В виду ограниченности скорости протонного обмена разрывы водородных связей, инициированные фотонным потоком в поверхностных шестигранных кольцах, не будут успевать залечиваться при условии отвода освободившихся от влияния поверхности льда молекул воды, что позволит, минуя процесс плавления льда осуществлять интенсивную возгонку его приповерхностных слоев инфракрасным излучением.

Считая вращательное движение во льду более быстродействующим и менее энергоемким рассчитаем требуемую длину волны Λ инфракрасного излучения исходя из значения периода времени – 10^-14 с (см. Рис. 4.).

Λ = C / F = 2.99739•10⁸ / 1•10¹⁴ = 2,99739 • 10^-6 (м), где C = 2,99739•10⁸ - скорость света, м/с;

F = 1•10¹⁴ - частота, Гц.

С применением постоянной Вина определим требуемую температуру поверхности инфракрасного излучения T = ¥ / Λ = 0,002897 / 2,99739 • 10^-6 = 966,5 (ºК),

где ¥ = 0,002897 - постоянная Вина, м • ºК

Предельно-возможная энергетическая светимость Ме рабочей поверхности инфракрасного излучателя с учетом того, что на ней отсутствует значительный градиент температуры, составит

Ме = ε • σ • T⁴ = 1,0 •5,669 •10^-8 • (966,5) = 49466 (Вт/м² ), где σ = 5,669 • 10^-8 – постоянная Стефана – Больцмана, Вт/ (м² •ºК);

ε = 1,0 – коэффициент черноты.

Энергия фотонов Еф, излучаемых таким инфракрасным излучателем составит Еф = 12400 / 2,99739•10⁴ (Å) = 0,414 (эВ).

Проведенный предварительный расчет физико-технический параметров инфракрасного излучения с длиной волны ~ 3 мкм позволяет рассмотреть процесс взаимодействия фотонов инфракрасного излучения с поверхностным слоем ледового покрытия.

Ранее указывалось, что энергия водородной связи Евс молекул воды во льду не превышает 30 кДж/моль, т.е. Евс = 0,31 эВ.

Фотон, как известно, является волновым пакетом, длина которого согласно расчету ~ 3 мкм. Площадь испускания фотона равна 

Sф = π • Rф² = 3,14 • (2,99739 • 10^-6 / 2)² = 7,065 • 10^-12 (м² ),

где Rф – половина длины волны.

Таким образом, с любой электронной оболочки атомов на поверхности инфракрасного излучателя в пределах этой площади с равной вероятностью могут испускаться фотоны с частотой 1 • 10¹⁴ фотонов в секунду.

Испущенный фотон, считаем, что без энергетических потерь, взаимодействует с поверхность льда на площади Sф, на которой его электромагнитная энергия поглощается молекулами воды, которые находятся в пределах этой площади. Упорядоченность размещения атомов кислорода в кристаллической решетке льда позволяет утверждать, что площадь молекулы воды ограничена радиусом, размером в расстояние между атомами кислорода, т.е.

SН₂О = π • (RО-О)² = 3,14 • (0,276 • 10^-9 )² = 2,39 • 10^-19 (м ).

Следовательно, в пределах площади Sф может находиться порядка

NН₂О = 7,065 • 10^-12 / 2,39 • 10^-19 = 0,3 • 10⁸ (молекул воды).