ударная волна

УДАРНАЯ ВОЛНА

распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью в газе, жидкости или твердом теле тонкая переходная область (фронт), в которой происходит резкое увеличение давления, плотности и температуры. Возникает при взрыве, мощном электрич. разряде, столкновениях тел, сближающихся со сверхзвуковой скоростью, в фокусе луча лазера и т. п. Рост давления и температуры во фронте У. в. происходит за 10⁻¹² — 10⁻⁹ с, затем, спустя 10⁻⁶ с, происходит "разгрузка" и давление падает до атмосферного. Скорость охлаждения вещества на этой стадии составляет 10⁸ град/с. Однако вследствие необратимых процессов, происходящих при "ударноволновом" сжатии, температура образца не возвращается к исходной, и образец остается нагретым. В реальных условиях весь цикл завершается приблизительно за 10⁻⁵ с.

У. в. в газе сопровождается не только увеличением плотности, но и значительным повышением температуры. В этих условиях происходят разл. процессы: возбуждение мол. колебаний, диссоциация и ионизация молекул и атомов, хим. реакции.

При сжатии конденсир. веществ во фронте У. в. возникают огромные тангенциальные напряжения, вызывающие мощные сдвиговые деформации (время развития деформации 10⁻⁷ с). Поэтому в твердом теле создаются чрезвычайно высокие концентрации дислокаций и точечных дефектов, разрываются хим. связи, происходит дробление вещества (разрушается кристаллич. решетка), что способствует протеканию и (или) ускорению разл. физ.-хим. превращений.

Часто в результате сжатия протекают хим. реакции. Так, при воздействии У. в. на неорг. соед. были синтезированы нитриды Al, Be, В, Mg, Zr, получены оксид, нитрид и карбид бора, алмазы. У. в. — эффективный способ повышения каталитич. активности веществ. Например, воздействие У. в. на гетерог. катализаторы может приводить к увеличению их активности и к изменению селективности.

Под действием У. в. полимеры вступают в разл. хим. реакции: частично разлагаются до исходных мономеров, их молекулярная масса уменьшается (как, напр., в случае полиметилметакрилата), претерпевают вулканизацию (дивиниловый, изопреновый, бу-тадиеннитрильный, натуральный каучуки) или глубокие структурные изменения, сопровождающиеся изменением цвета и уменьшением растворимости (полистирол).

В условиях У. в. протекают разл. реакции орг. веществ. Такие мономеры, как акриламид, метакриламид, акрилат калия, триоксан, в твердом состоянии образуют полимеры с высокой мол. массой. Из аммониевых солей ненасьнц. и насыщ. карбоновых кислот получают аминокислоты. Последние образуют ди- и полипептиды. Под воздействием У. в. транс-стиль-бен переходит в цмс-изомер. В аналогичных условиях могут протекать реакции этерификации, циклизации и др.

Для изучения превращений веществ в У. в. часто используют метод ампул хранения. Последние представляют собой метал-лич. сосуды, в которые помещают исследуемые вещества. У. в. создают взрывом BB или ударом пластины, движущейся под воздействием взрывных газов. Изменяя конфигурацию фронта У. в., можно менять величину деформации сдвига вещества. В случае хим. исследований при "ударноволновом" сжатии давление чаще всего варьирует от 5 до 40 ГПа, а температура может принимать значения до 800 К. После прохождения У. в. сохраненные в ампуле вещества обычно исследуют подходящими физ. и физ.-хим. методами.

С помощью У. в. определяют параметры уравнений состояния, упруго-пластичные характеристики, исследуют оптич. и электрич. свойства веществ, изучают кинетику разл. процессов (см. ударных труб метод). В промышленности У. в. применяют для синтеза сверхтвердых материалов (алмаза, боразона), упрочения металлов, прессования порошков металлов и керамики, сварки металлич. конструкций.

^{Лит.: Бацанов С. С., "Успехи химии", 1986, т. 55, в. 4, с. 579–607; Ададуров Г.А.,там же, с. 555–78; Bergman O. R., В ailey N.F., High pressure explosive processing of ceramicks, Aedermannsdorf — [a. o.], 1987, p. 66–85; Shock compression of condensed matter, ed. by S. C. Schmidt et al., N. Y., 1990.}

_{А. А. Жаров}