Ключевые слова: сверхкритическая вода, молекулярная динамика, взаимодействие лазерного излучения с веществом, двухтемпературная модель, динамические скоростные уравнения
Экспериментально и с помощью численного моделирования, основанного на классическом методе молекулярной динамики в сочетании с двухтемпературной моделью и динамическими скоростными уравнениями, восстановлена динамика фемтосекундного лазерного воздействия на воду. Данный процесс происходит в несколько этапов: изначально фемтосекундный лазерный импульс взаимодействует с электронной подсистемой, генерируя плазму за счет многофотонной, туннельной и ударной ионизации. Передача энергии от электронов плазмы к атомам, как показывает двухтемпературная модель, приводит к сверхбыстрому нагреву вещества до температуры ∼10000 К, а достигаемые в области воздействия давления составляют ∼15 ГПа, что приводит к генерации ударной волны. Превышение температур и давлений над критическими значениями в сочетании с высокими флуктуациями плотности и кластеризацией позволяют утверждать о переходе вещества в сверхкритическое состояние. Давления и температуры, превышающие критические значения, достигаются в области несколько превышающей область кавитации; при этом эта область испытывает осцилляции с периодом, близким к периоду колебаний кавитационного пузыря. Показано, что в случае фемтосекундного лазерного воздействия удельный энерговклад, измеряемый экспериментально, можно использовать в качестве начального условия, предполагая мгновенный нагрев среды, что значительно упрощает численное моделирование. В рамках такого подхода успешно восстанавливаются как давления, достигаемые на фронте ударной волны, так и динамика кавитационных пузырей.
doi:10.34984/SCFTP.2024.19.4.003