Qattiq jismlarning impulsli lazerli ablasyonu: normal bug'lanishdan o'tish bosqichma-bosqich portlash Abstrakt

2.4 Фазовый взрыв и критические явления
Типичная p - T-фазовая диаграмма вещества в соседнем капюшон КП показан на рис. 5. Линия равновесия для система «жидкость – пар» (бинодаль) берет начало в тройной точка A (точка сосуществования твердого тела, жидкости и пара) и заканчивается на КП. Чтобы дать более четкое представление о механизме Измов фазового взрыва и его возможных проявлений мы напомним здесь основные положения теорий метастабильных жидкостей. жидкости и критическое состояние вещества [12, 13]. (1) При приближении к КП колебания мат- тер параметры увеличиваются. Плотность и энтропия из них претерпевают наибольшие колебания по сравнению с другие параметры (p, T). Дело принимает мелкозернистый структура, рассеивающий свет (явление опалесценции). Упрощая картину, можно сказать, что критическое состояние представляет собой «газ капель» [13], характерный размер которого rc (или длина корреляции) увеличивается при приближении к КП. (2) Если нагретая жидкость успевает расслабиться к определенному состоянию равновесия (вдали от КП релакс- Время действия обычно составляет 1–10 нс [12]), вещество стабильно и состояние его следует бинодали. Другими словами, если система нагревается через последовательность состояний равновесия, одно может использовать теорию равновесной термодинамики и Уравнение Клаузиуса – Клапейрона остается в силе. Однако с ин- увеличение корреляционной длины, теория флуктуаций должна использоваться вместо классического подхода. (3) Быстро нагретая система может перегреться. Другими словами, температура жидкости становится выше. чем кипение при данном давлении. Если да, то система сдвигается из бинодали в область I метастабильной состояний (рис. 5) и с увеличением скорости нагрева приближается кспинодаль. Это приводит к уменьшению срока службы системы и неопределенности ее термодинамических параметров. теры около спинодали. Система стремится к равновесию, которое приводит к его возвращению в бинодаль за счет взрывного кипения (резкое усиление гомогенной нуклеации). (4) Скорость гомогенного зародышеобразования резко возрастает. обычно с перегревом. Среднее время образования критическое ядро ​​пара (паровая сфера, которая будет расти скорее чем распад) может упасть на 3–4 порядка с су- перегрев на 1 C, что обусловлено быстрым уменьшением как критический размер зародыша, так и свободная энергия для образования стабильного ядра. В то же время скорость пара- рост сферы резко увеличивается. Увеличение зарождения предотвращает приближение жидкости к спинодали, в результате чего

Рис. 5. Типичная фазовая диаграмма «жидкость – пар»: 1 - бинодаль; 2 - спин- одал; A - тройная точка, CP - критическая точка. Область I между бинодаль и спинодаль соответствуют метастабильным состояниям вещества
при распаде сильно перегретой жидкости на смесь газов и капельки (фазовый взрыв или взрывное кипение). Это может можно сказать, что жидкость «разрывается на капли» при увеличении многочисленные пузырьки газа. (5) Один из возможных механизмов образования новая фаза - рост градиентов плотности внутри небольшого объем перегретой жидкости (колебания плотности), приводящий к к потере устойчивости и появлению пузырька пара. бл. Если метастабильная область близка к КП (T ≥ 0.9Tc), градиент плотности, необходимый для зародышеобразования из-за флуктуации цены уменьшаются. Вот почему более близкое вещество приближается к CP, тем более возможен перегрев и фазовый взрыв. (6) Для данного перегрева критический размер зародыша равен для металлов гораздо больше, чем для органических жидкостей и воды.
В результате спонтанное зародышеобразование в жидких металлах не наблюдается. выдержан даже при большом перегреве. При быстром нагреве металлы таким образом, можно нагреть очень близко к критической температуре и только тогда происходит фазовый взрыв. 7. Металлы теряют свои металлические свойства вблизи КТ. Par- в частности, электропроводность падает из-за дис- разрыв зоны проводимости из-за увеличения плотности колебания. Было предложено множество методов для оценки их модинамическая критическая температура материалов. Большинство из них основаны на соотношении критической температуры и температуры кипения. литературы, которая была впервые обнаружена ульдбергом для ряда веществ [25]. Литература по оценкам Tc есть рассмотрены в [26], где различные модификации Guld- Приведены закон Берга и некоторые другие методы. Все они ограниченная полезность, так как они были разработаны для ограниченного группы веществ (в основном для органических жидкостей). Общий Процесс преобразования закона Гульдберга для неорганических жидкостей сформулированный в [27] как Tc = Tb / θ, где θ определяется энтропия парообразования ∆Sv, поскольку θ = a + b / ∆Sv с коэффициентом коэффициенты a и b в зависимости от полярности вещества молекулы. Обычно значение θ находится в диапазоне 0,45 - 0,55. для ионных соединений и 0,25 - 0,5 для металлов. Для металла жидкостей Мартынюк [4] предложил эмпирическое уравнение для оценка Tc с использованием значения скрытой теплоты: Tc = c + dL где c = 860 K и d = 15.05 × 10-6 кмоль К / Дж. Однако для тугоплавких металлов, критическая температура которых Предположительно, сравнима с потенциалом ионизации (см. обсуждение ниже), все упомянутые методы не работают, как уже отмечалось в [28]. Причина кроется в тот факт, что при высокой температуре такой металл может представлять металлическая плазма. Поскольку такое вещество существенно ионизируется при приближении к КП не теряет электропроводности. Это может существенно повлиять на взаимодействие между атомами.

Рис. 6. Эскизное изображение тугоплавкого металла вблизи его критической точки. В
темные и светлые области - это области с высокой и низкой плотностью
предположительно. Свободные электроны стремятся покидать области с высокой плотностью
тем, с низкой плотностью, вызывая колебания заряда
долговечность. Это может существенно повлиять на взаимодействие между атомами. (Напомним, что КП - это, по сути, состояние вещество, в котором потенциальная энергия взаимного притяжения до некоторой степени уравновешивается их средняя кинетическая энергия [26].) Можно предположить, что свободная электроны из-за высокой подвижности стремятся уйти из
Гионы с высокой плотностью к тем, с низкой плотностью (как место в плазме), тем самым нарушая квазинейтральность. Инжир- На рисунке 6 схематично показано такое ионизированное состояние металла. Следовательно, помимо флуктуаций плотности, температура В области давления и энтропии вблизи КП тугоплавкие металлы могут также испытывают колебания заряда. Амбиполярный электрический поле, развивающееся в таком ионизированном веществе, должно вызывать колебания плотности уменьшаются, таким образом «цементируя» субстрат стойке и повышении критической температуры. Ликальтер [29], рассуждая о свойствах металлической плазмы вблизи КТ, предложил зависимость Tc ≈ 0,085z2 I / (z + 1), где I - потенциал ионизации, z - валентность. Результаты применения перечисленных методов и данные о критической температуре из литературы для ма- изученные элементы приведены в таблице 3. Видно, что отклонения между данными могут превышать 100%. Попытка подать Зависимость Ликальтера от ниобия не увенчалась успехом из-за низкой валентности атомов Nb (электронный конфигура 4d45s). Однако весьма вероятно, что валентность изменяется вблизи критической точки, как и в случае меди [29]. Ли электроны из внутренней d-оболочки, которая проявляют валентность в различных химических соединениях ниобия, может считаться валентным в формуле Ликальтера, остается вопрос. Оценки с помощью уравнения Саха показывают, что равные степень ионизации либрия Nb, предполагая плотность жидкости, превышает 1% при T = 1 эВ и быстро растет с увеличением дальнейшее повышение температуры (∼ 4.5% при T = 1.5 эВ). Поскольку расчетные значения критической температуры ∼ 1 эВ и выше (см. Таблицу 3), ниобий не может терять электрическое соединение. вблизи КП, так как он, по-видимому, существенно ионизирован. Как обсуждалось выше, это приводит к изменению взаимодействия между атомами и повышением критической температуры литература. Можно было бы ожидать, что еще как минимум несколько металлов должны также проявлять свойства плазмы в окрестности Tc (например, Ti, Y, Zr, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, Os, Th) из-за их относительно низкий потенциал ионизации и высокая температура кипения при нормальном давлении. Отметим, что значительная часть лазерной энергии связана
к мишени следует использовать для ионизации указанных материалы при довольно высокой плотности. Правильная коррекция должна поэтому нужно сделать для более правильного описания цели- поведение температуры в условиях ИЛА вблизи переходного к фазовому взрыву. Очевидно, обсуждаемая здесь тема приглашает к дальнейшим расследованиям.