Науковий вісник НГУ

Про механізм іонізації атомів при стискуванні речовини фронтом збіжної ударної хвилі

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2022

Останнє оновлення: 11 липня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 2505

Authors:

В.В.Соболєв, orcid.org/0000-0003-1351-6674, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С.М.Гапєєв, orcid.org/0000-0003-0203-7424, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.В.Скобенко, orcid.org/0000-0003-4606-4889, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.В.Кулівар, orcid.org/0000-0002-7817-9878, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e‑mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А.В.Курляк, orcid.org/0000-0002-9928-0406, Державне підприємство «Науково-виробниче об‘єднання «Павлоградський хімічний завод», м. Павлоград, Дніпропетровська обл., Україна

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (3): 057 - 066

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-3/057

Abstract:

Мета. Встановити зміни в мікроструктурі металів після впливу високоенергетичних струменів плазми, сформованих кумуляцією газодинамічних течій у конічній мішені. Провести оцінку передбачуваного стану речовини в сильній ударній хвилі стиснення з урахуванням зміни об’ємної щільності енергії в момент перетворення плазми твердого тіла в ядерну матерію.

Методика. Використані методика лазерного ініціювання профільованого фронту детонаційних хвиль у зарядах вибухових речовин і відповідного профілю ударних хвиль у матеріалах, методи й техніка вимірювання динамічних параметрів ударно-стислих речовин.

Результати. Проведене експериментальне дослідження фізико-хімічного стану речовини, обробленої екстремально високими тисками й температурами при стисканні ударними хвилями, що сходяться в конічних мішенях. Проаналізовані наукові результати фізико-математичного моделювання ударних хвиль, що сходяться.

Наукова новизна. Уперше експериментально виявлено утворення симетричних плазмових струменів при стисканні газу в конічних мішенях. Уперше проведені металофізичні дослідження мікроструктури чавуну та сталі після дії високоенергетичних струменів щільної плазми, що має температуру (2,5–2,8) × 10⁶ К, та тиску, який виникає під час зіткнення струменя з перешкодою 1,12 × 10¹² Па. У мікроструктурі чавуну поблизу поверхні, утвореної дією струменя плазми, виявлені ізотопи заліза-55 і міді-64. Основними компонентами плазмового струменя були газоподібний кисень, азот, аргон, в атомарному стані залізо, мідь і золото. Факт утворення ізотопів – результат ядерних реакцій. Однією з головних умов реалізації таких реакцій є щільна високотемпературна плазма. Передбачається, що під час дії сильної ударної хвилі в конічній мішені можуть бути реалізовані крім реакції синтезу ще й інші ядерні реакції з важкими елементами. Викладено уявлення про передбачуваний стан речовини в ударній хвилі стиснення з урахуванням зміни об’ємної щільності енергії в момент перетворення плазми твердого тіла в ядерну матерію.

Практична значимість. Практичне значення має запропонована методика проведення експериментальних досліджень ударно-стисненої речовини під дією екстремальних значень температури й тиску в мішені конічної форми із застосуванням засобів лазерного ініціювання хімічних вибухових речовин. Також важливим є уявлення про передбачуваний стан речовини в ударній хвилі.

Ключові слова: вибух, ударна хвиля, конічна мішень, термоядерна температура, плазма, ізотопи, ядерні реакції

References.

1. Inozemtseva, O. A., Voronin, D. V., Petrov, A. V., Petrov, V. V., La­pin, A. S., Kozlova, A. A., …, & Gorin, D. A. (2019). Destruction of the shells of polymer and composite microcapsules under the action of high-intensity focused ultrasound. Kolloidnyy zhurnal, 81(1), 49-60. https://doi.org/10.1134/S0023291219010075.

2. Volkov, N. B., Mayyer, A. Ye., Talala, K. A., & Yalovets, A. P. (2006). On the mechanism of formation of microcraters on the surface of a target irradiated by a powerful electron beam. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 32(10), 20-28.

3. Artemenko, I. I., Golovanov, A. A., Kostyukov, I. Yu., Kukushkina, T. M., Lebedev, V. S., Nerush, Ye. N., Samsonov, A. S., & Serebryakov, D. A. (2016). Plasma formation and dynamics in superstrong laser fields with allowance for radiation and quantum electrodynamic effects. Pis’ma v Zhurnal eksperimental’noy i teoreticheskoy fiziki, 104(12), 892-902. https://doi.org/10.7868/S0370274X16240139.

4. Sokolov, I. V. (1990). Hydrodynamic cumulative processes in plasma physics. Uspekhi fizicheskikh nauk, 160(11), 143-166.

5. Sobolev, V. V., & Usherenko, S. M. (2006) Shock-wave initiation of nuclear transmutation of chemical elements. Journal De Physique, IV: JP 134, August 2006, 977-982. https://doi.org/10.1051/jp4:2006134149.

6. Sobolev, V., Cabana, E. C., Howaniec, N., & Dychkovskyi, R. (2020). Estimation of Dense Plasma Temperature Formed under Shock Wave Cumulation. Materials, 13(21), 4923, 1-9. https://doi.org/10.3390/ma13214923.

7. Sobolev, V. V., Baskevich, A. S., Shiman, L. N., & Usherenko, S. M. (2016). Mechanism of thick metal walls penetration by high-speed microparticles. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 75-83.

8. Usherenko, S. M. (1998). Superdeep penetration of particles into barriers and creation of composite materials. Minsk: NII IP s OP.

9. Usherenko, S. M. (2001). Ideas about the effect of superdeep penetration. Sbornik nauchnykh trudov Natsional’noy Gornoy Akademii Ukrainy, 3(11), 13-23.

10. Adamenko, S. V., Adamenko, A. S., & Vysotskii, V. I. (2004). Full-range nucleosynthesis in the laboratory Stable Superheavy Elements: Experimental Results and Theoretical Descriptions. Infinite Energy, 5(4), 1-8.

11. Adamenko, A. S., Adamenko, S. V., & Bulyak, Ye. V. (2005). Experimental studies of a convergent density wave in a cylindrical anode of a high-current diode. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 31(10), 24-29.

12. Adamenko, S., Esaulov, A., Ulmen, B., Novikov, V., Ponoma­rev, S., Adamenko, A., …, & Novikov, D. (2015). Exploring new frontiers in the pulsed power laboratory: Recent progress. Results in Physics, 3, 62-68. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2015.02.005.

13. Derentovich, G. (1989). Strong compression of matter by cumulating the energy of explosives. Prikladnaya matematika i tekhnicheskaya fizika, (4), 23-35.

14. Anisimov, S. A., Bespalov, V. Ye., Vovchenko, V. I., Dromin, A. N., Dubovitskiy, F. I., Zharkov, A. P., …, & Shur, L. N. (1980). Generation of neutrons upon explosive initiation of a D–D reaction in conical targets. Pis’ma v zhurnal eksperimental’noy i teoreticheskoy fiziki, 31(1), 67-70.

15. Voytenko, A. Ye., & Sverdlichenko, B. V. (1989). Formation of a crater in a metal by an impact of a high-enthalpy plasma. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika, (6), 19-22.

16. Tsarov, V. A. (1990). Low-temperature nuclear synthesis. Uspekhi fizicheskikh nauk, 160(11), 1-53.

17. Zel’dovich, Ya. B. (1985). Selected works. Particles, nuclei, Universe. Moscow: Nauka.

18. Adamenko, S. V., Bereznyak, P. A., & Mikhaylovskiy, I. M. (2001). Initiation of an electric vacuum discharge by accelerated nanoparticles. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 27(16), 15-20.

19. Adamenko, S. V., Selleri, F., & Van der Merwe, A. (2007). Controlled Nucleosynthesis. Breakthroughs in Experiment and Theory. Series: Fundamental theories in Physics, 156(11). Springer.

20. Ovchinnikov, V. I., Doroshkevich, Ye. A., Belous, A. I., Petlitskaya, T. V., Reut, O. P., & Usherenko, S. M. (2007). Effects of electromagnetic radiation observed under loading conditions with a high-energy flux of powder particles, (pp. 153-160). Fizika i tekhnika vysokoenergeticheskoy obrabotki materialov. Dnepropetrovsk: Art-Press.

21. Marukovich, Ye. I., Usherenko, Yu. S., & Usherenko, S. M. (2021). Dynamic modification of metals: monograph. Minsk: Belaruskaya navuka.

22. Adamenko, S. V., & Vysotskii, V. I. (2004). Evolution of Annular Self-controlled Electron–Nucleus Collapse in Condensed Targets. Foundations of Physics, 34, 1801-1831.

23. Fleishmann, M., Pons, S., & Hawkins, M. (1989). Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium. Journal of Electroanalytical Chemistry, 261, 301-308.

24. Timashev, S. F. (2017). On the mechanisms of low-energy nuclear-chemical processes. Radioelektronika, nanosistemy. Informatsionnyye tekhnologii (RENSIT), 9(1), 37-51. https://doi.org/10.17725/rensit.2017.09.037.

25. Savvatimova, I. (2011). Transmutation of elements in low-energy glow discharge and the associated processes. Condensed Matter Nuclear Science, (8), 1-19.

26. Voytenko, A. Ye., & Sobolev, V. V. (2012). On the estimation of the temperature of high-speed plasma jets formed in explosive generators. In Shock waves in condensed media, (pp. 238-246). Kyiv: Interpres LTD. Retrieved from http://ru.combex.org/conf_files/SWCM-2012.pd.

27. Sobolev, V. V., & Usherenko, S. M. (2008). Formation of chemical elements under superdeep penetration of lead microparticles in ferrous target. Advanced Materials Research, 47-50, part 1, 25-28. Hong Kong, P.R.; China. Retrieved from https://www.scientific.net/AMR.47-50.25.

28. Sobolev, V. V., Bilan, N. V., Baskevich, A. S., & Stefanovich, L. I. (2018). Electrical charges as catalysts of chemical reactions on a solid surface. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 50-58. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-4/7.

29. Timashev, S. F. (2015). Radioactive decay of nuclei as an initiated nuclear-chemical process: phenomenology. Zhurnal fizicheskoy khimii, 89(11), 1810-1822.

30. Gubenko, S. I., Sobolev, V. V., & Slobodskoy, V. Ya. (1987). Structural changes in metal alloys treated with high-energy gas jets. In Izmeneniye svoystv materialov pod deystviyem vysokikh davleniy, (pp. 127-133). Kyiv: Institut problem materialovedeniya.

31. Voytenko, A. Ye. (2001). On the question of the limiting temperature in explosive plasma generators. Sbornik nauchnykh trudov Natsional’noy Gornoy Akademii Ukrainy, 3(11), 5-9.

32. Chernai, A. V., Sobolev, V. V., Chernaj, V. A., Ilyushin, M. A., & Dlugashek, А. (2003). Laser ignition of explosive compositions based on di-(3-hydrazino-4-amino-1,2,3-triazole)-copper(II) perchlorate. Combustion, Explosion and Shock Waves, 39(3), 335-339.

33. Gerasimov, S. I., Ilyushin, M. A., Kuznetsov, P. G., Putis, S. M., Dushenok, S. A., & Rozhentsov, V. S. (2021). Initiation of Detonation by a Light Pulse in a Thin Charge of the VS-2 Pyrotechnic Composition. Technical Physics Letters, 47, 111-113. https://doi.org/10.1134/S1063785021020048.

34. Sobolev, V. V., Taran, Y. N., & Gubenko, S. I. (1997). Shock wave use for diamond synthesis. Journal De Physique, 7(3), C3-73-C3-75. Retrieved from https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00255438 Submitted on 1 Jan 1997.

35. Chernaj, A. V., & Sobolev, V. V. (1995). Laser method of profiled detonation wave generation for explosion treatment of materials. Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov, (5), 120-123.

36. Sobolev, V. V., & Bilan, N. V. (2018). Physical conditions of the ‘light’ core formation and thermonuclear heat source deep inside the earth. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 13-23. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-5/1.

37. Sobolev, V. V., Gubenko, S. I., Rudakov, D. V., Kyrychenko, O. L., & Balakin, O. O. (2020). Influence of mechanical and thermal treatments on microstructural transformations in cast irons and properties of synthesized diamond crystals. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 53-62. https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-4/053.

38. Al’tshuler, L. V., Trunin, R. F., Urlin, V. D., & Fortov, V. Ye. (1999). Development in Russia of dynamic methods for studying high pressures. Uspekhi fizicheskikh nauk, 169(3), 323-344.

39. Kanel’, G. I., Fortov, V. Ye., & Razorenov, S. V. (2007). Shock waves in condensed matter physics. Uspekhi fizicheskikh nauk, 177(8), 809-830.

40. Trunin, R. F. (Ed.) (1992). Properties of condensed matter at high pressures and temperatures. Arzamas: VNII eksperimental’noy fiziki.

41. Kanel’, G. I., Razorenov, S. V., Utkin, A. V., & Fortov, V. Ye. (1996). Shock-wave phenomena in condensed media. Moscow: Yanus-K.

42. Orlenko, L. P. (Ed.) (2004). Explosion physics (3 ^rd ed.) Moscow: Fizmalit.

43. Milyavskiy, V. V., Fortov, V. Ye., Frolova, A. A., Khishchenko, K. V., Charakhch’yan, A. A., & Shurshalov, L. V. (2010). On the mechanism of pressure increase with increasing porosity of media shock-compressible in conical and cylindrical targets. Zhurnal vychislitel’noy matematiki i matematicheskoy fiziki, 50(12), 2195-2207.

44. Charakhch’yan, A. A., Khitsenko, K. V., Milyavskiy, V. V., Fortov, U. V., Frolova, A. A., Lomonosov, I. V., & Shurshalov, L. V. (2005). Numerical study of converging shock waves in porous media. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 75(8), 15-25.

45. Nemchinov, I. V., Trubetskaya, I. A., & Shuvalov, V. V. (1984). Explosion in a limited volume of gas under strong radiation. Prikladnaya matematika i tekhnicheskaya fizika, (6), 108-112.

46. Nedostup, V. I., & Gal’kevich, Ye. P. (2000). Equations of state for helium, hydrogen, deuterium, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane at high temperatures and pressures. Teplotekhnika vysokikh temperatur, 38(3), 397-401.

47. Bogdanov, E. N., Zhernokletov, M. V., Kozlov, G. A., & Rodio­nov, A. V. (2020). Study of shock-compressed argon plasma using microwave diagnostics. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 56(4), 479-485. https://doi.org/10.1134/S0010508220040127.

48. Fortov, V. Ye. (1982). Dynamic methods in plasma physics. Uspekhi fizicheskikh nauk, 138(3), 361-412. Retrieved from https://docplayer.com/78969182-Uspehi-fizicheskih-dinamicheskie-metody-v-fizike-plazmy-v-e-fortov.html.

49. Kondrikov, B. N., & Sumin, A. I. (1987). The equation of state of gases at high pressure. Fizika goreniya i vzryva, (1), 114-122.

50. Mader, S. L. (1998). Numerical Modeling of Explosives and Propellants (2 ^nd ed.). CRC Press.

51. Zel’dovich, Ya. B., & Rayzer, Yu. P. (2008). Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. Moscow: Fizmatlit.

52. Ogorodnikov, V. A., Mikhaylov, A. L., & Burtsev, V. V. (2009). Registration of particle ejection from the free surface of shock-loaded specimens. Zhurnal eksperimental’noy i teoreticheskoy fiziki, 136(9), 1-9.

53. Sobolev, V., & Hove, I. Hogset (1997). Phenomenon of spiral vortex formation over the shock wave front. Journal De Physique, IV, 7(3), 127-129. Retrieved from https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00255481.

54. Romanov, G. S., & Urban, V. V. (1982). Numerical simulation of an explosive plasma generator taking into account radiation energy transfer and wall evaporation. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 43(6), 1012-1019. Retrieved from http://www.itmo.by/publications/jepter/bibl/?ELEMENT_ID=11682.

55. Danilenko, V. V. (2010). Explosion: physics, technique, technology. Moscow: Energoatomizdat.

56. Butyagin, P. Yu. (1984). Structural softening and mechanochemical reactions in solids. Uspekhi khimii, 53(2), 1769-1789.

57. Landau, L. D., & Lifshits, Ye. M. (2012). Quantum mechanics. Moscow: Nauka.

58. Voronin, A. I., & Osherov, V. I. (1990). Dynamics of molecular reactions. Moscow: Nauka.

59. Zababakhin, Ye. I., & Zababakhin, I. Ye. (1988). The phenomenon of unlimited cumulation. Moscow: Nauka.

60. Antsyferov, P. S., & Dorokhin, L. A. (2017). Scaling of a fast spherical discharge. Plasma Physics Reports, 43(2), 164-169.

61. Sobolev, V. V.. Skobenko, O. V., Usyk, I. I., Kulivar, V. V., & Kurliak, A. V. (2021). Formation of converging cylindrical detonation front. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 49-56. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-6/049.

62. Pujol, M., Marty, B., Burnard, Р., & Philippot, P. (2009). Xenon in Archean barite: Weak decay of ¹³⁰Ba, mass-dependent isotopic fractionation and implication for barite formation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 73, 6834-6846. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.08.002.

63. Aprile, E., Aalbers, J., & Agostini, F. (2019). Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T. Nature, 568, 532-535. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1124-4.

64. Tiba, A., Yegorov, A. Yu., Berdnikov, Ya. A., & Lomasov, V. N. (2021). Сopper-64 isotope production through the cyclotron proton irradiation of the natural-nickel target. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbGPU. Fiziko-matematicheskiye nauki, 14(1), 138-146. https://doi.org/10.18721/JPM.14110.

• < Попередня
• Наступна >