Отправить статью по E-mail 
Численное моделирование тепловых процессов, возникающих в материалах при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов
- Авторы: Амирханов И.В.1, Саркер Н.Р.1, Сархадов И.1
-
Учреждения:
- Лаборатория информационных технологий Объединенный институт ядерных исследований
- Выпуск: Том 29, № 1 (2021)
- Страницы: 5-13
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/2658-4670/article/view/315305
- DOI: https://doi.org/10.22363/2658-4670-2021-29-1-5-13
- ID: 315305
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе проведено численное исследование решений параболического и гиперболического уравнений теплопроводности при одинаковых физических параметрах, а также сравнительный анализ полученных результатов. Обсуждена математическая постановка задачи. Действие лазера учтено через функцию источника, которую выбрали в виде двойного фемтосекундного лазерного импульса. В гиперболическом уравнении, в отличие от параболического, присутствует дополнительный параметр, который характеризует время релаксации потока тепла. Кроме этого, в источнике гиперболического уравнения присутствует дополнительное слагаемое - производная от плотности мощности источника параболического уравнения. Это означает, что на температуру образца оказывает влияние не только плотность мощности источника, но и скорости его изменения. Приведены профили температуры образца в разные моменты времени и её динамика на разных глубинах мишени. Расчёты проводились при различных временах задержки между импульсами и при различных параметрах релаксации.
Об авторах
И. В. Амирханов
Лаборатория информационных технологий Объединенный институт ядерных исследований
Автор, ответственный за переписку.
Email: camir@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Head of Sector “Scientific Division of Computational Physics”
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияН. Р. Саркер
Лаборатория информационных технологий Объединенный институт ядерных исследований
Email: sarker@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher “Scientific Division of Computational Physics”
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияИ. Сархадов
Лаборатория информационных технологий Объединенный институт ядерных исследований
Email: ibrohim@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher “Scientific Division of Computational Physics”
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияСписок литературы
- S. L. Sobolev, “Local non-equilibrium transport models,” Physics Uspekhi, vol. 40, no. 10, pp. 1043-1053, 1997, in Russian. DOI: 10.1070/ PU1997v040n10ABEH000292.
- S. I. Anisimov and B. S. Luk’yanchuk, “Selected problems of laser ablation theory,” Usp. Fiz. Nauk, vol. 172, no. 3, pp. 301-333, 2002. doi: 10.3367/UFNr.0172.200203b.0301.
- V. P. Veiko, M. N. Libensonm, G. G. Chervyakov, and E. B. Yakovlev, Interaction of laser radiation with matter. Power optics [Vzaimodeystviye lazernogo izlucheniya s veshchestvom. Silovaya optika], V. I. Konov, Ed. Moscow: Fizmatlit, 2008, in Russian.
- M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer simulation of liquids. Clarendon Press, 1991.
- Z. H. Jin, P. Gumbsch, K. Lu, and E. Ma, “Melting mechanisms at the limit of superheating,” Physical Review Letters, vol. 87, p. 055 703, 5 Jul. 2001. doi: 10.1103/PhysRevLett.87.055703.
- F. F. Abraham and J. Q. Broughton, “Pulsed melting of silicon (111) and (100) surfaces simulated by molecular dynamics,” Phys. Rev. Lett., vol. 56, pp. 734-737, 7 Feb. 1986. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.734.
- V. Zhigilei and B. J. Garrison, “Pressure Waves in Microscopic Simulations of Laser Ablation,” in Materials Research Society (MRS) Proceedings, vol. 538, Cambridge University Press, 1998, pp. 491-496. DOI: 10.1557/ PROC-538-491.
- J. I. Etcheverry and M. Mesaros, “Molecular dynamics simulation of the production of acoustic waves by pulsed laser irradiation,” Phys. Rev. B, vol. 60, pp. 9430-9434, 13 Oct. 1999. doi: 10.1103/PhysRevB.60.9430.
- L. V. Zhigilei and B. J. Garrison, “Microscopic mechanisms of laser ablation of organic solids in the thermal and stress confinement irradiation regimes,” Journal of Applied Physics, vol. 88, no. 3, pp. 1281-1298, 2000. doi: 10.1063/1.373816.
- A. V. Lykov, Heat and Mass Transfer [Teplomassoobmen], 2nd. Moscow: Energiya, 1978, in Russian.
- P. Vernott, “Les paradoxes de la théorie continue de l’équation de la chaleur,” Comptes rendus de l’Académie des Sciences, vol. 246, no. 22, pp. 3154-3155, 1958.
- E. M. Kartashov and V. A. Kudinov, Analytical methods of the theory of heat conduction and its applications [Analiticheskiye metody teorii teploprovodnosti i yeye prilozheniy]. Moscow: LENAND, 2018.
- V. B. Fokin, “Continuous-automaton model and its application for numerical calculation of the effect of single and double femtosecond laser pulses on metals [Kontinual’no-atomaticheskaya model’ i yeye primeneniye dlya chislennogo rascheta vozdeystviya odinochnogo i dvoynogo femtosekundnogo lazernogo impul’sa na metally],” in Russian, Candidate of Sci. in Phys. and Math. (PhD) Thesis, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 2017.
Дополнительные файлы
