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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.13, No.7, 641-647, November, 2002
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유체역학과 분자 전이를 결합한 이론에 의한 다기포 음광 현상의 발광 기구 해석
Interpretation of Multibubble Sonoluminescence (MBSL) Mechanism by the Combined Theories of Hydrodynamics and Molecular Transition
김홍운, 임경희†, 곽호영1
  • 중앙대학교 화학공학과, 서울 156-756
  • 1중앙대학교 기계공학과, 서울 156-756
Hong Un Kim, Kyung Hee Lim†, and Ho Young Kwak1
  • Department of Chemical Engineering, Chung-Ang University, Seoul 156-756, Korea
  • 1Mechanical Engineering, Chung-Ang University, Seoul 156-756, Korea
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초록
다기포 음광(MBSL)이 발생되는 이유나 원인에 대하여 이제까지 확실하게 파악하지 못하고 있다. 단기포 음광을 설명하기 위하여 적용된 이론들 즉 흑체 복사와 제동 복사가 다기포성 음광을 설명할 수 있다고도 하였으나 다기포성 음광 스펙트라에서만 나타나는 강도(intensity) 피크에 의하여 이런 이론들이 유요하지 않다는 것이 밝혀지기도 하였다. 최근에 Suslick 등은 흑체 복사에 의한 연속 방사와 분자 전이에 의한 피크가 다기포성 음광 스펙트라를 설명할 수 있다고 발표하였으며, 입자의 크기가 직선적으로 줄어드는 단순한 모델에 대하여 이의 타당성을 보여주었다. 본 연구는 Suslick 등이 고찰한 이런 단순한 모델 대신에 기포의 실제 거동을 설명해 주는 기포 동역학을 이용하여 시간의 변화에 따른 온도, 압력, 기포의 반지름을 실제적인 상황에 잘 맞도록 구하고 이를 사용하여 화학전이에 의한 다기포 음광의 발광 기구를 규명해 보고자 하였다. 그 결과 화학종의 농도 분포는 대체로 Suslick 등의 결과와 비슷한 경향을 보였으며, 특히 OH의 피크 온도는 거의 일치하였다. 그런, 분자 전이에 의한 발광 기구에 책임이 있는 여기된 OH 즉 OH*의 피크는 관찰되지 않았다. 이는 아직도 다기포 음광의 발광 기구가 규명되지 못한 채 남아 있음을 의미한다.
It has not been well understood why and how multibubble sonoluminescence (MBSL) takes place. In order to elucidate the mechanism of MBSL, some scholars have relied on the theories of black body and bremmstrahlung radiations, which have accounted for the single-bubble sonoluminescence. However, these theories are unable to explain why the peaks in intensity appears only in MBSL spectra (intensity vs. wavelength). Recently, Suslick et. al. hypothesized that the MBSL mechanism would be continuous by black body radiation and also of discrete peaks that reflected molecular transitions. They tried to prove their hypothesis with theoretical calculations for the bubble of which radius changed linearly with time. However, it has been known theory and experiments that, in reality, the bubble radius varies nonlinearly. In this article, Suslick et al's hypothesis on the MBSL mechanism has been examined for the Ar/water system with the combined hydrodynamics and molecular transition, but with nonlinearly varying bubble radius. It is found that the distribution of chemical species was similar to that by Suslick et al. and that the temperature at which the intensity peak located was identical to the reported value. However, the excited OH radical or OH*, which is supposed to be responsible for the intensity peak, has been unobserved. This result implies that the MBSL mechanism proposed by Suslick et al. remains controversial.
Keywords:sonoluminescence (SL);multi-bubble sonoluminescence (MBSL);SL mechanism;molecular transition
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  26. Lim KH, Kwak HY, manuscript in preparation