Лекции по теории переноса лучистой энергии - Адзерихо К.С.
Скачать (прямая ссылка):
Приложения теории переноса лучистой энергии Mlfo-гочисленны и в каждом из разделов физики разнообразны по содержанию. В астрофизических проблемах существенной частью исследования является изуіенл.б процессов многократного рассеяния света в газовых сре-. дах и интерпретация спектров небесных тел. В силу большой разреженности межзвездного газа состояние самого вещества существеннейшим образом зависит от поля излучения, что значительно усложняет рассмотрение астрофизических задач. С другой стороны, имеется целый ряд задач, связанных с исследованием характеристик ' стечения оптически плотной плазмы. В решении этих задач заинтересованы специалисты по спектроскопии плазмы и исследователи воздействия мощных излучений на вещество. Вопросы, связанные с закономерностями излучения и гіоглощения молекулярных газов, в большой
5
степени интересуют специалистов по атмосферной оптике и геофизике в связи с исследованиями общей циркуляции ¦атмосферы, энергетики земной атмосферы, а также ставшими актуальными в настоящее время метеорологическими исследованиями с помощью искусственных спутников Земли и космических кораблей.
Важные задачи сейчас стоят перед специалистами по теории переноса в связи с необходимостью изучения закономерностей распространения лазерного излучения в естественных средах. Их решение реально определит возможности лазерной локации и связи.
Если перечисленные проблемы в основном связаны с определением поля излучения по известным оптическим характеристикам сред, то при наличии известных условий освещения и данных взаимодействия излучения со средой можно поставить вопрос об определении спектроскопических характеристик сред. В этой области — области обратных задач — достигнуты значительные успехи, составляющие основу спектроскопии рассеивающих и излучающих систем.
Все разделы физики, имеющие отношение к теории переноса излучения (сюда относятся и разделы ядерной физики по переносу корпускулярных излучений), имеют общую основу —это общность математических подходов к рассмотрению физических проблем, общность идей и воплощение последних в методы решения уравнения переноса. Поэтому любой успех в теоретических и экспериментальных исследованиях в одном мз перечисленных выше разделов физики имеет большое значение для остальных и при определенном физическом обосновании эти результаты можно использовать для объяснения того или иного явления в различных исследованиях переноса излучения. Так, например, успехи теории переноса излучения в послевоенные годы связаны с бурным развитием ядерной энергетики (отраженным в монографиях Дэви-сона, Фано, Марчука и др.).
В последнее время развитие теории переноса излучения сопровождается появлением новых, аналитических методов исследования, усовершенствованием уже известных методов, а также мощных машинных методов расчета, позволяющих решать весьма трудоемкие задачи. Постановка новых проблем теории переноса излучения и получение их аналитических или численных решёний
6
позволяют еще глубже вникнуть в существо процессов распространения излучения в среде, выявить еще неизвестные закономерности взаимодействия поля излучения с веществам и тем самым расширить наши знания об окружающем нас материальном мире.
§ 2. Характеристики поля излучения
Основными характеристиками поля излучения являются интенсивность, плотность и поток. Под интенсивностью (или яркостью) излучения обычно понимают то количество световой энергии, которое падает перпендикулярно на единичную площадку в единичном телесном угле за единицу времени. Если величина рассчитана на единичный частотный интервал, мы имеем дело со спектральной интенсивностью Iv. Если количество лучистой энергии в частотном интервале (v, v + rfv), падающей перпендикулярно на площадку da в телесном угле d?i за время dt, равно dEv, то ^cc
/v ~ dadQdvdt ' ' d
В общем случае спектральная интенсивность излучения является функцией от координат исследуемой точки среды г = г (jc, у, г), направления распространения 1 = 1(0, ф), частоты V и времени t\
К = К (г. 1. *)•
Для задач стационарной теории переноса излучения зависимость от времени опускается, т. е.
К = Zv (г. •)•
(Вопросы, связанные с нестационарным распространением излучения, обсуждаются в гл. 7.\
Если интенсивность излучения определяется в некотором частотном интервале Av=v2—vb то количество световой энергии определяется величиной
ъ
A?av = dadQdt f I^dv = I^dodQcU- (1.2)
v>
7
Очень часто при решении задач пользуются и н т е-гральной величиной интенсивности излучения:
OO
I (г, I) = J Iv (г, I) dv. • (1.3)
Объемная плотность излучения pv определяется количеством световой энергии в единице объема, приходящимся на единичный частотный интервал. Элементарный объем, который занимает излучение за интервал времени (t, t-\-dt), равен dV = cdtda, где с — скорость света. Тогда по (1.1):
J dEv — J Iv (г, I) dadQdvdt — pv (г) dVdv.
«Я) (4Л)
Отсюда находим связь между интенсивностью излучения и его плотностью:
Pv (Г) =-у- J Zv (г, I) CfQ- (1.4)
