Способ определения вероятности выживания кванта в дисперсных средах

Способ определения вероятности выживания кванта в дисперсных средах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества в технологии производства дисперсных сред, порошков с заданными светорассеивающими свойствами, 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 5%/ 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5И 4 G 01 N 2!/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4310200/31-25 (22) 08.07.87 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (71) Томский политехнический институт им. С. М. Кирова (72) Б. В. Горячев, В. В. Ларионов, А. П. Кутлин, С. Б. Могильницкий и Б. А. Савельев (53) 535.361 (088.8) (56) Иванов А. П. Физические основы гидрооптики. Минск: Наука и техника, 1975, с. 457 — 460.

Иванов А. П. Особенности измерения глубинного режима ослабления в слабо поглощающих средах. — ДАН БССР, 1985, т. 29, вып. 10, с. 899 — 901. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ ВЫЖИВАНИЯ КВАНТА В ДИС—

ПЕРСНЫХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества в технологии производства дисперсных сред, порошков с заданными све1

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 ве.80,» 1476355 A1 торассеивающими свойствами, 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 5% ) 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 выживания

1476355 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.

Далее 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% от величины падающего потока. После этого измеряют отраженный

50 кваппга судят о частицах, формирующих среду, об отражательной и поглощательной способности среды (слоя), о количестве энергии, которое поглощается средой в данных 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 Ф от поперечных оптических размеров слоя; на фиг. 2 — схема проведения измерений.

На схеме обозначены падающий световой поток 1, сформированный объем рассеивающей дисперсной среды 2 фотопри- 20 емник 3, отраженный средой световой поток 4, прошедший среду поток 5 и полупрозрачное зеркало 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Б исследуемой среде формируют плоский слой в форме прямоугольного параллелепипеда, рассеивающий объем освещают коллимированным световым потоком, измеряют отраженный световой поток, увеличивают поперечные размеры слоя геометричес- 30 ки 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, продол- 35 жают увеличение поперечных размеров до получения двух равных значений отраженного светового потока. В целях оптимизации способа (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 световой поток от слоя, полученного увеличением его поперечных и продольных оптических размеров, и нормируют на величину падающего светового потока. Это значение обозначают R. Впервые получена универсальная формула, которая учитывает как изотропное, так и анизотропное рассеяние.

Вид математических соотношений, используемых для расчета Л, приведен в формуле изобретения. Эксперименты и сравнения с расчетами по методу Монте-Карло доказывают, что способ применим для определения любых Л, включая Л=0,9999 (фиг. 1).

Компоненты индикатрисы рассеяния (q — P), средний косинус угла рассеяния индикатри-. сы рассеяния и 1х — дополнительный параметр, учитывающий рассеяния в ортогональном направлении, рассчитываются сле дующим образом; г/г т =+ =- (х®si nycosydy; о а — — " (x(y)si nycosydy; 7г г.

4 р= — -= (х®ы п.п уф; + 2 Fq, где х(7) — интенсивность рассеяния под углом у.

Пример 1. Готовят модельную взвесь

25 мл латекса полистирола с концентрацией 3,0%. с известной индикатрисой рассеяния т1=0,8167; р=0,0085; p,=0,0437 (индикатриса измерена на нефелометре ФАН-1, 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 Xp=2 мм;

Yp=Zp=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. Интенсивность отраженного интегрального светового потока

413 о.е. Аналогичные измерения повторяют со взвесью, помещенной в кювету больших попере-иных размеров (Xp=2 мм; Yp=

=Zp=10 мм). Отраженный световой поток составляет 527 о.е. Разность численных значений отраженных световых потоков превышает ошибку измерения, поэтому вновь увеличивают поперечные размеры до Yp=

=Zp=20 мм и при измерении отраженного потока Ф получают 657 о.е. При Yp=

=Zp=50 мм Фл=665 ое. Это значение равно предыдущему с учетом погрешности измерения, Следующий этап — увеличение толщины слоя с полученными поперечными размерами. Взвесь помещают в кювету

1476355 с размерами Xo=4 мм, Yo=Zo=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

0,14Я. Измеряют отраженный поток полученного слоя. Величина равна 734 о.е. или

Фг/Ф o=R=0,0966. По формулам рассчитывают Л= (0,892+-0,008) с относительной погрешностью 2Я.

Пример 2. Использовали латекс с размером частиц d=0,08 мкм. Длина волны излучения 633 нм. В этом случае индикатриса рассеяния является релеевской, поэтому х(у) 3/4(1+cos у). По формулам вычислили: т1=р=0,2; p,=0,15. Слой дисперсной мутной среды формировали в кювете с размерами

ХО=5 мм; Yo=Zo=10 мм. Измеряли отраженный световой поток. Хо= — 1140 о.е. При

Yp=Zp=50 мм Ф =1670 о.е. Вновь увеличивали Ур и Zp до 100 мм (Фю=1678 о.е.).

Увеличивали толщину слоя до ХО=10 мм, измеряли прошедший поток (Ф t — — 7,9 о.е.).

Так как Ф.p/(Dp 0,1®, то измеряли отраженный поток полученного слоя (2310 о.е.), откуда Я=Ф /Ф o=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 изобретения

Способ определения вероятности выживания кванта в дисперсных средах, заключающийся в том, что приготавливают взвесь частиц исследуемого вещества с известной индикатрисой рассеяния, формируют плоский рассеивающий слой в форме прямоугольного параллелепипеда, освещают слой пучком монохроматического коллимированного излучения известной интенсивности Ф о, измеряют отраженный 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 направления падения излучения оптические размеры рассеивающего слоя, вновь измеряют отраженный световой поток, сравнивают полученную величину с предыдущей, повторяют эти операции до получения в двух последовательных измерениях одинаковых значений отраженного светового потока, после чего измеряют величину пропускания излучения полученным слоем, увеличивают оптическую толщину полученного слоя в направлении падающего светового потока до получения нулевого значения пропускания, измеряют отраженный световой поток Фг вновь полученного слоя и рассчитывают вероятность

Л выживания кванта из выражения

Л= — 2 / — — сод(— — ф) — — ". де Р= — а |3+4; cosa= — q/2 (P/3";

q=2(— ) — — +c; а= —; c= —; r= — E(1— ба э ab з1 3 — 4р)"; E=!, ); К=Ф л/Ф,, .b=>/r;

М=Е(4р — 1) — 8р E — 6p"E+2(1 — E)(1 — 4ц+

+2@" ); d=8p E(1 — 4ф — 2а (! — 4р+ 2ц ) — (1— — Е)(1-4р) ; а = — Е(1 — 4р)+(и+8); т), Р, р, — параметры индикатрисы рассеяния, рассчитываемые по известным соотношениям.

0.7

10 Я И 1Н В6 500 ТК йи. 1

Составитель В. Калечиц

Редактор М. Петрова Тех ред И. Верес Корректор Э. Лончакова

Заказ 2118)44 Тираж 790 П одп и сное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

l 13035, Моска а, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101