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第37章 声致发光现象(1 / 2)


在可控核聚变成功点火后一个小时,科学家们都重新回归正常的生活,泡在自己的实验室搞科研。

坐在自己办公室坐着的张子枫,眼神却闪过一丝激动。

还有半分钟,他的系统技能CD就快好了,这次他有信心能掌握可控和聚变小型化。

谁的技能归零,张子枫准备就绪后,就点下了技能。

大脑活跃度瞬间在一瞬间爆炸,一颗颗灵光气泡在张子枫脑海中,浮现又炸响。

“枪虾.........”

这是张子枫昏迷后的最后一个念头。

过了半个小时,张子枫醒来后,有些小懵逼。

“枪虾?我怎么想出个这东西?难不成让我去吃枪虾吃出个核聚变?”张子枫在内心吐槽道。

“枪虾,枪虾.........”张子枫在大脑疯狂搜集与枪虾有关的技术。

“有了!声致发光技术!”张子枫猛的一拍脑袋:“我怎么那么傻啊?早该想到的。”

张子枫急忙在脑海中翻找有关声致发光现象的所有信息。

脚注(当机械波作用于液体的时候,液体中会产生一种“机械波空化”现象——在液体中产生气泡,气泡随即坍塌到一个非常小的体积,内部的温度可以超过10万摄氏度,过程中会发出瞬间的闪光。这就是机械波发光的一种现象,也就是声致发光现象。)

声致发光(sninsn),是指当液体中的气泡受到机械波的激发时,气泡爆聚并迸发出极短暂的亮光的现象。

机械波在液体中传播时,在时空上产生压力起伏,出现低于静态压力的负压现象,在液体的负压区域,液体中的结构(空化核)会逐渐成长,形成肉眼可见的微米量级的气泡,称为空化。

当空化的内部增大驱动压时,空化泡内部的温度压力继续上升,会导致光的辐射,这就是上世纪发现的现象。

而声发光现象又分为多气泡和单气泡,多气泡在上世纪30年代发现,单气泡在上世纪80年代发现。

多气泡是科隆大ts于1934年在研究时首次观察到的。

在其实验过程中两人希望加快相片显影的过程,将一座机械波变换器置入注满显影剂的水槽中,事后却在显影后的底片上观察到一些微小的亮点。

同时每当机械波开启时,液体中的气泡便才会发出光来。

早年的实验中由于水下环境过于复杂,对于这些寿命(半衰期)极短暂的大量气泡难以做进一步的分析(.Triat于1933年也曾独立发现此现象)。

FipGaitan和LanCr在50多年后的1989年大幅改进了实验装置与技术,发现了单气泡。

在单气泡中,一颗被限制在驻波中的气泡会随着自身周期性的被压缩而不断放出光来。

由于这项实验技术将原本复杂的多气泡模型简化为单一稳定气泡的效应,故有助于更系统性地分析原理。

研究人员同时也发现气泡内部的温度竟然高到可以熔化钢铁的程度。

根据估计与假设,气泡内的温度可以高达100万K,这也重新唤起了人们的好奇与兴趣。

虽然如此高的温度尚未被确实证明,但近年来由伊利诺伊大学香槟分校主导的实验显示,气泡内的温度大约在2万K左右。

(脚注:符号K文字表述为开尔文,既为热力学温标,热力学的0度为273.15℃,转换公式为:T=273.15+t)

(这是高中物理的热力学,到时候你们可以学到,当然物理竞赛的小伙伴可以在八年级就了解到了。)

当一道足够强度的机械波射入液体内的一小块空腔时,会导致空腔急速地压缩,这个空腔可能是普通的气泡,或是因气穴现象引发的微小的低压气泡。由于可以在实验室中稳定地被呈现,产生出来的单一颗气泡会在被压缩和向外扩展的周期中,不断放出光来。为了达到这个结果,首先在液体中制造出一驻波,且气泡必须要置于驻波的波腹处,使其能受到最大的波幅。取决于容纳液体容器的形状与大小。

1)以上的能量聚集度;

2)皮秒级的闪光;

3)闪光与波场高度同步;

4)对惰性气体的依赖;

5)对实验控制参量(强度、波长、水温、气体溶解度等)的依赖;

6)发光过程伴随机械波发射。

这就是声致发光现象的基本特性。

而最重要的一个特性就是它的高温特性。

由于放出光的波长是相当短的,其谱线可以到达接近紫外光的程度。

由于短波长的光拥有较高的能量,经过计算,若欲产生如此高能量的光,气泡中环境的温度大约要落在2万~100万K之间。

但这种估计忽略了一项事实,即是水会吸收几乎所有波长低于200n的电磁波,这项事实也加深了正确估计气泡内确切温度的困难。

正因为这些估计都是建立在气泡被压缩过程中的发射光谱上,或是利用Rayigh-Psst方程所得到的。

甚至有人估计气泡内的温度可以达到10^9K,即有十亿度之高,但这些看来有些夸大的估计皆建立于现阶段尚未证实的模型,以及太多法确定的假设上。

也正是因为这个声致发光技术才会和核聚变有所联系。

正是因为它的温度有不确定性,所以才有巨大的潜力,或许声发光现象真的可以让温度达到十亿度。

这一个温度的1/10就已经达到了可控核聚变的温度要求。

而人类也在声致发光现象上做过不少实验,得出了很多个实验结论。

1)气泡释放出来的光芒持续时间相当短暂──大约在35至几百皮秒(ps)之间,光强大约在1~10毫瓦(W)左右。

2)当气泡放光时尺寸是非常小的。其直径大约只有1微米,而其能放出光的气泡大小取决于周围液体的种类(例如水)以及气泡中气体的种类(例如一般空气)。

3)在单气泡中放出的光,其周期和位置都是相当稳定的。

更有趣的是,虽然经过分析这些气泡会受到例如柏克尼斯力(Bjrknsfrs)或经历瑞利-泰勒不稳定性等作用,导致气泡会经历显著的几何结构不稳定过程。

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