УДК 539.12
Прохождение излучения через плоские мишени обычно происходит при наличии поверхностей, ограничивающих среду, и влияющих на радиационный баланс. Наибольшее влияние в этом случае оказывают поверхности, расположенные по направлению распространения потока излучения, т. е. на входе в мишень и выходе из нее. Исследования плоских образцов должны учитывать наличие отражающих поверхностей, при этом не рассматривается статистический характер пространственного распределения коэффициентов отражения поверхностей [1–5]. Подобные явления подробно изучаются в оптике [6–12].
Целью данной работы является определение закономерностей переноса излучения при представлении мишени в виде прямоугольного параллелепипеда, где отражающими являются поверхности на передней и задней гранях (по направлению распространения излучения), при нормальном падении потока излучения на поверхность. Характеристики радиационного баланса излучения мишени определялись с использованием метода многократных отражений [8], и появление исследований, улучшающих известные методы решения уравнения переноса излучения, показывает, что проблема корректного учета влияния отражающих поверхностей на радиационный баланс существует.
Определялись следующие характеристики радиационного баланса: отражательная способность В(ф, a, Л) и коэффициент пропускания А(ф, a, Л) системы мишень-отражающая поверхность, поглощательная способность C(ф, a, Л) мишени, коэффициенты поглощения отражающих поверхностей D1(ф, a, Л) и D2(ф, a, Л), находящихся перед и за мишенью, соответственно. Введем обозначения: оптические размеры параллелепипеда 
(излучение распространяется по оси x), индикатриса рассеяния излучения характеризуется степенью вытянутости a = (з + 2м)/(в + 2м), з, в, м – интегральные параметры индикатрисы рассеяния [8], альбедо однократного рассеяния Л, коэффициенты отражения поверхностей r1 и r2. На основе метода многократных отражений получены формулы:
; 
;
В данных формулах переменные коэффициенты R(фy, z, a, Л) и k(фy, z, a, Л) имеют следующий вид:
;
.
Функция P(фy, z, a, Л) определяет рассеяние и поглощение излучения по оси x и, в частном случае сферической индикатрисы рассеяния и полубесконечной среды, равна:
.
Рассмотрим некоторые результаты расчетов по данным формулам. Представленные на рис. 1 данные показывают, что величина отраженной радиации существенно зависит от коэффициента отражения поверхности при небольшой величине оптической толщи мишени, и практически не зависит при фх > 20. Такая закономерность наблюдается при сферической индикатрисе рассеяния излучения, те же явления наблюдаются для сильно вытянутой индикатрисы рассеяния излучения, но при гораздо больших значениях оптической толщи.
Рис. 1. Зависимость отражающей способности В системы мишень-отражающая поверхность от коэффициента отражения подстилающей поверхности r2, альбедо однократного рассеяния Л = 1, сферическая индикатриса рассеяния излучения
Представленные на рис. 2 результаты показывают, что поглощательная способность D отражающей поверхности почти не зависит от типа поверхности при фх > 20, и существенно изменяется при уменьшении оптической толщины образца.
Рис. 2. Зависимость поглощательной способности D2 отражающей поверхности от коэффициента отражения r2. Сферическая индикатриса рассеяния излучения. Альбедо однократного рассеяния Л = 1
На рис. 3 представлены результаты вычислений поглощательной способности C мишени с отражающей поверхностью за средой. Следует отметить следующее: поглощательная способность мишени почти не зависит от коэффициента отражения поверхности при оптической толще фx > 5 и сферической индикатрисе рассеяния излучения; форма индикатрисы рассеяния излучения не влияет на поглощательную способность при малых значения оптической плотности мишени.
Рис. 3. Зависимость поглощательной способности C системы мишень-отражающая поверхность от Л, сферическая индикатриса рассеяния излучения
Рассмотрим случай, когда отражающая поверхность находится перед образцом. На рис. 4 представлены результаты расчетов поглощательной способности C системы отражающая поверхность-мишень для сферической индикатрисы рассеяния излучения.
Рис. 4. Зависимость поглощательной способности C системы отражающая поверхность-мишень от Л. Сферическая индикатриса рассеяния излучения. Отражающая поверхность перед мишенью.
фх = 0,5: 1) r1 = 0, 2) r1 = 1; фх = 1: 3) r1 = 0, 4) r1 = 1; фх = 5: 5) r1 = 0, 6) r1 = 1
Все возможные значения поглощательной способности С лежат между кривыми 1 и 2 при фх = 0,5; 3 и 4 при фх = 1; 5 и 6 при фх = 5, причем с увеличением оптической толщи расстояние между кривыми увеличивается, что объясняется возрастанием поглощения при многократном рассеянии излучения. Столь небольшое отличие кривых 1 и 2 при малых оптических толщах среды означает, что поглощательная способность мишени с отражающей поверхностью перед образцом практически не зависит от типа поверхности при любых значениях альбедо однократного рассеяния. Наибольшее расхождение между кривыми 5 и 6 наблюдается при Л = 0,75. Так как система отражающая поверхность-мишень моделирует ситуацию с облучением образцов, поверхностный слой которых обработан, то распространение излучения в образце с сильным поглощением соответствует прохождению излучения с учетом эффектов, сопровождающихся сильной деградацией энергии.
Выводы.
1. Показано, что отражающая способность системы мишень-отражающая поверхность не зависит от коэффициента отражения поверхности при достижении определенной величины оптической плотности среды. Предельная величина оптической плотности зависит от формы индикатрисы рассеяния излучения.
2. Поглощательная способность мишени почти не зависит от коэффициента отражения поверхности при оптической толще больше 5 и сферической индикатрисе рассеяния излучения; форма индикатрисы рассеяния излучения не влияет на поглощательную способность при малых значения оптической плотности мишени.
3. Поглощательная способность отражающей поверхности почти не зависит от типа обработки поверхности при больших оптических толщах среды, и существенно меняется при уменьшении оптической толщины мишени.
4. Поглощательная способность системы мишень-отражающая поверхность меняется при изменении положения отражающей поверхности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
, Кошелев технологии в различных сферах человеческой деятельности. – Томск.: изд. ТПУ, 2006. – 342 с. Беспалов ионизирующих излучений с веществом. – Томск.: изд. ТПУ, 2008. – 369 с. , // Изв. вузов. Физика. – 2013. – № 11/2. – С. 135–140. Lider A. M., Larionov V. V., Krоning M. X. // Technical Physics. – 2011. – V. 56. – № 11. – P. 1630–1634. Tyurin Yu. I., Nikitenkov N. N., Larionov V. V. // Russian Journal of Physical Chemistry А. – 2011. – V. 85. – № 6. – P. 1047–1053. , , // Оптика атмосферы и океана. – 2013. – Т. 26. – № 06. – С. 478–483. , // Оптика атмосферы и океана. – 2012. – Т. 25. – № 01. – С. 5–10. , // Известия Томского политехнического университета. – 2000. – Т. 303. – № 3. – С. 91–104. , // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 2. – С. 63–66. , // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 324. – № 2. – С. 102–106. , , // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 2. – С. 173–177. Ulenikov O. N., Gromova O. V., Bekhtereva E. S., Belova A. S., Bauerecker S., Maul C., Sydow C., Horneman V.-M. // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. – 2014. – V. 144. – P. 1–10.
Key words: radiation, balance, target, reflective surface.
B. V. GORYACHEV*, G. Y. GRIGORIEV**, A. V. MOSKALENKO*
*****@***ru, *****@***kiae. ru, *****@***ru
INFLUENCE OF REFLECTIVE SURFACE ON VALUE OF FLOW RADIATION IN THE FLAT TARGETS
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
NATIONAL RESEARCH TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
RUSSIAN RESEARCH CENTRE “KURTCHATOV INSTITUTE”
Abstract
The article considered the radiation transfer in flat target limited by reflective surfaces. It is shown that the reflective and absorptive capacities of the system target – reflective surface do not depend on surface reflection coefficient when achieving certain value of the medium optical density. The authors have studied the effect of the reflective surface position on the absorptive capacity of the similar system.
*НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
*NATIONAL RESEARCH TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY
**НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
**RUSSIAN RESEARCH CENTRE “KURTCHATOV INSTITUTE”
, к. ф.-м. н., доцент кафедры общей физики ФТИ ТПУ, р. т. 56-38-45, E-mail: *****@***ru.
, д. ф.-м. н., профессор, руководитель Курчатовского комплекса физико-химических технологий Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», р. т. 196-16-32, E-mail: *****@***kiae. ru
, аспирант кафедры геоэкологии и геохимии ИПР ТПУ, р. т. 70-56-77, E-mail: *****@***ru
Поступила в редакцию 1.09.2014
