Новости химической науки > акустическая кавитация: измерение температуры

Крошечный взрывающийся пузырёк ксенона появляется в центре этой колбы, заполненной серной кислотой

Уже долгие годы учёным известно, что газ, заключённый в схлопывающийся пузырёк, может нагреться так сильно, что начнёт испускать свечении в видимом диапазоне, но точные значения достигаемых температур до недавнего момента были лишь плодами спекуляций. Сейчас, химики из Университета Иллинойса, Урбана-Шампэйн, определили, что газ становится горячее 15000 К – примерно в три раза горячее, чем поверхность Солнца – и что газ находится в ионизированном состоянии (состояние плазмы) (Nature 2005, 434, 52).

Столь убедительные экспериментальные доказательства образования плазмы во время акустической кавитации были получены впервые, говорит профессор Кеннет С. Саслик, возглавивший исследования.

Явление акустической кавитации включает в себя следующие процессы: жидкость подвергается воздействию ультразвука, что приводит к образованию, росту и схлопыванию крошечных пузырьков. Саслик и его аспирант Дэвид Дж. Флэнниган изучали явление однопузырьковой сонолюминесценции (ОПСЛ), в ходе которой единственный пузырёк многократно расширяется и взрывается, испуская вспышки света. Спектр испускания этого излучения обычно малоинформативен и не даёт существенной информации о том, что происходит внутри пузырька. Используя пузырьки, заполненные аргоном или ксеноном в концентрированной серной кислоте, Флэнниган и Саслик смогли вызвать явление ОПСЛ в несколько тысяч раз более интенсивное, чем при использовании воды. Более важным является то, что спектр излучения содержал хорошо разрешённые линии атомов и молекул. Исходя из относительных интенсивностей этих линий исследователи смогли измерить температуру.

Также, учёные наблюдали атомы аргона в возбуждённых состояниях и ионы O₂⁺, происхождение которых не может быть объяснено исходя из термической активации. «Мы делаем вывод,» пишут они, «что эти частицы образовались в результате столкновений с электронами, ионами, или другими высокоэнергетическим частицами, существующих в плазме.»

В 2002 году другие исследователи привели достаточно спорные доказательства того, что акустическая кавитация в дейтероацетоне приводит к дейтерий-дейтерий термоядерной реакции (C&EN). «Результаты нашего исследования включают в себя набор экспериментальных данных, которые не могут ни опровергнуть, ни подтвердить наличие термоядерной реакции», сообщил Саслик. Несмотря на то, что состояние плазмы является необходимым условием для термоядерной реакции, с другой стороны она должна приводить к испусканию нейтронов, что не было найдено группой Саслика. Сейчас Саслик планирует совместный эксперимент с другой группой исследователей по изучению ОПСЛ в дейтеросерной кислоте.

источник: Chemical & Engineering News