Про механізм іонізації атомів при стискуванні речовини фронтом збіжної ударної хвилі
- Деталі
- Категорія: Зміст №3 2022
- Останнє оновлення: 11 липня 2022
- Опубліковано: 30 листопада -0001
- Перегляди: 2415
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
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.
Наступні статті з поточного розділу:
- Підвищення надійності вантажних автомобільних перевезень в умовах гірничодобувного підприємства - 11/07/2022 22:51
- Проблеми й завдання екологічної безпеки та геодинамічний моніторинг на Карачаганакському нафтогазоконденсатному родовищі - 11/07/2022 22:51
- Посилення контролю за діяльністю підприємств із промисловим забрудненням атмосферного повітря - 11/07/2022 22:51
- Дослідження впливу споживання відновленої енергії на викиди CO2: докази країн ПААРС - 11/07/2022 22:51
- Оптимізація ефективності опалення наземних споруд вугільних шахт інфрачервоними обігрівачами - 11/07/2022 22:51
- Напружений стан інструменту шліфування навантаженого дотичною силою - 11/07/2022 22:51
- Перспективи використання відходів збагачення поліметалевих руд для отримання твердіючих сумішей - 11/07/2022 22:51
- Вплив концентрації напружень на надійність елементів металоконструкції портальних кранів - 11/07/2022 22:51
- Характеристика й переробка електростатичною сепарацією низькоякісної залізної руди рудника Хангет - 11/07/2022 22:51
- Плоска задача визначення зусиль для руйнування шматків у дезінтеграторах при захопленні товстим шаром - 11/07/2022 22:51
Попередні статті з поточного розділу:
- Дослідження процесу сульфідування золото-миш’яковмісних руд і концентратів - 11/07/2022 22:51
- Новий метод знешкодження концентрованих розчинів шляхом кристалізації їх компонентів - 11/07/2022 22:51
- Комплексне вимірювання параметрів процесу магнітної сепарації залізорудної сировини на основі ультразвукових методів - 11/07/2022 22:51
- Формування моделей управління гірничим підприємством - 11/07/2022 22:51
- Нафтогазоносність кристалічного фундаменту Дніпровсько-Донецької западини – неупереджений погляд на стан проблеми - 11/07/2022 22:51
- Мінералогічна та грануло-хімічна характеристика жил № 4 і 10 баритової шахти Айн Мімун - 11/07/2022 22:51
- Тектонічні особливості утворення Жаільмінської структури - 11/07/2022 22:51
- Родовища та показники якості бурого вугілля України - 11/07/2022 22:51