УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ ВНУТРИ КАМЕРЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ С ЛАЗЕРНЫМ НАГРЕВОМ

Предлагаемая полезная модель относится к области приборостроения, применяется в экспериментальных с лазерным нагревом в камерах высокого давления для фиксации образцов внутри камеры и проведения контрастной киносъемки. Полезная модель позволяет одновременно вводить внутрь камеры излучение греющего лазера и лазера подсветки. В экспериментах с лазерным нагревом существенное значение имеет регистрация состояния поверхности методом высокоскоростной киносъемки. Данный метод позволяет с высокой точностью определить момент появления жидкой фазы на этапе нагрева и начало кристаллизации при охлаждении. Для того, чтобы устранить влияние собственного теплового излучения образца при фото или киносъемке поверхности, образец подсвечивается монохроматическим источником света, а в объектив кинокамеры устанавливается соответствующий светофильтр. Интенсивность подсветки должна существенно превышать интенсивность теплового излучения образца в выбранном спектральном и температурном диапазоне. В экспериментах по исследованию тугоплавких материалов температура образца достигает нескольких тысяч К, и мощность источника подсветки должна составлять десятки Ватт. Угол падения излучения подсветки должен существенно отличаться от угла съемки для обеспечения требуемого контраста. Конструкция камер высокого давления, позволяющих проводить эксперименты при статическом давлении газа выше 0,3 ГПа, предполагает наличие специальных оптических окон, обладающих, как правило, небольшим световым диаметром (обычно 6-8 мм). При этом окна камеры могут быть расположены, по конструктивным ограничениям, только в перпендикулярных плоскостях (или друг напротив друга). Над поверхностью образца устанавливают дополнительное защитное стекло (например из сапфира) для предотвращения повреждения оптических окон камеры в результате испарения образца в ходе нагрева. При проведении эксперимента не представляется возможным использовать одно оптическое окно для ввода излучение греющего лазера, излучения лазера подсветки и фокусировки объектива кинокамеры на поверхность образца. Суммарный коэффициент отражения двух сапфировых пластинок в атмосфере сжатого газа достаточно высок, и отраженное излучение лазера подсветки дает блики на кинокадрах. Полезная модель позволяет вводить излучение лазера подсветки через боковое оптическое окно. Наиболее близким техническим решением к заявленной модели является устройство, описанное в статье «Melting of stoichiometric and hyperstoichiometric uranium dioxide» авторы D. Manara, C. Ronchi, M. Sheindlin, M. Lewis, M. Brykin в журнале Journal of Nuclear Materials 342 (2005) c. 148-163. В данной статье для ввода излучения и регистрации состояния поверхности использовалось одно окно. Регистрация состояния поверхности проводилась при помощи детектора на основе кремниевого диода с площадки 0.3-0.5 мм, что позволило ввести излучение лазера подсветки под углом и избежать бликов. Предлагаемая полезная модель позволяет регистрировать состояние всей поверхности образца, повысить точность определения момента плавления и кристаллизации, получать кадры киносъемки свидетельствующие о наличии или отсутствии жидкой фазы, уменьшить воздействие отраженного излучения лазера подсветки на другие диагностические поборы. Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, позволяющего фокусировать излучение лазера подсветки на образец через боковое отверстие камеры, не перекрывая обзор через верхнее оптическое окно. Технический результат полезной модели-возможность осуществления контрастной киносъемки поверхности образца при температурах до 5000К и давлении выше 0,3 ГПа.
Технический результат достигается тем, что к боковой стенке держателя образца крепится металлическое зеркало под углом 30-45 градусов. Держатель устанавливается внутри камеры таким образом, чтобы зеркало располагалось напротив бокового оптического окна камеры. С помощью данного устройства можно сфокусировать луч лазера подсветки через боковое окно, что позволяет существенно уменьшить интенсивность бликов при киносъемке, а также варьировать угол падения излучения на образец изменяя наклон зеркала.
Предлагаемая полезная модель состоит из исследуемого образца 1 закрепленного в держателе 5 установленного внутри камеры высокого давления, оборудованной двумя оптическими окнами 3. Вблизи поверхности образца закреплено защитное окно 2, а на боковой поверхности держателя расположено металлическое зеркало 4 для направления луча подсветки, проходящего через боковое окно камеры высокого давления, на поверхность образца.