Введение к работе
I. Актуальность проблемы. Первым веществом, который "детонировал" (взрывался) и стал классическим в опытах П.В.Бриджмена, был целлулоид. Эти опыты проводилась в 30-40-ые годы нашего столетия. Объект помещался между плоскостями двух усеченных конусов, названными впооледствие наковальнями Бридгшена, и подвергался однооскоцу сжатию (высокому давлению - ВД), а иногда и деформации сдвига (ДО. В общей сложности Бридамен исследовал поведение 57 элементов и 250 неорганических веществ при давлениях 0,5-1 ГОа. Еридшен получил, в значительной мере, за сами установки для развития гигант- ' ских всесторонних или двуосных сжатий, а главные его собственно научные результаты касались полиморфных превращений.
Бридамен будучи физиком классического склада ума катастрофические явления типа упомянутых взрывов склонен был расценивать как некие побочные и не очень интересные результаты.
Как часто бывает эти "побочные результаты' приобрели самодовлеющее значение, войдя составной частью в завершающуюся "тихую" революцию в материаловедении и открыв совершенно новые пути получения материалов, практические возможности использования которых еще далеки не только от исчерпания, но и понимания.
Несмотря на наличие Института Высоких давлений АН РФ, занимающимся, преимущественно, синтезом сверхтвердых сплавов или искусственных алмазов, "прорыв" был совершен в ИХФ АН РФ группой акад.Н.С.Ениколопяна, выделившийся затем в отдельный Институт синтетических полимерных материалов (ИСПМ АН РФ).
Взрывы сами по себе не очень конструктивны, но зато позволяют пояснить многие сильные эффекты в геологии или.геохимии. Понимание же таких эффектов в материаловедении или физике Земли вряд ли требует дополнительных обоснований актуальности.
Если кратко - цепные физические иди химические процессы, о которых дальше пойдет речь, закладывают основу новых высоких технологий на грани плазмохимии и механических воздействий.
Детальные исследования при ВД показали, что физическая природа их связана с переходом электронов с внешних оболочек на внутренние незаполненнве оболочки. Аппаратура ВД - типа наковален может быть использована для создания условий по интенсивному воздействию на твердые тела: на установках данного, типа величину ВД можно варьировать в пределах 0,1*10 ГПа и одновременно подвергать ис-
следуемые вещества воздействию сдвиговых напряжений, приводя их в состояние пластического течения. Конструкция аппаратуры такова, что одну наковальню можно вращать практически на любой угол, не сбрасывая давления и получая при этом большие степени деформации.
Впоследствие годы исследования при ВД и ВД+ДС проводились большей частью химиками, которые также наблюдали взрывы и считали нежелательными побочные эффекты.
Монографическая, обзорная литературы и даже специальные работы по физической природе взрыва практически отсутствуют. Есть чисто описательные работы, связанные с конструкцией установки по ВД и ДС, в которых имеется резонное допущение, что взрыв при ВД хорошо имитирует в миниатюре землетрясение. ІЬроздовский наблюдал жесткое излучение при этих взрывах. В.й.ІЬльданский резонно называет взрыв при ВД химическим ускорителем".
Однако в стороне остались вопросы, связанные с Физической природой взрыва. К началу, данного исследования практически не был исследован, в частности; и вопрос о влиянии взрыва при ВД на широко известные промышленные полимеры.
Выяснение физической природы взрыва и различных при атом превращений могут послужить основой для создания новых, безотходных, экологически чистых процессов получения разнообразных соединений и технологий. Как-известно, необычные химические реакции идут и в простых мельницах, где осуществляется (в миниатюре) ВД + + ДС. Ш их рассматриваем как серию микропробоев. Таким образом, взрыв при ВД является очень интересным явлением природы и заслуживает пристального внимания физиков - как теоретиков, так и экспериментаторов с целью создания общей физической теории этого явления.
Цель и задачи исследования. Постановка проблемы. Основными целями исследования являются:
-
Коренная реконструкция экспериментальной установки, относящейся к общему классу "Бриджменовских наковален", для экспериментального исследования взрывных процессов, которые позволили делать измерения в непрерывном динамическом режиме опытов.
-
Разработка методики точного измерения критических параметров для широкого класса полимеров (критические толщины, критические давления и др.), определяющих взрыв при ВД.
-
Выяснение физической природы взрыва при ВД.
-:3-
4. Измерение продолжительности химических реакции при взрыве
под высокими давлениями.
-
Исследование изменения морфологии полимерных пленок под воздействием сжатия и взрыва при высоких давлениях.
-
Структурные изменения в пленках полиэтилена низкой и высокой плотности под воздействием высокого давления с помощью рент-геноструктурного анализа.
-
Обобщение некоторых других.взрывных (катастрофических) явлений, которые могут быть полезны при создании физической теории взрывов при ВД.
-
Качественная интерпретация полученных результатов.
Новизна и научная значимость. Впервые выявлена электрофизическая природа взрыва и возможность управления взрывами при помощи электрических зондов, а также образование плазмы при взрыве при ВД. Определены критические параметры взрыва при ВД. Проведены детальные структурные исследования влияния ВД и взрыва при ВД на большой класс промышленных полимеров на электронно-микроскопическом и рентгеновском уровнях. Определены времена протекания химических реакций при взрывах.
Предложен также другой подход (который наверняка может быть полезен при создании общей теории взрывов при ВД) к описанию катастрофических процессов при очень сильной одноосном сжатии.
Практическая значимость определяется предложенными аппаратурными решениями для взрывных процессов,'. изменения структуры полимеров, а также рядом перспектив использования взрывных процессов для осуществления необычных химических реакций и получения новых веществ и материалов.
Достоверность полученных данных и предложенных интерпретаций следует из критерия практики и полного согласия предложенных интерпретаций с общими принципами физики твердого тела, химической физики и физики полимэров. '
Научная новизна рабояа отражена в выводах, приводимых в конце автореферата.
Научное и практическое значение работы. Впервые экспериментально доказана сложная природа взрыва, аключавдая электрофизические, плазмохимические и иные эффекты. Взрыв можно регулировать
электрическим напряжением ускоряя и замедляя его. Взрыв при ВД - это электрический пробой вещества с образованием плазмы, где происходят саше разные реакции - такие, как деструкция полимеров (выделение газов) и выделение чистой меди из медного купороса, (мгновенный электролиз). Причиной взрыва может быть и образование зарядов разного знака по электроэластическому эффекту при сжатии полимеров с участием явления увеличения этих зарядов и напряженности электрического поля под влиянием наковальни.
Яри взрыве поликристадлических веществ происходит разрушение кристаллов разных размеров, через наковальни протекает ток (одна из наковален электрически изолируется от станины пресса - от заземления).
Определены продолжительности химических реакций, которые равны или меньше времени взрыва, они - порядка 1-Ю мксек. Хотя общая анергия "запасенная" в веществе во время ВД, в аюсолютном значении, может быть, я невелика, но то, что энергия, выделяемая за время порядка мксек, по простьш расчетам может достичь гигаватт, приводит к мысли, что такие реакции могут служить-не только "химическим реактором", но и физическим "микрореактором", и причиной возникновения жесткого излучения. С нашей точки зрения, взрыв при ВД мож- но использовать для исследования различных ядерных реакций в миниатюре, что делает очень актуальным исследование спектра излучений при ВД - от оптического диапазона до гамма излучений.
Диссертация выполнена в Ереванском государственном университете и ИСПЫ АН РФ (Москва). Исследования проводились согласно научно-исследовательским планам названных институтов.
Диссертация состоит из 109 страниц, 8 параграфов, 32 рисунко.), 7 формул, 6 выводов, 151 библиографических названий.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в основном депонированных (две работы находятся в печати). В настоящее время в Армении такая форма публикации стала платной и аннотации депонированных статей внходят отдельными брошюрами при АрмНИИНТИ и по рангу приравнивается к "печатным работам". В условиях жесточайшей блокада Армении, когда вот уже в течение последних четырех лет в республике не выходят в свет академические и университетские научные журналы, депонирование является единственно возможной формой публикации результатов научного исследования. Однако мы твердо убзжденн, что большая часть этих работ содержат пионерские данные и могут быть опубликованы в любом научном журнале самого высокого ранга. Список статей приведен в конце автореферата.
- Б -