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Mie scattering from submicron-sized CO$$_2$$ clusters formed in a supersonic expansion of a gas mixture

混合ガスの超音速ガスジェット中に形成されるサブミクロンサイズCO$$_2$$クラスターからのミー散乱

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

Jinno, Satoshi; Fukuda, Yuji; Sakaki, Hironao; Yogo, Akifumi; Kanasaki, Masato; Kondo, Kiminori; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

三段コニカルノズルを流れる混合ガスジェット中でのクラスター形成に関する数学モデルを提唱した。これを実験的に検証するために、ターゲットからの散乱光の角度分布を測定するミー散乱法を用いてクラスターサイズを評価した。CO$$_2$$(30%)/H$$_2$$(70%)及びCO$$_2$$(10%)/He(90%)混合ガス中に形成されるCO$$_2$$クラスターの平均サイズは、それぞれ0.28$$pm$$ 0.03$$mu$$mと0.26$$pm$$0.04$$mu$$mであった。さらに干渉計を用いることによりガス密度を測定した結果、モデルと2倍以内で一致した。また、ドライネス($=モノマー/(モノマー+クラスター)$比)はモデルを支持する結果であった。このような実験結果により、クラスター形成の数学モデルが混合ガスに対して十分信頼できることが証明された。

A detailed mathematical model is presented for a submicron-sized cluster formation in a binary gas mixture flowing through a three-staged conical nozzle. In order to experimentally confirm this model, the cluster sizes have been evaluated using the Mie scattering method, which is to measure the angular distribution of light scattered from targets. The mean sizes of CO$$_2$$ clusters produced in the gas mixtures of CO$$_2$$(30%)/H$$_2$$(70%) and CO$$_2$$(10%)/He(90%) are estimated to be 0.28$$pm$$ 0.03 $$mu$$m and 0.26$$pm$$0.04 $$mu$$m, respectively. In addition, total gas density profiles measured with an interferometer were found to be agreed with the numerical modeling within a factor of two. The dryness ($$=monomer/(monomer+cluster)$$ ratio) in the targets was found to support the numerical modeling. Thus, our mathematical model of cluster formation was proved to be reliable enough for the binary gas mixture by the experimental results.

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分野:Optics

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