Интересные изменения происходят с веществом находящемся под давлением десятки и сотни тысяч кг/см 2 . Но сверх высокое давление интересно не только алмазами, процессами происходящими в глубине планет. Само по себе применение высоких и сверхвысоких давлений позволит получить множество новых материалов с необычными физическими свойствами.
В статье «Давление и его влияние на вещество» описаны процессы происходящие с углеродом под давлением.
Под давлением более 10 т/см 2 перестраивается кристаллическая решетка углерода (C) . Из плоской кристаллической решетки углерода, форма которой может быть о например гексагональной — с шестью атомами углерода в вершинах — плоская структура образованная атомами расположенными по вершинам шестиугольника (плоские тонкие пластинки), преобразуются в процессе синтеза в кристаллы с объемной структурой кристаллической решетки. Плотность углерода увеличивается с 2,23 г/см 3 у графита, до 3,51 г/см 3 у алмаза. После снятия давления кристаллы остаются в устойчивом состоянии.
Существуют мнения, что при давлениях более 10 6 кг/см 2 многие вещества переходят в металлическую форму. Это тот же углерод, водород, кислород, . .
Перспективы применения высокого давления.
Можно прогнозировать неожиданные результаты при проведении исследований поведения вещества под давлением.
И совсем не обязательно, чтобы давление было 10 4 — 10 6 кг/см 2 . Неожиданности могут ожидать нас уже при давлении 10 3 кг/см 2 .
В результате синтеза под высоким и сверх высоким давлением, хорошо известные вещества приобретают новые физические свойства. Это сверхпрочные полимерные волокна, сверх твердые металлы, сверхпроводники работающие при нормальной температуре, полупроводники с большими скоростями носителей и другие материалы имеющие много новых интересных свойств. Многие из них могут иметь высокую стабильность при нормальных условиях.
Эти свойства определяются более высокой энергией связи между атомами вещества, более плотной упаковкой атомов в кристаллической решетке.
Высокое и сверх высокое давление может помочь нашей энергетике подняться на более высокую ступень и обеспечить энергетическое развитие человечества.
Синтез новых соединений и материалов.
Результатом синтеза под высоким и сверх высоким давлением могут быть получены:
— полимеры, обладающие высокой прочностью,
— новые полупроводниковые материалы, для чипов высокого быстродействия,
— новые устойчивые кристаллические структуры из хорошо известных веществ с новыми необычными физическими свойствами,
— новые сверхпроводники, работающие при комнатной температуре,
Конечно, синтез при высоком давлении сложная проблема.
Но если искать методы получения высоких и сверх высоких давлений можно обнаружить что некоторые уже применяются.
Пример — синтез алмазов и исследования металлического водорода. Существуют другие публикации в которых просматриваются эффекты свойственные сверх высоким давлениям.
Получение энергии.
Хорошо известная установка типа «Токамак» на которой исследуются технология термоядерного синтеза имеют один существенный недостаток. В вакуумной камере, где происходит термоядерный синтез существует градиент давления и температуры направленный из зоны синтеза наружу. Это создает проблемы с удержанием плазмы. При возникновении реакции термоядерного синтеза эти градиенты возрастают, что усиливает проблемы.
Сверхвысокие давления это один из путей достижения термоядерного синтеза.
Для примера могу привести описание эксперимента в работе «Ядерный синтез в поле электрического заряда» Колдамаcова А. И. где термоядерный синтез идет при нормальном давлении.
Способы получения сверх высоких давлений.
Из известных уже сейчас способов получения высоких и сверх высоких давлений можно привести следующие.
Установки высокого давлени я,
Специальные механические конструкции, в том числе с подогревом,
В ударной волне взрыва,
В магнитном поле (для плазмы),
В поле статического заряда,
Во встречных потоках,
Существует множество других способов, но цель этой заметки не искать способы, а просто рассказать о возможности этих технологий и привлечь к ним Ваше внимание.
Может быть кто-то из Вас разработает в будущем технологию холодного термоядерного синтеза, синтеза новых материалов и даже веществ, .
А высокое давление для химического синтеза можно иметь просто на больших глубинах мирового океана.
Заключение.
Исследования и практика высоких и сверх высоких давлений перспективная отрасль технологий. Прежде всего потому, что развитие техники требует новых конструкционных материалов. Новые материалы требуют все отрасли техники.
И похоже исследование технологий сверх высоких давлений даст не меньший, если не больший, экономический эффект, чем широко внедряемые сейчас нанотехнологии.
Главная ошибка исследователей воздействия сверх высокого давления на вещество, в том, что, часто, они ищут в результате своих экспериментов новые неизвестные вещества. Хотя в результате синтезируются вещества химически тождественные исходному, но обладающие новыми внутренними структурами и поэтому приобретающие новые физические свойства.
Например — углерод в виде графита и алмаза остается углеродом. Оба они окисляется (горят) на воздухе, но имеет разные физические свойства.
Институт импульсных процессов и технологий АН Украины (UA)
Приоритеты:
Использование: обработка объектов в жидкости. Сущность изобретения: осуществляют коронный разряд в электролите в системе электродов острие-плоскость. Удельная электропроводность электролита превышает 8 См/м. Острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, охваченной диэлектриком. Краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления. Напряженность электрического поля на острие превышает 10 7 В/м . При выполнении края фольги в форме окружности обрабатываемый объект помещают в ее центр, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости. При использовании электролита с меньшей начальной электропроводностью ее доводят до требуемого значения путем нагрева. Нагрев осуществляют до температуры от 20 — 95°С. 2 з.п. ф-лы,, 2 ил.
Формула изобретения
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ при обработке объектов в жидкости посредством коронного разряда в электролите в системе электродов острие — плоскость, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и стабильности разряда, а также создания направленных волн давлений и потоков жидкости, разряд осуществляют в электролите с удельной электропроводностью, превышающей 8 См/м, при напряженности электрического поля на острие более 10 7 В/м, острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, охваченной диэлектриком, а упомянутому краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что краю фольги в электроде — острие придают форму окружности, а обрабатываемый объект помещают в центр этой окружности, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют электролит с меньшей, чем требуемая для осуществления разряда, начальной электропроводностью, которую перед разрядом доводят до заданной величины нагревом в диапазоне температур 20 — 95 o С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к созданию импульсных давлений в жидкости посредством электрических разрядов и может быть использовано в технологических процессах и устройствах, использующих это явление, в частности для получения направленных волн высоких и сверхвысоких давлений и потоков жидкости.
Известен способ получения высоких и сверхвысоких давлений, в котором необходимую форму фронта волн давления в жидкости и их фокусировку получают путем испарения токопроводящего элемента в виде проволоки или ленты, изогнутых по заданному контуру или в форме спирали, и замыкающих электроды (авт.св. N 129945).
Недостатком известного способа является замена от разряда к разряду токопроводящего элемента заданной геометрии, что создает существенные технологические трудности, приводит к расходу металла. Кроме того, требуется для каждой формы токопроводящего элемента подбор оптимальных параметров энергоисточника. Это снижает эффективность известного способа.
Наиболее близким к изобретению является способ получения высоких и сверхвысоких давлений, заключающийся в создании волн давлений со сферическим фронтом при разряде в электролите с проводимостью, соответствующей морской воде (порядка 1 см/м), между двумя электродами типа острие-плоскость, расположенных на таком расстоянии друг от друга, когда сквозной пробой промежутка отсутствует. При разряде вокруг острия возникает большое число лидеров, которые в совокупности генерируют в жидкости волну давления со сферическим фронтом. Такой разряд называется коронным и его электроакустический КПД достигает всего 7 . 8% [1].
Недостатками известного способа являются низкая эффективность и стабильность разряда благодаря стохастической природе поведения короны в электролите и отсутствие возможности получения фронтов волн давления сложной формы.
Задачей изобретения является повышение эффективности и стабильности разряда, а также создание направленных волн давления и потоков жидкости.
Это достигается тем, что в известном способе получения высоких и сверхвысоких давлений при обработке объектов в жидкости посредством коронного разряда в электролите в системе электродов острие-плоскость разряд осуществляется в электролите с удельной электропроводностью более 8 см/м при напряженности электрического поля на острие более 10 7 В/м, острие образуют одним из краев плоской металлической фольги, схваченной диэлектриком, а упомянутому краю придают форму, соответствующую необходимой конфигурации фронта волны давления. Краю фольги в электроде-острие придают форму окружности, а обрабатываемый объект помещают в центр этой окружности, где расположена зона взаимодействия концентрически сходящихся волн давления и потоков жидкости. Используют электролит с меньшей, чем требуется для осуществления разряда, начальной электропропроводностью, которую перед разрядом доводят до заданной величины нагревом в диапазоне температур от 20 до 50 о С.
На фиг. 1 и 2 приведены две схемы осуществления способа, где 1 — камера обработки, стенки которой являются одним из электродов, 2 — второй электрод-острие, которое образует край металлической фольги 3, охваченной диэлектриком 4, электрод погружен в электролит 5. Объект обработки обозначен 6, а внешняя электрическая цепь 7.
Предложенный способ получения высоких и сверхвысоких давлений заключается в следующем. В камере 1, заполненной электролитом 5, на острие электрода 2, образованного краем фольги 3, окруженной диэлектриком, зажигается коронный разряд при подаче импульса высокого напряжения от внешней электрической цепи 7. При этом для осуществления способа необходимо выполнение двух условий: первое — электролит 5 выбирается с высокой начальной электропроводностью порядка или выше 8 см/м, второе условие — на электроде 2 острие, образованное краем металлической фольги 3, создает напряженность электрического поля, превышающую 10 7 В/м. При этом торцу электрода придана форма необходимой конфигурации фронта волны давления.
Указанные выше два условия позволяют получить равномерно расположенное вдоль острия потенциального электрода плазменное образование, которое на начальных стадиях расширения формирует волну давления, а на последующих — направленные потоки жидкости.
Использование предлагаемого способа позволяет многократно повторять разряды и формировать в жидкости волны давления с требуемой конфигурацией их фронта либо фокусировать волны давления и потоки жидкости и получать область сверхвысокого давления. Техническая реализация этого случая показана на фиг. 2, где металлическая кромка потенциального электрода выполнена в виде окружности.
За счет сравнительно низкой плотности тока при коронном разряде электрод имеет достаточно высокий ресурс, что также способствует повышению эффективности и стабильности характеристик разряда.
Высокая электропроводность электролита может быть достигнута не только увеличением концентрации соли или кислоты в растворе, но и за счет нагрева электролита с меньшей начальной проводимостью до указанной величины . Значение проводимости определяется из известного соотношения = 0 (1+(T 1 -T 0 )) , где 0 — начальная проводимость электролита при температуре Т 0 ; — температурный коэффициент сопротивления; Т 1 — температура нагрева.
На фиг. 1 торец положительного электрода выполнен в виде плавной линии произвольной формы. Электропроводность электролита равна 8 см/м. Напряженность электрического поля у острия можно оценить по зарядному напряжению на емкостном накопителе U 0 и толщине фольги h. Так, выбрав U 0 =30 кВ и h=0,1 мм, получили E o = 310 8 В/м, что больше 10 7 В/м. При выборе E 0 7 В/м плазма не будет зажигаться в воде, а при 0 =3 10 8 В/м. Плазменное образование охватывает всю поверхность окружности, а при фокусировке генерируемых им волн давления в центре окружности образуется область сверхвысокого давления, благодаря которому образуется кавитационная область. Увеличить амплитуду волн давления можно за счет увеличения Е, и емкости конденсаторной батареи.
Аналогичные результаты можно получить при разряде в электролите с начальной электропроводностью =3,28 см/м, который необходимо нагреть до температуры 95 о С.
Таким образом, предложенное техническое решение повышает эффективность и стабильность разряда, позволяет получать фронт волн давления необходимой конфигурации, фокусировать волны и потоки жидкости.
. Значение проводимости определяется из известного соотношения 
(T 1 -T 0 )) , где 
10 8 В/м, что больше 10 7 В/м. При выборе E 0 7 В/м плазма не будет зажигаться в воде, а при 
