EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS
Subject and Purpose. The effect of abnormally strong interaction of electromagnetic radiation with fine conductive fibers is сonsidered. Metal, semiconductor, or graphite fibers can heavily absorb electromagnetic radiation provided the fiber diameter is several hundred times smaller than the radiati...
Збережено в:
| Видавець: | Видавничий дім «Академперіодика» |
|---|---|
| Дата: | 2024 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1437 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Організація
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1437 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
diffraction scattering absorption fine fiber дифракція розсіяння поглинання тонке волокно |
| spellingShingle |
diffraction scattering absorption fine fiber дифракція розсіяння поглинання тонке волокно Kokodii, M. G. Natarova, A. O. Gurina, D. V. Priz, I. O. Maslov, V. O. Karlov, V. D. EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| topic_facet |
diffraction scattering absorption fine fiber дифракція розсіяння поглинання тонке волокно |
| format |
Article |
| author |
Kokodii, M. G. Natarova, A. O. Gurina, D. V. Priz, I. O. Maslov, V. O. Karlov, V. D. |
| author_facet |
Kokodii, M. G. Natarova, A. O. Gurina, D. V. Priz, I. O. Maslov, V. O. Karlov, V. D. |
| author_sort |
Kokodii, M. G. |
| title |
EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| title_short |
EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| title_full |
EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| title_fullStr |
EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| title_full_unstemmed |
EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS |
| title_sort |
effect of anomalously strong absorption of electromagnetic radiation in fine conductive fibers |
| title_alt |
ЕФЕКТ АНОМАЛЬНО СИЛЬНОГО ПОГЛИНАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ТОНКИМИ ПРОВІДНИКОВИМИ ВОЛОКНАМИ |
| description |
Subject and Purpose. The effect of abnormally strong interaction of electromagnetic radiation with fine conductive fibers is сonsidered. Metal, semiconductor, or graphite fibers can heavily absorb electromagnetic radiation provided the fiber diameter is several hundred times smaller than the radiation wavelength. For the most effective transfer of radiation energy, a proper ratio of the radiation wavelength, fiber refractive index, and fiber diameter is sought.Methods and Methodology. The diffraction problem of a cylinder whose diameter is much smaller than the incident wavelength is treated. The formulas to compute the radiation absorption efficiency have a series appearance. The series coefficients depend on the diameter of the cylinder, its refractive index, and the wavelength. With the cylinder diameter much smaller than the wavelength, these coefficients can be series expanded in the small parameter, and it should suffice to take into account only the first term. The findings are experimentally verified by measurements of the microwave radiation energy transmitted to a fine graphite fiber.Results. Relationships have been determined of the fiber diameter, fiber conductivity, and wavelength when the effect of the electromagnetic radiation absorption was at its strongest. The experiment showed that even unfocused, an 8 mm wave beam transmitted more than 10% of the energy to a graphite fiber of a 12 μm diameter. The size of the fiber area struck by the beam was 300 times smaller than the beam cross-section.Conclusions. Conductive fibers of a cross-sectional diameter much smaller than the incident radiation wavelength strongly absorb this radiation. The absorption is at its strongest when the radiation wavelength in the fiber substance is approximately 10 times larger than the cross-sectional diameter of the fiber. The effect of the anomalously strong absorption of electromagnetic radiation can be used to transfer the electromagnetic radiation energy to fine-fiber targets no matter whether the radiation beam is focused or not. Also, this effect can be of use for making protective screens in the microwave region.Keywords: diffraction, scattering, absorption, fine fiberManuscript submitted 22.02.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 076-082REFERENCES1. Van de Hulst, H.C., 1981. Light scattering by small particles. New York, Dover Publ.2. Kerker, M., 1969. The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, London, Academic Press. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404550-7.50008-73. Bohren, C.F., Huffman, D.R., 1983. Absorbing and scattering of light by small particles. New York, Wiley.4. Lazarev, L.P., Mirovitskaya, S.D., 1988. Control of geometrical and optical parameters of fibers. Moscow: Radio i svyaz Publ. (in Russian).5. Kuzmichev, V.M., Kokodii, N.G., Safronov, B.V., Balkashin, V.P., 2003. Values of the absorption efficiency factor of a thin metal cylinder in the microwave band. J. Commun. Technol. Electron., 48(11), pp. 1240—1242.6. Akhmeteli, A., Kokodii, N., Safronov, B., Balkashin, V., Priz, I., Tarasevich, A., 2014. Efficient non-resonant absorption of electromagnetic radiation in thin cylindrical targets: experimental evidence. Proc. SPIE., 9097, id. 90970H 11 pp. DOI: https://doi.org/10.1117/12.20534827. Kokodii, N.G., Kaydash, M.V., Timaniuk, V.A., Priz, I.A., 2017. Interaction of electromagnetic radiation with a thin metal wire in the case of a glancing incident wave. J. Commun. Technol. Electron., 62(3), pp. 205—211. DOI: https://doi.org/10.1134/S10642269171300108. He, Shi, Shulga, S.N., Kokodii, N.G., Gorobets, N.N., Kiiko, V.I., Butrym, A.Yu., Zheng, Yu., 2011. Interaction of electromagnetic wavesinawaveguidewithverythinwires. J. Commun. Technol. Electron., 56(10), pp. 1193—1196. DOI: https://doi.org/10.1134/S10642269111001239. Gilchuk, A.V., Khalatov, A.A., 2017. Theory of heat conductivity. Part 1. Basic handbook. Kyiv, KPI Publ. (in Ukrainian).10. Bosworth, R.C.L., 1952. Heat transfer phenomena. PTY. Ltd, Sydnay. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2024 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1437 |
| work_keys_str_mv |
AT kokodiimg effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT natarovaao effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT gurinadv effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT prizio effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT maslovvo effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT karlovvd effectofanomalouslystrongabsorptionofelectromagneticradiationinfineconductivefibers AT kokodiimg efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami AT natarovaao efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami AT gurinadv efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami AT prizio efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami AT maslovvo efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami AT karlovvd efektanomalʹnosilʹnogopoglinannâelektromagnítnogovipromínûvannâtonkimiprovídnikovimivoloknami |
| first_indexed |
2024-05-26T06:17:29Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:17:29Z |
| _version_ |
1804810613812101120 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-14372024-03-18T09:13:49Z EFFECT OF ANOMALOUSLY STRONG ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN FINE CONDUCTIVE FIBERS ЕФЕКТ АНОМАЛЬНО СИЛЬНОГО ПОГЛИНАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ТОНКИМИ ПРОВІДНИКОВИМИ ВОЛОКНАМИ Kokodii, M. G. Natarova, A. O. Gurina, D. V. Priz, I. O. Maslov, V. O. Karlov, V. D. diffraction; scattering; absorption; fine fiber дифракція; розсіяння; поглинання; тонке волокно Subject and Purpose. The effect of abnormally strong interaction of electromagnetic radiation with fine conductive fibers is сonsidered. Metal, semiconductor, or graphite fibers can heavily absorb electromagnetic radiation provided the fiber diameter is several hundred times smaller than the radiation wavelength. For the most effective transfer of radiation energy, a proper ratio of the radiation wavelength, fiber refractive index, and fiber diameter is sought.Methods and Methodology. The diffraction problem of a cylinder whose diameter is much smaller than the incident wavelength is treated. The formulas to compute the radiation absorption efficiency have a series appearance. The series coefficients depend on the diameter of the cylinder, its refractive index, and the wavelength. With the cylinder diameter much smaller than the wavelength, these coefficients can be series expanded in the small parameter, and it should suffice to take into account only the first term. The findings are experimentally verified by measurements of the microwave radiation energy transmitted to a fine graphite fiber.Results. Relationships have been determined of the fiber diameter, fiber conductivity, and wavelength when the effect of the electromagnetic radiation absorption was at its strongest. The experiment showed that even unfocused, an 8 mm wave beam transmitted more than 10% of the energy to a graphite fiber of a 12 μm diameter. The size of the fiber area struck by the beam was 300 times smaller than the beam cross-section.Conclusions. Conductive fibers of a cross-sectional diameter much smaller than the incident radiation wavelength strongly absorb this radiation. The absorption is at its strongest when the radiation wavelength in the fiber substance is approximately 10 times larger than the cross-sectional diameter of the fiber. The effect of the anomalously strong absorption of electromagnetic radiation can be used to transfer the electromagnetic radiation energy to fine-fiber targets no matter whether the radiation beam is focused or not. Also, this effect can be of use for making protective screens in the microwave region.Keywords: diffraction, scattering, absorption, fine fiberManuscript submitted 22.02.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 076-082REFERENCES1. Van de Hulst, H.C., 1981. Light scattering by small particles. New York, Dover Publ.2. Kerker, M., 1969. The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, London, Academic Press. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404550-7.50008-73. Bohren, C.F., Huffman, D.R., 1983. Absorbing and scattering of light by small particles. New York, Wiley.4. Lazarev, L.P., Mirovitskaya, S.D., 1988. Control of geometrical and optical parameters of fibers. Moscow: Radio i svyaz Publ. (in Russian).5. Kuzmichev, V.M., Kokodii, N.G., Safronov, B.V., Balkashin, V.P., 2003. Values of the absorption efficiency factor of a thin metal cylinder in the microwave band. J. Commun. Technol. Electron., 48(11), pp. 1240—1242.6. Akhmeteli, A., Kokodii, N., Safronov, B., Balkashin, V., Priz, I., Tarasevich, A., 2014. Efficient non-resonant absorption of electromagnetic radiation in thin cylindrical targets: experimental evidence. Proc. SPIE., 9097, id. 90970H 11 pp. DOI: https://doi.org/10.1117/12.20534827. Kokodii, N.G., Kaydash, M.V., Timaniuk, V.A., Priz, I.A., 2017. Interaction of electromagnetic radiation with a thin metal wire in the case of a glancing incident wave. J. Commun. Technol. Electron., 62(3), pp. 205—211. DOI: https://doi.org/10.1134/S10642269171300108. He, Shi, Shulga, S.N., Kokodii, N.G., Gorobets, N.N., Kiiko, V.I., Butrym, A.Yu., Zheng, Yu., 2011. Interaction of electromagnetic wavesinawaveguidewithverythinwires. J. Commun. Technol. Electron., 56(10), pp. 1193—1196. DOI: https://doi.org/10.1134/S10642269111001239. Gilchuk, A.V., Khalatov, A.A., 2017. Theory of heat conductivity. Part 1. Basic handbook. Kyiv, KPI Publ. (in Ukrainian).10. Bosworth, R.C.L., 1952. Heat transfer phenomena. PTY. Ltd, Sydnay. Предмет і мета роботи. Досліджено ефект аномально сильної взаємодії електромагнітного випромінювання з тонкими провідниковими волокнами. Ефект полягає в тому, що металеві напівпровідникові або графітові волокна, діаметр перерізу яких у кілька сотень разів менший за довжину хвилі, здатні сильно поглинати електромагнітну хвилю. Визначено, за яких співвідношень між довжиною хвилі, показником заломлення та діаметром перерізу волокна відбувається найбільш ефективна передача енергії випромінювання.Методи та методологія. Проведено аналіз задачі дифракції електромагнітної хвилі на циліндрі в умовах, коли діаметр циліндра набагато менший від довжини хвилі. Формули для обчислення фактора ефективності поглинання циліндром падаючого на нього випромінювання мають вигляд рядів, в яких коефіцієнти залежать від діаметра циліндра, його показника заломлення і довжини хвилі. Якщо діаметр циліндра набагато менший за довжину хвилі, вирази для коефіцієнтів рядів можна розкласти в ряд за малим параметром і врахувати тільки їх перший член. Проведено експеримент, в якому було виміряно енергію мікрохвильового випромінювання, передану тонкому графітовому волокну.Результати. Знайдені співвідношення між довжиною хвилі, діаметром перерізу волокна і значенням провідності, коли ефект найсильніший. В експерименті пучок випромінювання з довжиною хвилі 8 мм передавав графітовому волокну з діаметром перерізу 12 мкм більше 10 % енергії, незважаючи на відсутність фокусування. Площа волокна, на яку падав пучок, була в 300 разів менша від площі поперечного перерізу пучка.Висновки. Провідникові волокна, які мають діаметр перерізу, набагато менший від довжини хвилі падаючого на них електромагнітного випромінювання, сильно поглинають це випромінювання. Максимальне поглинання спостерігається, коли довжина хвилі в речовині волокна приблизно в 10 разів більша за діаметр його перерізу. Ефект може бути використаним для передачі енергії електромагнітного випромінювання мішеням з тонкого волокна без фокусування пучка випромінювання і для створення захисних екранів у мікрохвильовому діапазоні.Ключові слова: дифракція; розсіяння; поглинання; тонке волокноСтаття надійшла до редакції 22.02.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 076-082БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Van de Hulst H.C. Light scattering by small particles. New York, Dover Publ., 1981. 536 p.2. Kerker M. The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, London, Academic Press, 1969. 671 p.3. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorbing and scattering of light by small particles. New York, Wiley, 1983. 664 p.4. Lazarev L.P., Mirovitskaya S.D. Control of geometrical and optical parameters of fibers. Moscow: Radio and svyaz, 1988 (in Russian).5. Kuzmichev V.M., Kokodii N.G., Safronov B.V., and Balkashin V.P. Values of the absorption efficiency factor of a thin metal cylin- der in the microwave band. J. Commun. Technol. Electron. 2003. Vol. 48, Iss. 11. P. 1240—1242.6. Akhmeteli A., Kokodii N., Safronov B, Balkashin V., Priz I., Tarasevich A. Efficient non-resonant absorption of electromagnetic ra- diation in thin cylindrical targets: experimental evidence. Proc. SPIE. 2014. Vol. 9097, id. 90970H 11 p. DOI: 10.1117/12.20534827. Kokodii N.G., Kaydash M.V., Timaniuk V.A. Interaction of electromagnetic radiation with a thin metal wire in the case of a glanc- ing incident wave. J. Commun. Technol. Electron. 2017. Vol. 62, Iss. 3. P. 205—211. DOI: 10.1134/S10642269171300108. He Shi, Shulga S.N., Kokodii N.G., Gorobets N.N., Kiiko V.I., Butrym A.Yu., Zheng Yu. Interaction of electromagnetic waves in a waveguide with very thin wires. J. Commun. Technol. Electron. 2011. Vol. 56, Iss. 10. P. 1193—1196. DOI: 10.1134/ S10642269111001239. Гільчук А.В., Халатов А.А. Теорія теплопровідності. Частина 1. Навчальний посібник. Київ: КПІ, 2017. 86 с.10. Bosworth R.C.L. Heat transfer phenomena. PTY. Ltd, Sydnay, 1952. 211 p. Видавничий дім «Академперіодика» 2024-03-11 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1437 10.15407/rpra29.01.076 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 29, No 1 (2024); 76 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 29, No 1 (2024); 76 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 29, No 1 (2024); 76 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra29.01 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1437/pdf Copyright (c) 2024 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |