- •Литература
- •Реферат
- •1. Аналитическая часть
- •Фракталы
- •Фрактальная размерность
- •Фрактальная размерность Минковского
- •Фрактальная размерность по Хаусдорфу
- •Фрактальные кластеры
- •Матрица рассеяния
- •Общий вид матриц рассеяния систем сферических частиц
- •Распределение частиц по размерам
- •Радиус гирации (радиус инерции сечения)
- •Постановка задачи уир
- •2. Теоретическая часть
- •Алгоритм для моделирования кластеров сферических частиц, образованных по баллистическому механизму
- •Разбиение пространства на «блоки», обоснование разбиения, описание алгоритма
- •3. Программная реализация
- •Программная генерация кластера
- •Параметры распределения
- •Механизмы агрегации частиц
- •Параллельная реализация алгоритма, изложенного в пункте 2. Модификация алгоритма
- •Программный расчет параметров кластера
- •Результаты компьютерного эксперимента
- •Исследование предельных фрактальных характеристик кластеров сферических частиц
- •Исследование матриц рассеяния света для систем фрактальных кластеров сферических наночастиц
- •Заключение
- •Список литературы
Исследование матриц рассеяния света для систем фрактальных кластеров сферических наночастиц
Для интерпретации данных экспериментов по рассеянию лазерного излучения в водных средах, содержащих растворенный воздух, были проведены расчеты матрицы рассеяния света как функции угла рассеяния для четырех «ансамблей» (выборок размера 2∙103) кластеров наносфер с различными статистическими параметрами:
; ; ; .
Соответствующие элементы матрицы рассеяния света на длине волны 532 нм как функции угла рассеяния показаны на рис.4. Отметим, что приведенные на рис.4 экспериментальные данные недостаточно корректны в области бокового рассеяния. В данной модели не учитывается многократное рассеяние, влияние которого может вносить существенную поправку в угловые профили элементов матрицы рассеяния ансамбля кластеров, – этим объясняется существенное расхождение теоретических кривых с экспериментальными данными после 70°. Разработка модели многократного рассеяния будет являться предметом дальнейшего исследования.
Рис. 4 Нормированные элементы матрицы рассеяния света F11, f12, f22, f33, f34, f44 для бабстонных кластеров на длине волны 532нм. Сплошные кривые – численные расчеты для ансамблей кластеров баллистического типа с нулевым прицельным расстоянием. Кружки - физический эксперимент.
|
Raleigh |
|
(1) |
|
(2) |
|
(3) |
|
(4) |
На рис. 5 показаны все 16 элементов матриц рассеяния света на длине волны 532 нм, рассчитанных для набора эквидистантных поворотов одного кластера бабстонов, изображенного на рис.2, и для двух выборок размером 2∙103 из случайных реализаций кластеров такого же типа с параметрами: и , (кривые (2), (3) и (4), соответственно).
Рис. 5а Нормированные элементы матрицы рассеяния ( нормирован на значение в 0) F11, f12, f21, f22, f31, f32, f41, f42 для бабстонных кластеров на длине волны 532нм.
Рис. 5а Нормированные элементы матрицы рассеяния ( ) f13, f14, f23, f24, f33, f34, f43, f44 для бабстонных кластеров на длине волны 532нм.
Полученные угловые зависимости элементов матрицы рассеяния показывают (рис. 4, 5), что значение элемента F11 уменьшается с ростом угла быстрее, чем для Релеевских частиц, что типично для ансамбля частиц Ми. Остальные существенно ненулевые матричные элементы (блочно-диагональные) ведут себя подобно Релеевским. Обнаруженные небольшие отклонения от Релеевской матрицы заключаются в:
появлении периодических экстремумов, которые быстро затухают с углом;
снижении значения элементов f12 и f22 в области бокового рассеяния относительно Релеевских зависимостей.
Рассматривая реальные кластеры как сферы с некоторым эффективным радиусом, по положению первого минимума в Борновском приближении можно оценить соответствующий характерный масштаб кластера как целого, который в нашем случае оказывается ~ 0.5 мкм, что приблизительно соответствует средней величине радиуса гирации данных кластеров. При увеличении среднеквадратического отклонения числа частиц в кластере указанные экстремумы сглаживаются.