Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность применения методов математического моделирования к исследованию процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом определяется с возросшими в последнее время потребностями развития перспективных лазерных технологий. Для создания современных технологий обработки материалов лазером необходимо развивать методы диагностики протекающих при этом процессов.' Однако ряд особенностей, в частности нелинейность, неравновесность и высокая скорость явлений, происходящих как в твердой фазе, так и в парах у поверхности при действии на них излучения лазера,, ограничивает применение пкецс-рпменталькых методик дпагюхтики. Высокая производительное гь современных компьютеров делает возможным применение математического моделирования в качестве инструмента для изучения явлений, пыеющих место при воздействии лазерного излучения на материалы. С точки зрения математического моделирования, для таких задач характерно наличие подвижных границ раздела фаз, больших температурных градиентов в твердой и жидкой фазах и значительным числом кинетических процессов с стильно отличающимися характерными выменами протекания и большим числом параметров в возникающей вблизи поверхности мишени лазерной плазме. Все это затрудняет применение классических аналитических, численно - асимптотических и разностных подходов. Направлением данной работы является разработка новых математических моделей неравновесных процессов плазмообразования п переноса линейчатого излучения в слое плазмы, а также применение современных численных методов, таких как метод динамической адаптации, к изучению неравновесных процессов в конденсированной фазе. Этот подход позволяет моделировать такую недостаточно хорошо изученную проблему, как взаимосвязь фазовых превращений с метастабильными состояниями вещества.
Цель работы. Целью данной работы является разработка математических моделей и применение методов математического моделирования к исследованию процессов, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с твердотельными мишенями, и образуюшл1 мися при этом парами вещества.
Научная новизна о Разработана ударно - излучательная математическая модель, описывающая кинетику ионизационно - рекомбинапл-онных процессов и перенос излучения в линейчатом спектре в парах металлов и плазме с учетом большого числа возбужденных состояний нейтральных атомов и ионов, входящих в состав пара. Расчеты в рамках этой модели позволили проанализировать особенности явления оптического пробоя и развития плазмы в испаренном веществе мишени,
о Применение метода динамической адаптации к решению совмещенного варианта задачи Стефана позволило явно выделить подвижные границы раздела фаз и исследовать динамику и общие тенденции таких неравновесных явлений, происходящих внутри образца при действии на него лазерного излучения, как возникновение и эволюция метастабильных перегретых состояний.
Практическая значимость Разработанные модели процессов, происходящих при лазерном воздействии на различные материалы, могут использоваться для определения оптимальных режимов лазерной обработки материалов. Кроме того, они могут использоваться для интерпретации результатов экспериментальных исследований.
Апробация диссертации. Результаты диссертации докладывались на международном конгрессе по применению лазеров и электрооптики в 1993 и 1994 годах (ICALEO'93 и ICALEO'94, США, Орландо); на международной конференции Европейского сообщества по исследованию материалов в 1993 году (E-MRS, Франция, Страссбург); на международном лазерном конгрессе в 1993 году (LASER М2Р, Франция, Лион); на научном семинаре профессора Леванова Е.й.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в шести печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав, заключения и библиографии; изложена на страницах 107 машинописного текста (в том числе 45 рисунков и 3 таблицы). Библиография включат 100 работ.
