Модификация биообъектов излучением СО2-лазера

На установке «ЛАМА» продолжаются экспериментальные исследования по изучению взаимодействия излучения лазера с движущейся каплей и сплошной струёй жидкости.

Начиная с 2001 г., часть этих работ финансировалась Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 01-01-00325 «Исследование физических и механических процессов в биологических материалах при интенсивных импульсных воздействиях»). В рамках этого проекта начались расчётно-теоретические работы по построению математической модели взаимодействия излучения лазера с движущейся каплей и струёй воды и формирования силового воздействия на биообъекты внутри облучаемой жидкости.

С целью изучения физических явлений, определяющих условия для протекания биологических процессов, проведены эксперименты по исследованию взаимодействия излучения СО2-лазера со свободно падающей каплей дистиллированной воды. На основании полученных данных с учетом возможных каналов диссипации энергии излучения (нагрев, испарение, механический отброс капли) проведена оценка скорости разлета пара от капли, выполнены расчеты нестационарного поля температуры и выявлены возможные механизмы процессов модификации природных соединений.

Экспериментальная установка «ЛАМА» включала непрерывный СО2-лазер мощностью до 220 Вт (l =10,6 мкм), устройство формирования капли жидкости заданного диаметра, систему фокусировки излучения, ИК-датчик для приема ослабленного каплей сигнала и юстировочный He-Ne лазер.

Проведён анализ каналов перераспределения энергии излучения, падающего на каплю жидкости. Расчеты показали, что вся энергия луча поглощается в узком слое капли, и поглощенная энергия расходуется на нагрев и испарение, сопровождаемое отбросом капли от вертикали (энергией отброса можно пренебречь). Энергия нагрева меньше энергии облучения, и разница между ними увеличивается с ростом мощности луча. Масса испаренной воды даже при максимальной мощности воздействия оказалась меньше 5% массы капли, что согласуется с экспериментальными данными по измерению разности объемов воды до и после взаимодействия излучения с каплей.

Расчёт скорости разлета пара с поверхности капли показал, что она слабо зависит от мощности излучения, её среднее значение равно 378 м/с. Это говорит о том, что если предположение о нагреве воды до 1000 С верно, то вся избыточная энергия луча поглощается квазиравновесным кипящим слоем.

Предположение о начале кипения при температуре 1000 С косвенно подтверждается расчетами нестационарного поля температуры. Следовательно, до этого момента времени происходит вскипание поверхностного слоя, и фронт кипения с температурой около 1000 С движется по капле вверх в процессе её падения.

Добавить комментарий