Механика жидкости и газа. Избранное. Под общей ред. А.Н. Крайко. (1014100), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Большая часть исследований структуры волн термоядерной детонации основана на кинетической модели и приводит к результату о возможности распространения таких волн в режиме сильной или нормальной самоподдерживающейся детонации. Тонкие особенности внутренней структуры таких волн могут быть весьма разнообразными. В случае волны термоядерной детонации, распространяющейся в первоначально холодном твердом несжатом дейтерий-тритиевом веществе с плотностью 0.1964 г/смз, расчеты структуры проводились в [3[ с учетом процессов переноса в двухкомпонентной [ионы и электроны) двухтемпературной плазме и с учетом остывания плазмы в хвостовой части волны за счет тормозного излучения электронов. Эти расчеты показали, что структура головной части волны соответствует слабой детонации, при этом плотность среды при прохождении волны почти не изменяется.
Распространение зоны тепловыделения по веществу обеспечивается в первую очередь механизмом электронной теплопроводности., при этом скорость распространения волны имеет порядок 10 см,сс, а скорость движения вещества в волне 10 см/с. Такие же порядки величин имеют скорость волны и скорость вещества в ней и в рассчитанных в [4[ случаях распространения углеродной термоядерной нормальной детонации по сверхплотному веществу 124 Г.Г. Черимя ядер белых карликов (ре 10 -10ьз г/ем~, Те 3 5 . 10з К). К волнам термоядерного горения вернемся ниже в связи с нестационарными режимами их распространения.
Остановимся вкратце на описании волн детонации и дефлаграции, в которых теплоподвод к веществу осуществляется извне при поглогцении электромагнитной энергии в световом диапазоне. Кще в 1963 г. при острой фокусировке мощного луча рубинового лазера в воздухе наблюдался электрический пробой — в месте фокусировки образовалась светящаяся плазма. Сам по себе этот эффект вызвал в то время огромный интерес среди физиков. В следующем году в одной из ранних работ по оптическому разряду было открыто новое явление, которое должно было привлечь и внимание механиков.
Было обвеяла — наружено, что обращенный к линза источнику излучения фронт плазменного образования вблизи фокуса линзы в течение продолжавшегося после наступления пробоя светового импульса распространяется навстречу лучу со скоростью порядка 100 кзЧс (см. рис. 8). Объяснение этого эффекта состоит в следующем )5]. В месте, где поглощается лазерное излучение., происходит выделение тепла. Нагретая область вследствие действия различных механизмов (формирования при электрическом пробое ударной волны, теплопроводности, радиационного переноса энергии) распространяется по газу.
Газ при этом ионизуется и становится способным поглощать идущее со стороны источника излучение. Таким образом, тепловая волна, двигаясь навстречу световому пучку, поддерживается благодаря поглощению переносимой им энергии. Так как лазерное излучение хорошо поглощается плазмой, то заметный теплоподвод происходит лишь в довольно тонком ее слое. Этот процесс обладает очевидным сходством с явлением распространения волн химического горения и детонации. Во многих теоретических работах изучена структура "светодетонационных' волн и волн лазерного горения.
При этом использовались подходы, аналогичные тем, которые были выработаны для изучения тепловых волн с химическим или термоядерным тепловыделением. В зависимости от условий проведения опытов с поглощением лазерного излучения экспериментально наблюдались и волны детонации, имеющие скорости порядка 100 хм/с и более, и волны слабой дефлаграции со скоростями порядка до нескольких зЧс.
Режимы дефлаграции возникают при умеренных мощностях лазеров, когда температура плазмы имеет порядок 20000 К. Летонация со сжатием газа в ударной волне наблюдается при очень большой мощности, когда температура плазмы имеет порядок сотен тысяч и миллиона градусов. Оценочные расчеты показали, что при еще большей интенсивности излучения, когда достигается температура в миллионы градусов, основным механизмом распространения тепловой волны может стать Рис. 8 125 1.9) Энзотерм»чесние волны о сплошных средох электронная теплопроводность, поскольку в этих условиях тепловая волна обгоняет ударную волну.
Явление станет при этом подобным описанному ранее процессу термоядерного горения,и тепловая волна будет распространяться в режиме слабой детонации. Отметим одно важное отличие тепловых структур с тепловыделением за счет поглогцения подводимого извне излучения от тепловых структур, в которых механизм тепловыделения связан с трансформацией внутренней энергии самого вещества 1химические и термоядерные реакции, фазовые переходы и т.п.).
Очевидно, что для стационарного поддержания в теплопроводном веществе области, имеющей более высокук> температуру, чем окружак>щая ее среда, внутри области должно непрерывно происходить телловыделение, для чего необходимо распространение этой области по веществу. Лишь в случае, если окружающая среда прозрачна для потока энергии, который может поглощаться внутри или на границе нагретой области, последняя может быть неподвижной относительно среды.
Именно такой случай поддержания неподвижной или перемещающейся заданным образом относительно вещества структуры, нагретой до высокой температуры, удается реализовать с использованием лазерного источника излучения. Впервые непрерывно действующий оптический разряд, поддерживаемый сфокусированным лучом лазера на углекислом газе, был получен в 1970 г. ~б]. При поджигании разряд начинается в фокусе.
Затем фронт плазмы, как это описывалось ранее, смещается навстречу световому потоку со скоростью порядка нескольких м>>с, т.е. тепловая волна распространяется в режиме дефлаграции и останавливается там, где из-за расходимости пучка света плотность потока световой энергии становится недостаточной для поддержания распространяющейся тепловой волны. Температура аргоновой плазмы в зоне разряда превышает 20000 К, плазменное образование представляет при этом непрерывно действующий источник света небывалой ранее яркости. На рис. 9 приведена фотография непрерывного оптического разряда в камере с неподвижным газом, на рис.
10 дана серия снимков плазменных образований в потоке воздуха разной скорости. Опишем еще несколько изученных в последнее время явлений, связанных с возникновением и распространением по веществу экзотермических волн. В 1972 г. при изучении сравнительно толстых (с толщиной порядка 50 мкм) пленок аморфного германия, напыленного на стеклянную или металлическую пластину, было обнаружено [7) следующее интересное явление.
Если царапнуть пленку в каком-либо месте иглой или локально нагреть пленку микрогорелкой,или воздействовать на нее локально еще каким-либо образом, то от места воздействия начинает распространяться фронт круговой формы, в котором германий переходит в кристаллическое состоянио. При переходе выделяется довольно много тепла, так что температура за фронтом (при начальной комнатной) достигает 500 К. 126 Г.Г. Черкни 170 З19 Рис. 10 Рис. 9 Рис. 11 На рис. 11 показаны последовательные положения фронта кристаллизации, полученные на кинограмме с частотой съемки 2000 кадров в секунду, так что более толстые линии отделоны промежутком времени в 2.5.10 з с.
Скорость распространения фронта кристаллизации на установившемся участке составила примерно 1.2 зЧс. Пройдя некоторое расстояние, фронт кристаллизации останавливается. Фотография конечного состояния приведена на рис. 12. Ниже мы вернемся еше к модели этого процесса и, в частности, к объяснению причины остановки фронта кристаллизации. Энзотермичсские волны в снлошньса средах 127 128 Г.Г. Черный Несколько лет назад было открыто еще одно интересное явление. Оказалось, что процессы полимеризации некоторых мономеров, происходящие с выделением тепла, также могут распространяться в виде тепловых волн ~8).
Скорости этих волн невелики и по порядку составляют 10 ~ см/с, а максимальные температуры в волне составляют 500-600 К. Лля того, чтобы при повышении томпературы в волне мономер не закипел или не происходила вновь деструкция образовавшегося полимера, процесс в ряде случаев необходимо вести при высоком ТС 200 300 2 4 6 у( ~) Рис. 13 давлении (1500-4000 ашм), Лля иллюстрации на рис. 13 приведен изморенный в опытах профиль температуры в стационарной тепловой волне полимеризации метилметакрилата (с добавкой небольшого количества циклогексилпероксидикарбоната в качестве инициатора реакции) при давлении 4000 атм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
