레이저를 이용한 알루미늄과 산소의 연소 및 폭발현상 연구

Abstract

본 논문에서는 공기 중에서 높은 레이저 복사 조도에 따른 효과에 의해 발생되는 금속 플라즈마의 발달 과정에 대하여 레이저 펄스가 끝나는 이후로 쉐도우그래프(Shadowgraph) 가시화 방법을 이용하여 현상을 연구하였다. 따라서 레이저에 의한 데토네이션의 발생과 이를 일으키는 연소 과정 대한 연구가 진행되었다. 본 논문의 가장 중요한 점들은 높은 레이저 에너지에 의해 삭마 된 기체 상태의 알루미늄과 공기로부터의 산소와의 화학 반응의 진행을 관측했을 뿐만 아니라, 화학 반응 최종 산화물을 X선 회절 분석법(X-Ray Diffraction)을 통해 관측한 것이며, 레이저를 통해 유도된 화학적 반응 파와 공기 중에서의 알루미늄 분진 폭발의 데토네이션과의 양적인 평가를 유도하였다. 그리고 레이저 분광분석을 이용하여 알루미늄과 산소의 스펙트럼 분석을 통하여 연소 상태를 판별하고 주변 환경을 계산하였다. 이러한 연구는 덩어리 상태의 금속 샘플에서 공기 중의 산소를 이용하여 데토네이션을 발생시키는 새로운 방법을 제시하는 것에 큰 도움이 될 것이라 여겨진다.

We explore the evolution of metal plasma generated by high laser irradiances and its effect on the surrounding air by using shadowgraph images after laser pulse termination and X-Ray Diffraction (XRD) between ablated aluminum plasma and oxygen from air by inducing high power laser pulse (>1000 mJ/pulse); hence the formation of laser supported detonation and combustion processes has been investigated. The essence of the paper is in observing initiation of chemical reaction between ablated aluminum plasma and oxygen from air by inducing high power laser pulse (>1000 mJ/pulse) and conduct a quantitative comparison of chemically reactive laser initiated waves with the classical detonation of exploding aluminum (dust) cloud in air. Findings in this work may lead to a new method of initiating detonation from metal sample in its bulk form without the need of mixing nano-particles with oxygen for initiation.