РИАМО — 21 дек. Ученые из Института проблем химической физики РАН провели в подмосковном городе Черноголовка эксперимент по изучению свойств вещества при экстремально высоких давлениях с помощью взрыва, передает в среду корреспондент РИАМО.

ПОНЯТЬ ЭВОЛЮЦИЮ ЗЕМЛИ

В среду, 21 декабря, в Институте проблем химической физики РАН, который расположен в городе Черноголовка на территории Московской области, провели эксперимент, в рамках которого был воспроизведен взрыв для создания и исследования веществ при экстремальных давлениях. В проведении эксперимента принял участие президент Российской академии наук, директор Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) Владимир Фортов. Также наблюдать за ходом эксперимента смогли журналисты.

«Очень многие области человеческой деятельности определяют очень высокие требования к материалам. Материалы работают на пределе своих возможностей», — сказал журналистам Фортов.

Он отметил, что изучение свойств вещества в экстремальных состояниях очень важно для многих сфер деятельности человека, в частности, для развития энергетики, оборонной промышленности, строительства космических аппаратов, изучения строения и эволюции Земли и других планет.

«Сегодня открыто около 3 тысяч экзопланет. Это планеты, похожие на планеты Солнечной системы, но вращающиеся вокруг других солнц. И люди пытаются понять, как они устроены, как они образовались и что можно ждать в дальнейшем от их эволюции.  В центре Земли давление порядка 3 миллионов атмосфер. И чтобы понять, как будет наша Земля эволюционировать, что ее ждет и как образуются полезные ископаемые, надо знать, как ведет себя вещество при этих всех нагрузках», — уточнил президент РАН.

Фортов отметил, что в настоящее время существует, фактически, два научных способа получать высокие давления: статический и динамический. Статический способ позволяет дойти до давления не более 5 миллионов атмосфер, поэтому в проводимом эксперименте использовался динамический способ. Суть этого способа заключается в том, что по изучаемому веществу наносится удар, в результате чего образуется ударная волна. И когда вещество находится в сжатом состоянии, проводятся необходимые измерения.

По словам Фортова, на сегодняшний день всего две страны занимают лидирующие позиции в использовании данного способа: Россия и США. При этом российские ученые в этой работе опережают своих американских коллег, а сотрудничество между ними продолжается, несмотря на политическую обстановку в мире.

ОБЪЕКТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА – АЛЮМИНИЙ И ДЕЙТЕРИЙ

В рамках эксперимента проводилось два взрыва. Первый прошел во взрывной камере из специального железобетона с наполнителем из гранитной крошки со стенами, толщина которых составляет 60 сантиметров. Для изучения был выбран ультрамелкозернистый алюминий, в состав которого также входит магний и марганец. Взрыв производился с помощью 150 граммов взрывчатого вещества, мощность которого в 1,5 раза превышает мощность тротила.

Как отметил заведующий лабораторией реологических свойств конденсированных сред при импульсных воздействиях Института проблем химической физики РАН Сергей Разоренов, для проведения данного эксперимента использовался лазерный допплеровский измеритель. Если после прохождения ударной волны вещество изменяет свои свойства, свою структуру изменяет и волна, что фиксируется прибором. По этим показателям можно определить не только то, что произошло с веществом при ударном сжатии, но также вычислить все его характеристики. 

Перед тем, как провести взрыв, всех наблюдателей эксперимента привели в специальную комнату с аппаратами, показывающими результаты измерений. Несмотря на то что сам взрыв виден не был, звук и колебания от него дошли до комнаты наблюдения. По словам Разоренова, при взрыве ультрамелкозернистый алюминий должен был сжаться под давлением порядка 70-100 тысяч атмосфер.

Второй взрыв проводился на полигоне института, и для его реализации использовалось уже 10 килограммов взрывчатого вещества. Само давление на вещество, которым в этот раз стал изотоп водорода дейтерий, создавалось кумулятивным генератором, давление составило 4 миллиона атмосфер.

«На него (дейтерий – ред.) воздействует ударная волна. Сначала на него влияет одна ударная волна, после чего она отражается от сапфирового окна, и он испытывает двухкратное, трехкратное, четырехкратное сжатие и так далее. Это способ не поднимать сильно конечную температуру, потому что при достаточно высокой конечной температуре там начинается проводимость, связанная с ионизацией», — пояснил старший научный сотрудник отдела экстремальных состояний вещества Дмитрий Николаев.

Для того чтобы обезопасить наблюдателей в этот раз, их отвели в специальный бункер. Взрыв на полигоне был гораздо более мощным, чем в камере института.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ

«Мы пытаемся в лабораторных условиях воспроизвести то, что возникает в планетах Солнечной системы и звездах. Это важно для решения проблем управляемого термоядерного синтеза. Если ученым удастся зажечь термоядерную реакцию (а эта реакция идет на Солнце), то проблема энергетики будет решена на ближайшие, наверное, 5 миллиардов лет», — сказал Фортов после эксперимента.

По его словам, для того чтобы сделать термоядерную реакцию на Земле, необходимо знать, как ведет себя термоядерное топливо (в данном случае дейтерий) в экстремальных состояниях. В частности, в рамках эксперимента измерялась скорость движения ударной волны, давление и температура вещества, а также его электропроводимость.

«Мы пытаемся понять, что будет с веществом, когда мы сожмем его до больших давлений, и там зажжется термоядерная реакция. Сегодня мы уже умеем получать в лабораторных условиях состояния с экстремальными, очень высокими давлениями и температурами», — заключил Фортов.