CC BY
23
источники ионизирующих излучений. В Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова уже разработаны основы создания радиационно-защитных композиционных материалов, в том числе применяемые и в космических условиях [1-14].
Нами разрабатывается композиционный материал, в состав которого входят: Ангидрит II, полуводный гипс, флинты (бой хрусталя) и суперпластификатора С-3. Данный материал будет обладать радиационно-защитными свойствами, так как в состав флинтов входят 33% свинца, а свинец является основным, повсеместно используемым радиозащитным материалом. Так же изготовление такого рода материала не вызовет больших расходов, будет иметь высокую рентабельность, так как будут использоваться отходы, и основными затратами будут являться: сбор стеклобоя, сортировка, транспортировка и измельчение. К тому же будут использоваться отходы производства хрусталя (завод по изготовлению которого находится в близи от Белгорода, в городе Дядьково, Брянской области). Уже проведенные исследования в лабораториях на кафедре неорганической химии в БГТУ им. В. Г. Шухова, дали первые результаты: было впервые открыта активирующая способность мелкодисперсного стекла на гипсовые вяжущие; был найден оптимальный состав композиционного материала на основе многофазовых гипсовых вяжущих и стеклобоя; обнаружен эффект увеличения прочности гипсового вяжущего на 50%; посредством ввода мелкодисперсного стекольного боя. Данный эффект обусловлен тем, что в стекле, кроме оптического и лабораторного, присутствуют оксиды щелочных металлов, которое и создают активирующий эффект на гипсовые вяжущие. Так же, так как гипс имеет структуру состоящую из вытянутых совершенных призматических кристаллов, более меньшее частички стекла заполняют пустоты в структуре создавая более плотный материал.
Готовый продукт будет использоваться, как материал внутренней отделки помещений (штукатурка, гипсокартон). Такого рода материал будет применятся: 1) в медицине (для внутренней отделки рентгеновских кабинок); 2) в атомной промышленности; 3) в строительстве помещений для защиты персонала и населения, которое проживает и работает в условиях повышенного воздействия электромагнитных полей; 4) При обшивке помещений гипсокартонном, обеспечивается пассивная защита от несанкционированного доступа к информации по радиоканалу.
Работа выполнена в рамках Государственного задания Минобрнауки РФ.
Литература
1. Павленко В.И., Черкашина Н.И., Сухорослова В.В., Бондаренко Ю.М. Влияние содержания кремнийорганического наполнителя на физико-механические и поверхностные свойства полимерных композитов // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 95.
2. Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Черкашина Н.И., Едаменко О.Д. Влияние вакуумного ультрафиолета на микро- и наноструктуру поверхности модифицированных полистирольных композитов // Перспективные материалы. 2013. № 3. С. 14-19.
3. Павленко В.И., Заболотный В.Т., Черкашина Н.И., Едаменко О.Д. Влияние вакуумного ультрафиолета на поверхностные свойства высоконаполненных композитов // Физика и химия обработки материалов. 2013. № 2. С. 19-24.
4. Павленко В.И., Новиков Л.С., Бондаренко Г.Г., Черник В.Н., Гайдар А.И., Черкашина Н.И., Едаменко О.Д. Экспериментальное и физико-математическое моделирование воздействия набегающего потока атомарного кислорода на высоконаполненные полимерные композиты // Перспективные материалы. 2012. № 4. С. 92-98.
5. Павленко В.И., Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Черкашина Н.И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. -2011. - №3. - С. 113-116.
6. Павленко В.И., Акишин А.И., Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Тарасов Д.Г., Черкашина Н.И. Явления электризации диэлектрического полимерного композита под действием потока высокоэнергетических протонов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12. № 4-3. С. 677-681.
7. Черкашина Н.И., Павленко В.И. Перспективы создания радиационно-защитных полимерных композитов для космической техники в Белгородской области // В сборнике: Белгородская область: прошлое, настоящее, будущее Материалы областной научно-практической конференции в 3-х частях. 2011. С. 192-196.
8. Черкашина Н.И., Павленко В.И., Едаменко А.С., Матюхин П.В. Исследование влияния вакуумного ультрафиолета на морфологию поверхности нанонаполненных полимерных композиционных материалов в условиях, приближённых к условиям околоземного космического пространства // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 130.
9. Черкашина Н.И. Воздействие вакуумного ультрафиолета на полимерные нанокомпозиты // В сборнике: Инновационные материалы и технологии (ХХ научные чтения) Материалы Международной научно-практической конференции. 2010. С. 246-249.
10. Павленко В.И., Прозоров В.В., Лебедев Л.Л., Слепоконь Ю.И., Черкашина Н.И. Повышение эффективности антикоррозионной обработки ядерного энергетического оборудования путем пассивации в алюминийсодержащих растворах // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. № 4. С. 67-70.
11. Pavlenko V.I., Cherkashina N.I., Edamenko O.D., Novikov L.S., Chemik V.N., Bondarenko G.G., Gaidar A.I. Experimental and physicomathematical simulation of the effect of an incident flow of atomic oxygen on highly filled polymer composites // Inorganic Materials: Applied Research. 2013. Т. 4. № 2. С. 169-173.
12. Ястребинский Р.Н., Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Ястребинская А.В., Черкашина Н.И. Модифицированные железооксидные системы - эффективные сорбенты радионуклидов // Перспективные материалы. 2013. № 5. С. 39-43.
13. Черкашина Н.И., Карнаухов А.А., Бурков А.В., Сухорослова В.В. Синтез высокодисперсного гидрофобного наполнителя для полимерных матриц // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 6. С. 156-159.
14. Черкашина Н.И. Моделирование воздействия космического излучения на полимерные композиты с применением программного комплекса GEANT4 //
Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 122.
Исмаилов С.А.
Доктор химических наук, старший научный сотрудник, Институт нефтехимических процессов АН Азербайджанской
Республики
НОВАЯ ГИПОТЕЗА О МЕХАНИЗМЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРАДА
Аннотация
Выдвинута новая гипотеза о механизме образования града в условиях атмосферы. Предпологается, что в отличие от известных предыдущих теорий, образование града в атмосфере обусловлено генерацией высокой температуры при разряде молнии. Резкое испарение воды по разрядному каналу и вокруг его приводит к резкому замерзанию ее с появлением града разных размеров. Для образования града не обязателен переход нулевой изотермы, он образуется и в нижнем теплом слое тропосферы. Грозой сопутствует град. Выпадение града наблюдается только при сильных грозах.
Ключевые слова: град, молния, гроза, электрический разряд
9
Ismailov S.A.
Doctor of Chemical Sciences, Senior Researcher Institute of Petrochemical Processes, Academy of Sciences of Azerbaijan Republic A NEW HYPOTHESIS ABOUT THE MECHANISM OF THE HAIL FORMATION
Abstract
Put forward a new hypothesis about the mechanism of formation of hail in the atmosphere. Assuming it's in contrast to the known previous theories, hail formation in the atmosphere due to the generation of heat lightning. Abrupt volatilization water discharge channel and around its freezing leads to a sharp appearance with its hail different sizes. For education is not mandatory hail the transition of the zero isotherm, it is formed in the lower troposphere warm. Storm accompanied by hail. Hail is observed only when severe thunderstorms.
Keywords: hail, lightning, thunder, electrical discharge
С момента появления и по сей день, не зная ужасные и катастрофические природные явления, человек поклоняясь перед ними, всегда считал себя беспомощным. Следовательно, в борьбе с ними оказался в безвыходном положении. К этим явлениям относятся: землетрясения, оползни, молнии, цунами, наводнения, извержения вулканов, торнадо, ураганы, в том числе град.
На месте падения град, в первую очередь, уничтожает культурные сельскозяйственные растения, убивает скота и даже самого человека. Дело в том, что внезапное и с большим притоком наступление града исключает защиту от него. Иногда за считанную минуту поверхность Земли покрывается градом с толщиной 5-7 см. В районе Кисловодска в 1965 году выпал град, покрывший землю слоем в 75 см. Обычно град охватывает 10-100 км расстояния. Давайте вспомним некоторые страшные события из прошлого. В 1593 году в одной из провинций Франции вследствие бушующего ветра и сверкающей молнии выпал град с громадным весом 18-20 фунт! В результате этого был нанесён большой ущерб посевам и разрушено много церквей, замков, домов и других сооружений. Жертвами этого ужасного события стали и сами люди. Здесь надо учесть, что в те времена фунт как единица веса имел несколько значений. Это было ужасное стихийное бедствие, одно из самых катастрофических градобитий, обрушившихся на Францию. В восточной части штата Колорадо (США) ежегодно происходит около шести градобитий, каждое из них приносит огромные убытки. Градобития чаще всего случаются на Северном Кавказе, в Азербайджане, Грузии, Армении, в горных районах Средней Азии. С 9 на 10 июня 1939 года в городе Нальчик выпал град с величиной куриного яйца, сопровождающийся сильным ливнем. В результате было уничтожено свыше 60 тысяч га пшеницы и около 4 тысяч га других культур; было убито около 2 тысяч овец".
Когда речь идёт о градине, в первую очередь, отмечают размеры ее. Градины, как обычно, бывают разные по величине. Метеорологи и другие исследователи обращают на себя внимание самые крупные. Любопытно, узнать о совершенно фантастических градинах. В Индии и Китае было обнаружено падение с небес ледяных глыб весом 2-3 кг. Даже говорят, что в 1961 году в Северной Индии тяжёлая градина убила слона. В 14 апреля 1984 года в небольшом городе Гопалгандж республики Бангладеш падали градины массой в 1 кг, приводящие к гибели 92 человек и несколько десятков слонов. Даже этот град занесён в книгу рекордов Гиннеса. В 1988 году в Бангладеш 250 человек были жертвами градобития. А в 1939 году была обнаружена градина с весом 3,5 кг. Совсем недавно (20.05.2014 г.) в городе Сан-Паулу Бразилии выпала градина настолько крупной размерности, кучу которой извлекали с улиц тяжёлой техникой.
Все эти данные говорят о том, что нанесение ущерба градобитием на жизнеспособность человека имеет немаловажное значение, чем другие явление природы. Исходя из этого, тщательное изучение и нахождение причины образования и борьбы с этим феноменом является, безусловно, актуальной задачей перед человечеством всего мира.
Поэтому, естественно, возникает такой вопрос: что такое град и как он образуется?
Несмотря на создание первой гипотезы по этому поводу еще в первой половине XVII века Декартом, однако, научную теорию градовых процессов и методов воздействия на них разработали физики и метеорологи лишь в середине прошлого века. Следует отметить, что ещё в средних веках и в первой половине XIX века было выдвинуто несколько предположений разных исследователей, таких как, Буссенго, Шведов, Клоссовский, Вольта, Рейе, Феррел, Ган, Фарадей, Зонке, Рейнольд и др. К сожалению, их рассуждения не получили свои подтверждения. Можно подчеркнуть, что самым последним предположением по этому вопросу является выводы исследований кандидата географических наук М. Софера. Совокупность им накопленных данных по указанному вопросу диктует следующий механизм образования града (чтобы не было разногласий, мы дословно выдаём автором выдвинутое рассуждение) [1]:
Рис.1
«Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, образуется облако (рис. 1). Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре — 40 °C (высота примерно 8—10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми частицами, превращаются в ледяной зародыш градины.
Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чате всего такие градины при приближении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/ч, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха на
10
высоте от 2,4 до 3,6 км, они выпадают из облака в виде мелкого «мягкого» града либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от — 10 °C до — 40 °C (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой нескольких сантиметров. Стоит отметить, что в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/ч! А чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град.
Для образования градины размером с шар для гольфа потребуется более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5—10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Надо заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель. Градины диаметром более 5 см встречаются в суперячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно суперячейковые грозы порождают смерчи-торнадо, сильные ливни и интенсивные шквалы.
Град выпадает обычно при сильных грозах в теплое время года, когда температура у поверхности Земли не ниже 20
°C».
Профессор Клоссовский тщательно изучил все внешние виды градин (рис.2) и обнаружил, что они имеют кроме сферической ряд других геометрических форм существования [2]. Это говорить о том, что механизм образования градины происходит совсем по иному пути.
Рис.2
После ознакомления со всеми этими теоретическими взглядами, возникает несколько нас интересующих вопросов:
1. Состав облака, находящегося в верхней части тропосфера, где температура достигает приблизительно - 40 °С, содержит смесь переохлаждённых водяных капелек, кристалликов льда и частиц песка, солей, бактерий. Почему переохлаждённые капли при этих условиях не нарушают хрупкий энергетический баланс?
2. Для образования градины с большим размером, маленькие льдинки, по их мнению, обязательно должны подниматься несколько километров вверх (минимум 3-5 км) и опускаться вниз. Ещё к тому же, чем больше скорости восходящих потоков в облаке, тем крупнее должна получиться градина (от 1 кг-а до нескольких) и для укрупнения она должна оставаться в воздухе 5 - 10 минут. Интересно!
3. Вообще, трудно сообразить, что в верхних слоях атмосферы накапливается столь громадных ледяных глыб с весом 2-3 кг? Выходит, что градины были ещё крупными в кучево-дождевом облаке, чем наблюдаемые на Земле, поскольку часть ее растает, проходя через тёплый слой тропосферы.
4. Хотя автор подтверждает: ”... град выпадает обычно при сильных грозах в тёплое время года, когда температура у поверхности Земли не ниже 20 °C”, к сожалению, не указывает причину такого явления.
5. Г рад падает исключительно на то место, где идёт разряд молнии.
После завершения Всесоюзной конференции в Минске в 13 октября 1989 года, проведённой по теме: « Синтез и исследование простагландинов», мы, сотрудники института возвращались глубокой ночью самолётом из Минска в Ленинград. Стюардесса сообщила нам, что наш самолёт летит на высоте 9 км. Мы охотно наблюдали по пути чудовищнее зрелище. Внизу под нами в расстоянии примерно 7-8 км (чуть выше поверхности Земли) будто шла страшная война. Это было интенсивные разряды молнии. А над нами ясная погода, сияют звезды. И когда мы были над Ленинградом, нам сообщили, что час назад в город упал дождь с градом. Этим эпизодом хочу отметить, что градоносная молния зачастую сверкает ближе к Земле. Для возникновения града и молнии не обязательно поднятие потока кучево-дождевых облаков на высоту 8-10 км. И совершенно не нужно перейти облакам выше нулевого изотерма. Громадные ледяные глыбы образуются в теплом слое тропосферы. Для такого процесса не требуется минусовые температуры и большие высоты. Всем известно, что без грозы и без молнии не наступит град. В первую очередь, при столкновении и трении тёплого и холодного облаков (конвекция) образуется мощное электростатическое поле. Для образования грозового облака требуется много влаги. При одной и той же относительной влажности тёплый воздух содержит значительно больше влаги, чем холодный. Поэтому гроза и молнии, обычно, происходят в тёплые времена года - весной, летом, осенью. Механизм образования электростатического поля в облаках пока является дискуссионным вопросом. Имеется много предположений по этому вопросу. В одном из недавних сообщается [3], что в восходящих потоках влажного воздуха наряду с незаряженными ядрами всегда присутствуют положительно и отрицательно заряженные ядра. На любых из них может происходить конденсация влаги. Установлено, что конденсация влаги в воздухе, первым начинается на отрицательно заряженных ядрах, чем на положительно заряженных или нейтральных ядрах [4,5]. Поэтому в нижней части облака накапливается отрицательные частицы, а на верхушке положительные, следовательно, внутри облака создаётся громадно сильное поле, напряжённость которого составляет 106-109 V, а сила тока 105-3 105 А. Такая сильная разница потенциалов, в конце концов приводит к мощному электрическому
11
разряду. Разряд молнии может длиться сотые доли секунды. При разряде молнии высвобождается колоссальная тепловая энергия, и температура при этом достигает- 30 000 оК! Это примерно в 5 раз больше, чем температура поверхности Солнца.
К чему может привести это ужасное тепло?
Всем известно, что при сильном разряде молнии кислород воздуха превращается в озон и чувствуется его специфический запах:
ЗО2 + O2 —— 20э^
Кроме того, установлено, что одновременно реагирует азот с кислородом, образуя оксид азота NO и диоксид азота N02:
N2 + 02 — 2N0 + 02 — 2N02T
А что может случиться с водой при таких суровых условиях?
Вода при 2500 оС разлагается на свои составляющие компоненты:
2H20 ^ 2H2^ + 02^
Безусловно, при разряде молнии равновесие нацело выдвинута в правую сторону и полученные газы - водород и кислород моментально с грохотом («гремучая смесь») реагируют обратно с образованием воды. На скорость обратной реакции по принципу Ле Шателье благоприятно действует полученное при этом высокое давление. Дело в том, что и прямая реакция должна идти с сильным грохотом, так как из жидкого агрегатного состояния воды мгновенно образуются газы. Не исключено, что поэтому звук грома не монотонный, т. е., не упоминает звук обыкновенного взрывчатого или орудия. Сначала наступает разложение воды (первый звук), вслед за этим присоединение водорода с кислородом (второй звук). Однако эти процессы настолько быстро происходят, их различить не каждому.
Как образуется град?
При разряде молнии вследствие получения огромного количества тепла, вода по каналу разряда молнии или вокруг его интенсивно испаряется, как только прекращается сверкание молнии, она начинает сильно похолодеть. По известному закону физики сильное испарение приводит к похолоданию. Разумеется, тепло при разряде молнии не подаётся извне, наоборот, оно исходит из самой системы (в данном случае система: поляризованная в электростатическом поле вода). На процесс испарения расходуется кинетическая энергия самой поляризованной водной системы. При таком процессе сильное и мгновенное испарение завершается сильным и быстрым затвердеванием воды. Для такого процесса не обязательно, чтобы температура окружающей среды становилась ниже нуля. При разряде молнии образуются разные виды градины по весам. Величина градины зависит от мощности и интенсивности молнии. Чем мощнее и интенсивнее молнии, тем тяжелее градины. Обычно осадок градины быстро прекращается, как только перестанет сверкание молнии.
К тому же, большинство холодильных систем работают по указанному принципу. Или химикам хорошо известно получение твёрдого углекислого газа (СО2). Углекислый газ обычно перевозится в стальных баллонах в сжиженной жидкой агрегатной фазе. При интенсивном пропускании газа из баллона при комнатной температуре часть его испаряется, а основная часть падает в виде снега, которая является твёрдой фазой углекислого газа. Интенсивное испарение приводит к затвердеванию углекислого газа, минуя жидкую фазу. Очевидно, температура внутри баллона плюсовая, однако, выделенный таким путём твёрдый углекислый газ («сухой лёд) имеет температуру примерно -40 оС.
Кроме этого метода, воду можно также превратить в лёд в обычной стеклянной лабораторной установке (рис.3), при пониженных давлениях без внешнего охлаждения (при 20 °С).
Нужно только присоединить к этой установке форвакуум насос с ловушкой.
Литература:
1. Г.В.Железняк, А.В.Козка. Загадочные явления природы. Кн. клуб, Харьков, 2006, 180 с.
2. А. В. Клоссовский. «Труды метеор. сети ЮЗ России» 1889, 1890, 1891.
3. В.И. Ермаков, Ю.И. Стожков. Физика грозовых облаков. ФИАН РФ им. П. Н. Лебедева, М:, 2004, 26 с.
4. Р. Милликен. Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М-Л: ГОНТИ, 1939, 311 с.
5. А.И. Русанов. К термодинамике нуклеации на заряженных центрах. //ДАН СССР, 1978, т. 238, № 4, 831-834.
Куприева О.В.
Аспирант, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ГИДРИДА ТИТАНА
Аннотация
В данной работе представлен анализ структура поверхности модифицированного и не модифицированного гидрида титана. Ключевые слова: микродиаграмма, поверхность, сканирование
Kupreeva O.V.
Graduate student, Belgorod state technological university named after V.G. Shoukhov THE STRUCTURE OF THE SURFACE OF MODIFIED TITANIUM HYDRIDE
Abstract
This paper presents the analysis of the structure of the surface of modified and unmodified titanium hydride.
Keywords: the microchart, surface, scanning
Соединения водорода и различных переходных металлов представляют значительный интерес при их использовании в атомной энергетике. Особое внимание уделяется гидриду титана, который может применяться для поглощения нейтронов, а также в качестве наполнителя для защиты от ионизирующего излучения.
12
