Шепелевич Н. В.
Институт вычислительного моделирования СО РАН, 660036 Красноярск, Академгородок
Во многих случаях строгие
выражения рассеяния света дисперсной средой либо недоступны, либо
затруднительны для решения обратной задачи, что заставляет исследователей
использовать различного рода приближенные решения. Однако аппроксимации
имеют существенные ограничения. Поэтому дальнейшее развитие аппроксимаций
и оценка границ их применимости является достаточно важной теоретической
и практической задачей. Среди аппроксимационных решений в области
оптически мягких частиц (

) метод интегральных
уравнений заслуживает особого внимания - при этом подходе
учет геометрии, структурной неоднородности частиц можно проводить
естественным, последовательным и, что самое главное, единым образом.
В частности, доказано, что решение интегрального волнового уравнения
в приближении Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна (ВКБ) является наиболее
общим в указанной области и объединяет в себе такие общеизвестные
аппроксимации, как Релея, Релея-Ганса-Дебая, аномальную дифракцию,
дифракцию Фраунгофера. Для изучения характеристик светорассеяния
нами были выбраны следующие модели рассеивателей - сфера и эллипсоид
вращения. Последняя модель достаточно универсальна: варьируя соотношение
осей этой фигуры, можно получить палочкообразные, дискообразные
и шарообразные частицы, аппроксимировать другие формы (цилиндры,
суперсфероиды и т.д.). Сравнение расчетов выполненных по методу
ВКБ и точным методам (теория Ми и метод Т-матриц) показывает,
что ВКБ-приближение наиболее адекватно описывает малоугловую область
индикатрисы светорассеяния, а по такому параметру индикатрисы
как позиции экстремумов область корректного применения может быть
значительно расширена (передняя полусфера углов рассеяния). Актуальность
исследования обусловлена появлением на мировом рынке диагностической
аппаратуры по измерению параметров светорассеяния одиночных частиц.
Наиболее перспективным и эффективным в этом отношении является
проточная сканирующая цитометрия. Уникальность методики цитометрии
в потоке состоит в том, что измерения выполняются на отдельных
частицах с большой скоростью (до 300 тыс. частиц в минуту), что
обеспечивает высокую статистическую точность и позволяет надежно
выявлять малые популяции. На базе этой методики сравнительно недавно
развит метод "пролетной" индикатрисы, позволяющий получать
индикатрису отдельной частицы. При этом анализ характеристик рассеивателя
(размер, показатель преломления, форма и т.д.) можно проводить
не по всей индикатрисе, а лишь по нескольким ее параметрам (количество
минимумов, их угловое положение, контраст - относительные значения
интенсивностей в минимумах и максимумах и т.д.).
В связи с особенностью описания рассеянного поля в приближении
ВКБ в качестве исследуемых характеристик были выбраны угловые
позиции экстремумов, в частности изменение расстояния между ними
при вариации показателя преломления, размера и формы частиц. Выявлены
основные закономерности формирования и динамики экстремумов (точка
источника, позиции "срывов" и т.д.), а также получены
простые выражения, связывающие расстояние между экстремумами с
размером и формой частиц. Отмечены области, где определение размеров
по угловым позициям экстремумов индикатрисы может привести к значительной
ошибке (например, область "срыва").