레이저 유도 플라즈마에서의 코팅과 자기장 효과 연구

Abstract

본 연구는 군사용 레이저 무기 체계화를 목적으로 하였다. 미사일과 같은 비행체를 보다 효과적으로 제압하고자 비행체에 주어질 수 있는 가능한 환경을 예상하여 코팅 효과 실험이 진행되었다. 세가지 종류의 금속(STS, Ti, Al)에 공업용 혹은 군사용으로 널리 사용되는 세가지 종류의 페인트(Acrylic Urethane, Silicone Alkyd, Stealth 이하 A/U, Si/A, St)와 물을 코팅하였고, 그 위에 고출력 CO2 레이저를 조사한 후, 온도와 변형률을 측정함으로써 시편의 파괴여부를 가늠하였다. 페인트 코팅은 시편의 파괴를 촉진시켰고, 물 코팅은 경우에 따라 시편의 파괴를 촉진시키기도 혹은 억제시키기도 하였다. 한편, 불발된 미사일과 같은 폭발물을 보다 효과적으로 탐지하고자 레이저를 이용한 분광기법에서의 자기장 효과 실험이 진행되었다. 세가지 종류의 금속(STS, Ti, Al)과 공기에 고출력 나노초급 펄스 Nd:YAG 레이저를 집광하여 플라즈마를 만들었고, 그 주위에 네오디움 영구자석으로 자기장을 형성한 후, 플라즈마의 스펙트럼을 측정함으로써 자기장이 분광기법에 주는 영향에 대해 연구하였다. 펄스당 레이저 에너지와 spectrograph 의 delay time 이 비교적 작은 경우에는 분광 신호의 세기가 자기장 내에서 증가하였고, 펄스당 레이저 에너지와는 상관없이 플라즈마는 자기장 내에서 쉽게 소멸되었다. 본 연구는 기존의 이와 유사한 연구에서는 다루지 않았던 부분을 연구했다는 것과, 레이저 무기 분야를 비롯한 그 외 여러 분야에 유용한 데이터 베이스로 활용될 수 있다는 것에 그 의의가 있다.

The present work is for the field of military weapons, especially laser weapons and deals with two experiments i.e. coating effect experiment and magnetic effect experiment. The former is for better attack and the latter is for better detection. The conditions, which can be expected on flying vehicles e.g. missiles, were imitated with various coatings in the coating effect experiment. Three types of paint coatings (Acrylic urethane, Silicone alkyd and Stealth) and a water coating on metals (Al, Ti and STS) were irradiated with a CO2 laser. Both strain and temperature measurements were provided for assessing the instantaneous response characteristics of each coating on different metals. A selective combination of surface coats with metals proved effective in either preventing or enhancing damage, both thermal and mechanical, associated with focused beaming on a target. Meanwhile, Nd:YAG laser was focused on air and metals (Al, Ti and STS). And the laser-induced plasma was provided with permanent magnetic field (0.4T) of the Nd2Fe14B magnet in the magnetic effect experiment. The spectrum of the plasma was taken in either presence or absence of the magnetic field. When laser pulse energy and delay time of spectrograph were relatively small, the signal intensity was bigger in the presence of magnetic field than that in the absence of magnetic field. And plasma dissipated easily in the presence of magnetic field regardless of laser pulse energy. Plasma dissipation in magnetic field is a potential field to research, which has treated little in previous works. And the present work can be applied to not only the field of military weapons but also the other fields of laser applications as a valuable data base.