початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

МЕТАЛЕВИЙ ВОДЕНЬ

Ласкаво просимо на форум

Які сюрпризи таяться в водні - найпоширенішому елементі всесвіту? Здавалося б все давно вивчено. Але все-таки і сьогодні ця тема ще не закрита.

Ще в 1935 році з'явилася класична робота Е. Вігнера і Х. Хантінгтона, в якій вони вперше припустили, що водень при високому тиску з газу-діелектрика перетвориться в проводить метал. За їхніми розрахунками твердий металевий водень повинен був мати об'ємно-центровану грати (при 0 К і нульовому тиску), а його щільність при тих же умовах повинна бути істотно вище щільності твердого молекулярного водню (0,59 г / см ³ замість 0,089 г / см ^3).

Перетворення, на думку авторів, повинно було статися при тиску приблизно 250 тис. Атм., А крім того, вони вважали, що для переходу потрібні зародки нової фази. У 1968 році М. Ашкрофт передбачив, що металевий водень буде мати зовсім незвичайними властивостями, наприклад надпровідність при високих температурах (більше 200К). Більш того, вчені припустили, що металевий водень буде бути у вигляді рідини. Це ще більше підігріло цікавість дослідників. проблему
стисненого водню внесли до списку найбільш важливих завдань фізики твердого тіла.

Найпростіша молекула виявилася зовсім непростою пройшло майже сімдесят років, а вчені не тільки не отримали металевий водень, але навіть не мають поки точних теоретичних методів для побудови моделі цього процесу.

Пік досліджень металевого водню припав на 60-70-ті роки минулого століття. Ця проблема була цікава, зокрема, астрофізикам. Сонце і важкі планети (Юпітер, Сатурн) більш ніж на 90% складаються з водню. Крім того, вчені припускають, що, оскільки на Юпітері досить низька температура (100-200К) і сильне магнітне поле, то, якщо водень там знаходиться в металевій фазі і проявляє свої надпровідні властивості, це повинно привести до безлічі цікавих явищ. Але найцікавіше те, що проблема надпровідного металевого водню, можливо, зовсім не теоретична, а цілком прикладна.

У 1971 році з'явилися роботи наших теоретиків (група Ю. Кагана), які доводили, що м еталліческій водень може виявитися метастабільним. Це означає, що після зняття високого тиску водень чи не перетвориться знову в газ-діелектрик, а залишиться металом. Питання в тому, чи буде час існування такої метастабільною фази достатнім, щоб виміряти її властивості і встигнути її застосувати.

Добре відомий приклад штучний алмаз (метастабільна фаза вуглецю, в яку перетворюється стабільна фаза графіт). Час життя метастабільного алмазу така велика, що людство застосовує його не одне десятиліття. Ну а про те, на що знадобиться надпровідний при майже нормальних температурах водень, можна довго будувати припущення.

Поки це все фантазії. Як буде насправді, невідомо, оскільки нікому так і не вдалося «потримати в руках» металевий водень.
Хоча як його тільки не стискали!

Для отримання надвисоких тисків використовують зазвичай або алмазні ковадла (статичне стиснення), або вибухові методи (динамічне стиснення).

Алмазна ковадло пристосування досить просте і невелике (правда, коштує вона 10 000 дол). Два алмазу огранювати спеціальним чином (а ось це дуже непросто) і між їхніми центральними плоскими поверхнями усередині порожнини розташовують зразок. У порожнині обов'язково є металева прокладка. Після того як каміння здавлюють, на зразок діє тиск, назад пропорційне площі нижньої плоскої частини алмаза, діаметр якої 20 600 мкм.

Працювати з воднем дуже важко. Він не тільки фізично проникає в метал прокладки і робить його крихким, але і вступає з ним в хімічні реакції, утворюючи гідриди. Стиснутий до певного тиску, водень переходить в молекулярне кристалічний стан, перетворюючись в досить незвичайну субстанцію. Ймовірно, це пов'язано з властивостями молекули водню вона така легка, що навіть в твердому кристалічному стані при невеликому тиску молекули продовжують обертатися.

За останні чверть століття після винаходу алмазних наковален дослідники системно вивчили властивості твердого водню аж до
тиску 2 млн. атм. (останній рекорд 3.75 млн. атм.) Тепер вчені знають, що навіть при цих тисках існують, принаймні, три фази металевого водню, причому кожна з них робить перехід діелектрик - метал при своєму значенні тиску. Одна при 1.6 млн. Атм. , Коли інші фази ще залишаються діелектриками. Останні теоретичні дані дозволяють сподіватися, що весь водень перейде в металеву фазу при 4 млн. Атм. (При 0 гр. К)

Знову ж залишається відкритим питання, розпадається при цьому водень на атоми або залишається в молекулярному стані. Уже відомо, що «колеги» водню за властивостями бром і йод стають провідниками при високому тиску саме в процесі плавлення, тобто в атомарному вигляді. З іншого боку, є дані, що в статичних експериментах при досягнутих тисках водень знаходиться в основному у вигляді молекул.

Набагато більш продуктивний спосіб отримання високих тисків вибуховий метод, коли експериментатори вдаряють по осередку зі зразком металевими пластинами або струменем газу, прискореними до гіперзвукових швидкостей. Зараз існують запрограмувати новий короткостроковий ударного стиснення, в яких водень можна стискати до 10 млн. Атм.

У момент удару, коли тиск досягає мільйонів атмосфер, водень неминуче нагрівається до тисяч градусів Кельвіна і переходить в рідкий стан. Вчені намагаються придумати, як зменшити температури в експерименті, але поки це все одно тисячі градусів. Більш того, через мікросекунди, коли закінчується дія ударної хвилі, водень знову стає газом, тому поміряти щось дуже складно.

Але, вирішуючи проблему атомної бомби, вчені навчилися з цим справлятися. У динамічних експериментах вимірюють щільність водню, просвічуючи зразок рентгенівським випромінюванням, або судять про те, що відбувається, за сигналами від оптичних і електричних датчиків. Таким чином тиск у таких дослідах величина розрахункова.

Останній рекорд 15 млн. Атм. Високого тиску вдалося досягти вченим з Ліверморської національної лабораторії (США), а в Росії дослідникам з Всесоюзного науково-дослідного інституту експериментальної фізики (м Саров) та Інституту проблем хімічної фізики РАН (м Черноголовка).

Вимірюючи опір в динамічних експериментах, дослідники бачили, що водень стає провідником, з провідністю майже як у рідких металів. Але ця провідність все-таки слабо залежала від температури, що свідчить, що водень ще не метал. Вчені характеризують стан водню, яке вони спостерігають в динамічних експериментах, як «невпорядкована проводить середовище» (неупорядкована так як температури занадто високі) або «щільна низькотемпературна неідеальна плазма», а з'являється ефект провідності «іонізація тиском»

Так що чекаємо ...

Версія для друку
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 15.01.2004гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів