Анализ динамики разлета газа при наносекундной лазерной абляции в вакууме

Проведено численное исследование динамики расширения газа при наносекундном лазерном испарении в вакууме на основе прямого статистического моделирования методом Монте-Карло. Выполнен анализ изменения формы облака испаренного вещества в процессе разлета. Показано сильное влияние степени разреженности на форму формирующегося облака. При испарении большого числа монослоев наблюдается хорошее согласие с континуальным решением.

Получены данные по энергии частиц во времяпролетном распределении для диапазона режимов от свободномолекулярного течения до континуального. Показано, что учет Гауссова распределения по поверхности испарения слабо изменяет динамику разлета и приводит к увеличению кинетической энергии частиц на времяпролетном детекторе только на 2-4%. Из анализа одномерного аналитического континуального решения определена максимально достижимая средняя энергия частиц во времяпролетном распределении, которая хорошо согласуется с результатами расчетов. 

Пространственное распределение потенциала U(ρ, z) плазмы вблизи цепочки пылевых частиц диаметров 3.4 (слева) и 8.94 (справа)

Обнаружена немонотонность роста энергии от числа испаренных монослоев, которая объясняется на основе анализа распределения частиц по скоростям. Показано, что при интенсивном испарении число низкоскоростных молекул, попадающих на детектор, увеличивается с ростом размера пятна испарения, что приводит к уменьшению средней энергии частиц. Получены достоверные данные о зависимости энергии частиц на времяпролетном детекторе от числа испаренных монослоев и размера пятна испарения. Полученные результаты важны для корректной интерпретации экспериментально измеренных времяпролетных распре-делений при изучении механизмов и динамики наносекундной лазерной абляции.

Руководитель работы – д.ф.-м.н. Морозов А.А., тел. +7 (383) 335-62-45.