Детонація водню в значній мірі управляється механізмами квантовими

Всім пам’ятний вибух водню під час фукусімських подій: після перегріву активної зони реактора вода стала розкладатися на водень і кисень, і ця суміш потім здетонувала. Одна з сумних сторін таких процесів полягає в тому, що ми, по суті, не знаємо, за яких саме умов — температури і тиску — вони готові розпочатися. Тобто теорія в цілому зрозуміла: вибух відбувається тоді, коли горіння починає розвиватися з надзвуковими швидкостями. Але теоретичні розрахунки цього процесу для водню під тиском незмінно розходяться з експериментальними результатами. Причому пристойно: при 700-800 До детонація відбувається через тисячу разів менший час, ніж по всім теоретичним моделям.

Чому? Академік Володимир Фортів і його колеги з Об’єднаного інституту високих температур РАН разом з фізиками з Троїцького інституту інноваційних і термоядерних досліджень припустили, що такий сильний розрив, характерний і для ряду інших процесів горіння і детонації, обумовлений квантовими коректуваннями, які не враховуються в існуючих моделях розрахунку подібних процесів.

Розглядаючи класичний розподіл Максвелла — Больцмана, вчені прийшли до висновку, що квантовомеханічні ефекти повинні істотно впливати на форму найбільш енергетично навантаженої частини цього розподілу. У звичайних термодинамічних процесах, де швидкості навіть самих швидких молекул відносно близькі до середньої, це вважалося незначущу, про роль таких факторів, як правило, згадували лише у зв’язку з термоядерним синтезом в щільній плазмі.

Однак зараз вдалося показати, що насправді процес важливий і для детонації, початок якої потребує участі молекул за енергіями, вельми далекими від середніх кінетичних енергій газу в цілому. Застосувавши розроблені ними моделі для аргонової атмосфери, що містить 2% молекулярного кисню і 4% молекулярного водню, росіяни виявили, що їх теоретичні розрахунки повністю збігаються з експериментальними даними про початок детонації. Подібні результати були отримані і для детонації ацетилену, здатну вибухати і без окислювача, просто за рахунок розкладання при стисненні.

Звіт про дослідження опублікований в журналі Physical Review Letters.

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *