Ударных труб метод

УДАРНЫХ ТРУБ МЕТОД, метод изучения кинетики хим., физ.-хим. и молекулярных физ. процессов в газовых смесях и на пов-сти 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), к-рые разделены диафрагмой. Первая секция заполняется т. наз. толкающим газом (обычно H₂ или Не), а вторая - исследуемым газом, к-рый 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 пов-сти 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 т-ры (до тысяч К), после к-рого наблюдается длительное "плато", т.е. давление и т-ра сохраняют постоянное значение. Ударная волна отражается от стенки трубы; в отраженной волне значения т-ры и давления выше, чем в падающей. Наличие плато, сохраняющегося вплоть до прихода вторичных волн,- осн. достоинство ударных труб метода, так как это позволяет изучать явления при т-рах 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 ударных труб методе 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 ударных труб метод для изучения хим. и физ.-хим. процессов в неравновесных условиях. В этом случае применяют также ударные трубы с соплом, в к-ром происходит неравновесное расширение нагретого в ударной трубе газа. Реже ударную волну пускают через неравновесный газ, возбужденный, напр., в электрич. разряде.

С помощью ударных труб метода 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.

Ударных труб метод применяется для исследования разл. хим. р-ций, 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., M., 1962; Гейдон А., Гер л И., Ударная труба в химической физике высоких температур, пер. с англ., M., 1966.

А. Д. Марголин.