CC BY
25
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
В Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова под руководством д.т.н., проф. Павленко В.И. уже разработаны основные методы и принципы создания материалов авиационно-космического назначения [1-14], а использование гидрида титана для радиационно-защитных композитов позволит создать новые материалы с улучшенными характеристиками.
В данной работе проведены исследования поверхности образцов не модифицированного и модифицированного гидрида титана с использованием методов оптической и зондовой электронной сканирующей микроскопии.
Активация поверхности дроби гидрида титана кремнийорганическим олигомером на примере метилсиликоната натрия за счет химической адсорбции из водного раствора, значительно увеличивает концентрацию гидроксильных ОН-групп на поверхности высушенной в вакууме при 100 °С дроби гидрида титана.
Исследования структуры модифицированной и не модифицированной поверхности дроби гидрида титана, содержащей боросиликатную оболочку, с использованием атомно-силового сканирующего зондового микроскопа представлены на рис. 1.
а)
нм — 1 1
10 - | 0 - . ,Г1111,1 | j f ^ I, ■ - и 1 1, | j[ ' ' | у и Л Г| 1 , -..J Jl
-10 - 1 I | и - [ 1 Г [ 1
1 1 1 1 1 1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 1 1 1 1 1 1 1 1 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 мкм
б)
нм 5 -
- ' - ,1 1 , - L 1
0 У • • . - - шш .. ' - fj - >я • - • - - -И
-5 -
1 1 1 [ 1 1 1 1 1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 1 L 1 1 1 5.0 5.5 6.0 6.5 мкм
Рис. 1 - Микродиаграмма СЗМ поверхности дроби а) не модифицированного и б) модифицированного гидрида титана Анализируя микродиаграмму поверхности модифицированной дроби гидрида титана, содержащей боросиликатную оболочку, заметны небольшие уменьшения характерных провалов и возвышений зонда с разностью высот и углублений до 10 нм по всей области сканирования (в областях от 0 до 7,2 мкм). Поверхность модифицированной дроби гидрида титана, содержащей боросиликатную оболочку, имеет более гладкую структуру, что обусловлено остекловыванием оксида бора при термообработке.
Литература
1. 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.
2. 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.
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. Черкашина Н.И. Моделирование воздействия космического излучения на полимерные композиты с применением программного комплекса GEANT4 //
Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 122.
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. 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.
13
14. 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.
Куприева О.В.
Аспирант, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ БОРОСИЛИКАТНОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ НАГРЕВЕ
Аннотация
В данной работе проведены исследования рентгенофазового анализа боросиликатного покрытия при нагреве до температуры 500 °С.
Ключевые слова: нагрев, рентгенофазовый анализ, термообработка
Kupreeva O.V.
Graduate student, Belgorod state technological university named after V.G. Shoukhov CHANGES IN THE STRUCTURAL STATE OF BOROSILICATE COVERAGE AT HEATING
Abstract
This paper presents research of x-ray phase analysis borosilicate coverage when heated to a temperature of500 °С.
Keywords: heating, x-ray phase analysis, heat treatment
В БГТУ им. В.Г. Шухова под руководством заслуженного изобретателя России Павленко В.И. разрабатываются новые способы создания радиационно-защитных материалов авиационно-космического назначения [1-14], обладающие улучшенными характеристиками по сравнению с используемыми в настоящее время. Композиты наиболее оптимально подходят для радиационного материаловедения. Однако, применяя различные компоненты для создания радиационной защиты, ученые часто сталкиваются с проблемой совместимости используемых материалов. Для наибольшего распределения компонентов применяют модифицирование одного из них, чаще наполнителя. Ранее автором было разработано боросиликатное покрытие, применяемое для модифицирования гидридов переходных металлов.
В данной работе проведены исследования изменения структурного состояния разработанного боросиликатного покрытия, применяемого для модифицирования радиационно-защитных материалов при температурном нагреве до 500 °С.
Рентгенофазовый анализ изучаемых покрытий выполнен на дифрактометре «Дрон-3» по стандартной методике. Съемку дифрактограмм вели на отфильтрованном CuK а-излучении (Ni-фильтр); напряжение на трубке 20 кВ; анодный ток трубки 20 мА; предел измерений 1000-4000 имп./с; скорость поворота детектора 2,4 о/мин; угловая отметка - 1о. Для идентификации фаз использовали данные картотеки “Critallgraphica Search-Match” (США).
По данным рентгенофазового анализа (РФА) соединение, образующее в боросиликатном покрытии, термообработанном при температуре 100 °С, имеет следующий состав:
СН3 (Si 30-4 B 1-6 O64) Na
моноклинной сингонии с большими параметрами кристаллической решетки (а = 9,659; b = 20,461; c =9,831 А ).
Термообработка боросиликатного покрытия при температуре 300 °С приводит к изменению рентгенографических характеристик кристаллической фазы. Идентифицирован фазовый состав, соответствующий боросиликату типа
NaBSi 2O5(OH)2 ,
который относится к листовым силикатам моноклинной структурой с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров с параметрами решетки
(а = 7,992; b = 7,085; c =4,918 А; рентгеновская плотность Density Dx =2,439).
Термообработка покрытия при 500 °С приводит к кристаллизации боросиликата и образованию соединения каркасного типа
NaBSi3O8
триклинной сингонии с параметрами решетки (а = 7,850; b = 12,380; c =6,810 А ; Dx =2,762). Наблюдается корреляция между оптической плотностью боросиликатного покрытия и рентгеновской плотностью кристаллов, т.е. с повышением температуры обработки оба показателя динамично возрастают.
Литература
1. 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.
2. Pavlenko V.I., Cherkashina N.I., Edamenko O.D., Novikov L.S., Chernik 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.
3. 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.
4. 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.
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. Черкашина Н.И. Моделирование воздействия космического излучения на полимерные композиты с применением программного комплекса GEANT4 //
Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 122.
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. 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.
10. 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.
14
