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Photon emission accompanying deformation and fracture of ice
Y. Mizuno and T. Mizuno Can. J. Phys./Rev. can. phys. 81(1-2): 71-80 (2003) Full text (PDF 127 kb) Abstract: We observed photon emission during deformation and fracture of axially loaded polycrystalline ice. Emission of visible photons (300–650 nm) was correlated with crack generation and fracture, based on time-resolved photon emission signals taken during load changes. Emission intensity, including the entire spectra ranging from 300 to 650 nm, was roughly correlated with increasing strain energy released by fracturing, while considerable scattering of the intensity data implied that emission intensity also depended on the characteristics of each individual crack. Correlation was taken between simultaneous emissions detected with two photomultiplier tubes with different ranges of spectral sensitivity. Brief, intense emissions were clearly associated with load drops, and these probably included wavelengths shorter than 320 nm, indicating that near ultraviolet light is also emitted. On the other hand, weak but continuous signals with wavelengths longer than 650 nm were emitted the entire time the ice was subjected to a load. Emission intensity and spectra may be attributed to microprocesses during fracturing. Experimental evidence for emission of visible photons indicates that the generated electric charges on crack surfaces and at crack tips have energy ranging from 2 to 6 eV. Texte intégral (PDF de 127 ko) Résumé : Nous observons l'émission de photons pendant la déformation et la fissuration de glace polycristalline sous une charge axiale. L'émission de photons dans le visible (300 à 650 nm) qui montre une corrélation avec la génération de fissures et de fractures, est déterminée par la détection dans le temps des émissions de photons pendant les variations de charge. L'intensité d'émission, couvrant tout le spectre entre 300 et 650 nm, était approximativement corrélée avec l'augmentation d'énergie de pression libérée lors de fracturation, alors que la dispersion importante des données d'intensité indique que l'intensité d'émission dépendait aussi des caractéristiques de chaque fissure. Nous observons une corrélation entre les émissions détectées par deux tubes photomultiplicateurs avec différents domaines de sensibilité spectrale. De brèves et intenses émissions ont été clairement associées avec des chutes de charge et ces émissions incluaient probablement des longueurs d'onde plus petites que 320 nm, indiquant que de la lumière ultraviolette était aussi émise. D'autre part, des signaux faibles mais continus avec des longueurs d'onde plus grande que 650 nm étaient émis pendant tout le temps où la glace était soumise à une charge. L'intensité d'émission et le spectre peuvent être attribués au micro-mécanisme entourant la fracture. Les résultats expérimentaux sur l'émission de photons visibles indiquent que les charges électriques générées sur la surface et aux extrémités des fissures ont des énergies variant entre 2 et 6 eV. [Traduit par la Rédaction] |
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