Спецпроекты

Холодный термояд: важнейший прорыв

Наука
Американским ученым удалось впервые достоверно определить температуру вещества в газовых пузырьках, схлопывающихся под действием акустической кавитации, и установить, в каком именно состоянии вещество в них находится. За этим сухим описанием скрывается весомое подтверждение одного из наиболее громких и поразительных открытий в науке - «холодного термояда». Как сообщил журнал Nature, сотрудники иллинойского университета (г. Урбана-Шампэйн) Кен Суслик (Ken Suslik) и Дэвид Флэнниган (David Flannigan) сумели достичь сонолюминисценции с необычно яркими вспышками света – настолько яркими, что они хорошо видны невооруженным глазом. Измерения, проведенные американскими химиками, показали, что температура в пузырьках достигает 15 тыс. градусов Цельсия – что в несколько раз выше, чем на поверхности Солнца. На приведенном снимке облако пузырьков газа освещается собственным свечением образующейся в них под воздействием ультразвука плазмы. «Никому прежде не удавалось измерить температуру внутри схлопывающегося пузырька», - комментирует суть открытия г-н Суслик.

Тем самым еще раз подтверждена научная обоснованность теории «холодного термояда». В 2002 году группа ученых из Ок-Риджской лаборатории (США) под руководством Рузи Талейархана (Rusi Taleyarkhan) заявили, что им удалось получить в пузырьках газа, буквально «на лабораторном столе», в нормальных условиях, реакцию ядерного синтеза – вожделенную мечту энергетиков. Открытие встретило мощное противодействие в научном сообществе. Среди скептиков был и сам Кен Суслик, утверждавший, что возможность «пузырькового синтеза» еще следует доказать.

«Наши результаты не являются ни подтвеждением, ни опровержением заявлений Талейархана о протекании реакции синтеза, - отметил он, подчеркнув при этом, что обязательным условием протекания реакции ядерного синтеза является наличие плазмы. – В нашей статье впервые со всей определенностью показано, что в данном процессе образование плазмы возможно».

Ученые воздействовали ультразвуковыми волнами частотой от 20 кГц до 40 кГц, находящимися за пределами чувствительности слуха человека, на концентрированную серную кислоту, содержащую газ аргон. Звуковые волны приводили к образованию в жидкости областей, в которых давление менялось с высокого на низкое с высокой частотой. В результате этого микроскопические пузырьки газа то увеличивались в размерах, то «схлопывались». При этом скорость изменения давления была столь высока, что пузырьки буквально «взрывались» под воздействием так называемой акустической кавитации, в результате чего вещество в микроскопической области нагревалось до сверхвысоких температур. Вещество ионизировалось, а при возвращении в исходное состояние накопленная энергия высвобождалась в виде вспышки света.

Признаком наличия плазмы стало бы обнаружение наличия ионизированных молекул кислорода. Простой нагрев вещества привел бы сначала к разрыву связей между атомами в молекуле, и лишь затем – к их ионизации. Именно такие ионы и были обнаружены – Суслик и Фланниган утверждают, что образоваться они могли лишь при соударении с высокоэнергетичными электронами или другими ионами в горячем плазменном ядре.

Неудача предыдущих экспериментов с измерениями сонолюминисценции, вызванной акустической кавитацией, была связана с тем, что они проводились в воде, и львиная доля энергии поглощалась молекулами водяных паров. Серная кислота, использованная Сусликом и Фланниганом, намного менее летуча, чем вода, вследствие чего газовые пузырьки состояли практически из одного аргона с малой примесью молекул кислоты. А поскольку аргон существует в атомарном состоянии, энергия не расходовалась на разрыв этих связей либо возбуждение колебаний.

Холодный термояд
Излучение света пузырьками под воздействием ультразвука

Источник: Nature

В результате оказалось, что пузырьки газа в серной кислоте под воздействием сонолюминисценции вызывают свечение в 2700 раз более интенсивное, чем пузырьки в воде. Это позволило провести измерения температуры в пузырьках с намного более высокой точностью, чем прежде.

«Эксперименты Фланнигана и Суслика знаменуют чрезвычайно важный этап исследований, поскольку им впервые удалось провести непосредственное исследование температуры и схлопывающихся газовых пузырьках, а также идентифицировать состояние материи в них», прокомментировал результат Детлеф Лозе (Detlef Lohse), сотрудник голландского университета Твенте в г. Эншед.

С важным достижением американских ученых проблема промышленного производства дешевой и чистой энергии, смутно маячившая вдалеке, начинает обретать реальные очертания. Сама задача из чисто физической приобрела внезапно «химическое» измерение – так, ученые из группы Суслика уже сегодня используют акустическую кавитацию для того, чтобы инициировать определенные химические реакции. Они полагают, что им удастся увеличить выделяемую пузырьками энергию за счет подбора наиболее подходящих для этой цели газов и жидкостей. И если ученым-химикам удастся "элегантно" воплотить в жизнь то, что не удалось их коллегам-физикам с огромными и чудовищно дорогими ТОКАМАКАМи - возможно, мы станем свидетелями поворотного момента в человеческой истории.