ударных труб метод

УДАРНЫХ ТРУБ МЕТОД

метод изучения кинетики хим., физ.-хим. и молекулярных физ. процессов в газовых смесях и на поверхности раздела фаз с помощью ударных волн. Ударная труба обычно имеет диаметр от неск. сантиметров до 0,5 м и длину неск. метров (реже используют трубы переменного диаметра). Она состоит из секции (камеры) высокого давления (>10⁶ Па) и более длинной секции низкого давления (10⁵ Па), которые разделены диафрагмой. Первая секция заполняется т. наз. толкающим газом (обычно H₂ или Не), а вторая — исследуемым газом, который часто разбавляют аргоном или др. инертным газом. В конце секции низкого давления (зона наблюдения) снаружи или внутри трубы находятся подходящие детекторы или датчики, позволяющие фиксировать процессы в исследуемом газе с помощью скоростной фотографии, спектральными методами, по изменению давления, электропроводности и т. д. При изучении гетерог. процессов на поверхности твердого тела последнее закрепляют внутри трубы.

Диафрагма между секциями разрывается самопроизвольно (при постепенном увеличении давления в первой секции вследствие подачи в нее толкающего газа) или спец. устройством, напр. бойком, вылетающим из пружинной пушки. После разрыва диафрагмы образуются ударная волна, распространяющаяся в секцию низкого давления, и волна разряжения, идущая в противоположном направлении. Во фронте ударной волны происходит резкий скачок давления (до сотен атм, или 10⁷ Па) и температуры (до тысяч К), после которого наблюдается длительное "плато", т. е. давление и температура сохраняют постоянное значение. Ударная волна отражается от стенки трубы; в отраженной волне значения температуры и давления выше, чем в падающей. Наличие плато, сохраняющегося вплоть до прихода вторичных волн,- осн. достоинство У. т. м., так как это позволяет изучать явления при температурах тысяча — десятки тысяч и выше градусов, продолжающиеся от долей микросекунды до одной или неск. миллисекунд. Причем наблюдения и измерения можно проводить в падающей или(и) отраженной ударной волне.

Иногда для создания ударной волны в У. т. м. используют мощный электрич. разряд или детонацию газовой смеси (напр., 2H₂ + O₂).

После прохождения ударной волны равновесное распределение молекул по энергии поступат. движения устанавливается быстро — за неск. соударений. Переход к равновесному распределению молекул по колебат. и вращат. уровням энергии происходит значительно медленнее, что позволяет использовать У. т. м. для изучения хим. и физ.-хим. процессов в неравновесных условиях. В этом случае применяют также ударные трубы с соплом, в котором происходит неравновесное расширение нагретого в ударной трубе газа. Реже ударную волну пускают через неравновесный газ, возбужденный, напр., в электрич. разряде.

С помощью У. т. м. можно исследовать кинетику хим. и физ.-хим. процессов в средах с высокой плотностью при давлениях сотни тысяч — млн. атм. Для этого необходимы мощные ударные волны, генерируемые, напр., при детонации BB.

У. т. м. применяется для исследования разл. хим. реакций, диссоциации и ионизации молекул, возбуждения и релаксации последних, явлений адгезии, испарения, воспламенения, дробления и агломерации капель и твердых частиц и т. п.

^{Лит.: Ударные трубы. Сб. пер., М., 1962; Гейдон А., Гер л И., Ударная труба в химической физике высоких температур, пер. с англ., М., 1966.}

_{А. Д. Марголин}