НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o318.pdf (877.54Кб)

УДК 535.36

Россия,  Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого

Статья посвящена проблеме светорассеяния биологических объектов сложной структуры.
Рассмотрены оптически “мягкие” (имеющие показатель преломления близкий к окружающей среде) однородные цилиндрические капсулы, составленные из трех частей: центральной цилиндрической и двух симметричных скругленных торцевых. Такие капсулы моделируют более широкий класс биологических объектов, чем обычные формы сфероида или шара. Но, к сожалению, если частица имеет отличную от простой геометрическую форму, то очень трудно или даже невозможно решить задачу светорассеяния  аналитически, в общем виде, это обязывает нас  использовать численные или приближенные аналитические методы. Одним из таких приближенных аналитических методов является приближение Рэлея-Ганса-Дебая (или первое Борновское приближение).
Так, приближение Рэлея-Ганса-Дебая справедливо для оптически “мягких” объектов, имеющих размер от нанометров до миллиметров, в зависимости от длины волны и показателя преломления объекта при условии малого фазового сдвига центрального луча. 
Получены формулы для амплитуды светорассеяния цилиндрической капсулы с произвольными торцами в приближении Рэлея-Ганса-Дебая в скалярном виде. Затем вычислена индикатриса светорассеяния (или элемент матрицы рассеяния f₁₁) для естественного падающего света (неполяризованного или произвольно поляризованного света).
Проведено численное  сравнение  индикатрис светорассеяния для капсул, имеющих конические, сфероидальные и параболические торцы в приближении Рэлея-Ганса-Дебая. Также проведено численное  сравнение  индикатрис светорассеяния для капсулы, имеющей конические торцы, в приближении Рэлея-Ганса-Дебая с результатами расчета методом Парселла-Пеннипакера (или Дискретных диполей). Получено хорошее согласие в области применения приближения Рэлея-Ганса-Дебая.
Дальнейшим продолжением работы может быть рассмотрение многослойных цилиндрических капсул в приближении Рэлея-Ганса-Дебая.
Результаты данной статьи могут быть использованы для анализа не только рассеяния света, а также расчета дифракции нейтронов и малоуглового  рассеяния рентгеновских лучей.

1. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: пер. с англ. М .: Мир , 1986. 660 с . [Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York: John Wiley & Sons, 1983. 545 p.]
2. Kerker М . The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, London: Academic Press, 1969. 666 p.
3. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. В 2 т. Т. 1. Однократное рассеяние и теория переноса: пер. с англ. М .: Мир , 1981. 280 с . [Ishimaru A. Wave Propagation and Scattering in Random Media. Vol.1. Single scattering and transport theory. New York: Academic Press, 1978. 250 p.]
4. Шаповалов К.А. Рассеяние света частицами цилиндрической формы в приближении Рэлея-Ганса-Дебая. 1. Строго ориентированные частицы // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 350–353.
5. Шаповалов К.А. Рассеяние света частицами тороидальной формы в приближении Рэлея-Ганса-Дебая // Оптика и спектроскопия. 2011. Т. 110, № 5. С. 858-861.
6. Шаповалов К.А. Рассеяние света цилиндрической капсулой со сфероидальными торцами в приближении Рэлея-Ганса-Дебая // XIV международная научно-практическая конференция «Научное обозрение физико-математических и технических наук в XXI веке» (г. Москва, 27-28 февраля 2015 г.): тр. М.: МНО “Prospero”, 2015. С. 102-105.
7. Шаповалов К.А. Рассеяние света осесимметричными частицами в приближении Рэлея-Ганса-Дебая // Журнал Сибирского Федерального Университета. Сер. Математика и физика. 2012. Т. 5, № 4. С. 586–592. Режим доступа:http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/2311/3112/1/shapevalev.pdf (дата обращения 01.04.2015).
8. Shapovalov K.A. Light Scattering by a Prism and Pyramid in the Rayleigh-Gans-Debye Approximation // Optics. 2013. Vol. 2, no. 2. P . 32–37. DOI : 10.11648/j.optics.20130202.11
9. Шаповалов К.А. Амплитуда светорассеяния усеченной пирамиды и конуса в приближении Рэлея-Ганса-Дебая // Европейский исследователь. 2013. Т. 49, № 5-2. С. 1291-1297.
10. Шаповалов К.А Рассеяние света тонкослойными частицами в приближении Рэлея-Ганса-Дебая // Инновации и инвестиции. 2014. № 3. С . 244-247.
11. Cusack S., Miller A., Krijgsman P.C.J., Mellema J.E. An Investigation of the Structure of Alfalfa Mosaic Virus by Small-angle Neutron Scattering // Journal of Molecular Biology. 1981. Vol. 145, iss. 3. P. 525–543. DOI:10.1016/0022-2836(81)90543-X
12. Yurkin M.A., Hoekstra A.G. The discrete-dipole-approximation code ADDA: Capabilities and known limitations // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2011. Vol. 112, iss. 13. P. 2234–2247. DOI:10.1016/j.jqsrt.2011.01.031