ дпис ГКНТ СССР митета по изобретениям и открытия сква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101 ЮбЕтнач 819/51Государственного113035 2 кон