Hostname: page-component-7b7567c8c-lpg2g Total loading time: 0 Render date: 2026-11-15T17:19:56.464Z Has data issue: false hasContentIssue false

Dynamical Processes at the Ice-Water Interface During Solidification

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J. H. Bilgram
Affiliation:
Laboratorium für Festkörperphysik, Eidg. Techische Hochschule Zürich, CH-8093 Zürich, Switzerland
H. Güttinger
Affiliation:
Laboratorium für Festkörperphysik, Eidg. Techische Hochschule Zürich, CH-8093 Zürich, Switzerland
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Abstract

The dynamics of the freezing process is studied at the surface of growing ice crystal by means of Rayleigh spectroscopy. Light is scattered quasi-elastically at the interface. The line width is proportional to the square of the scattering vector. For a scattering angle of 90° one measure, about 2 krad/s. The line width does not depend on the growth rate or thermal gradients at the interface. Light is scattered isotropically, which indicates that the correlation length is small compared with the wavelength of the scattered light. The intensity depends on the growth rate and shows a hysteresis in that dependence; at a minimum growth rate one observes the onset of fluctuations.

Résumé

Résumé

An moyen de la spectroscopie Rayleigh, on a étudie la dynamique des processus de gel à la surface d'un cristal de glace au cours de la croissance. La lumiere est diffusée quasi-élastiquement à l'interface. La largeur de raie est proportionnelle à k2 et, pour un angle de diffusion de 90° vaut environ 2 krad/s. La largeur de raie ne dépend pas de la vitesse de croissance ni des gradients thermiques de l'interface. La lumière est diffusée de maniere isotrope; cela montre que la longueur de corrélation est petite comparée à la longueur d'onde de la lumiere diffusee L’intensite dépend de la vitesse de croissance et montre un hystérésis dans cette dépendance. Vers la vitesse de croissance minimale on observe l'apparition de fluctuations.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Mit Hilfe von Rayleigh-spektroskopie wird die Dynamik des Gefrierprozesses an der Oberfläche eines wachsenden Eiskristalls untersucht. Licht wird an der Grenzfläche quasielastisch gestreut. Man misst eine Linienbreite, die proportional zum Quadrat des Streuvektors ist und bei einem Streuwinkel von 90° etwa 2krad/s beträgt. Die Linien-breite hängt nincht von der Wachstumsgeschwindigkeit oder von einem thermischen Gradient an der Grenzfläche ab. Das Licht wird isotrop gestreut. Das deutet darauf hin, dass die Korrelationslänge klein ist verglichen mit der Wellenlänge des gestreuten Lichtes. Die Intensität hängt von der Wachstumsge-schwindigkeit ab und zeigt eine Hysterese derart, dass man das Einsetzin der Fluktuationen bei einer minimalen Wachstumsgeschwindigkeit beobachtet.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1.Pictorial representation of the self-beating technique.

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Fig. 2.Zone-refining apparatus in a cold room at —18°C.

Figure 2

Fig. 3.Scattering power at the interface versus the growth rate. The lower branch of the hysteresis is observed after each melting of the interface only.

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Fig. 4.Scattering intensity of the interface versus the power of the incident laser beam.

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Fig. 5.Correlation function as obtained from the correlator for θ=140°, λ=4880 A, and v= 1.8 μm/s.

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Fig. 6.Line width of the light scattered at the interface versus the square of the scattering vector.

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Fig. 7.Line width Γ at θ = 140° as a function of the growth rate.