Виктор Финкель - Портрет трещины
теле винта огромных каверн, нарушающих прочность, ухудшающих обтекание жидкостью и тем самым понижающих эффективность работы. И, что важно в военно-морском флоте, при этом резко увеличивается интенсивность звучания винта, а следовательно, облегчается обнаружение корабля. Именно этот эффект и использовали в Сибирском институте. Только теперь кавитаци-онный процесс шел по пути разрушения связей между волокнами.
В дополнение к этому явлению на пути струи располагалась стальная заостренная пластинка. Под действием пульсаций струна вибрировала. Это был как раз тот случай, когда постоянные колебания простительны. Тем более, что они содействовали дополнительному протеканию фибрилляции. Особенно хорошим получался помол, когда пластинка входила в резонансные колебания. В этих условиях оказалась возможной и переработка древесины лестничных пород.
Процесс тонкой деструкции материала имеет уникальные, без преувеличения беспрецедентные, физические особенности и связанные с ними удивительнейшие применения в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Оказывается, при разрушении, в частности, кристаллического вещества, образуются чистейшие, физики говорят «ювенильные», поверхности. Трещина как бы вскрывает и делает доступными внутренние слои материала, не загрязненные примесями, оксидами, влиянием внешних сред. Это обстоятельство вводит в любой химический процесс с участием таких поверхностей «искренность» и отсутствие посторонних воздействий. Более того, обнажение при массовом дроблении огромной химически активной поверхности играет провоцирующую и стимулирующую роль, заметно увеличивая скорость процессов. Но и это далеко не все. Чисто утилитарный процесс дробления и перемола -
Скалы в гальку передробило,Гальку перемололо в песок…
(Б. Слуцкий)
– оказался дорогой, ведущей не только туда, куда ее прокладывали, и открыл перед нами совершенно новое научное направление-механоэмиссия и механохи-мия твердых тел. В 1986 году в Ростове-на-Дону состо-
ялся симпозиум по этой проблеме, в сотнях сообщений которого содержится информация, попросту «захватывающая дух».
Расскажем хотя бы о некоторых вопросах, стоявших в повестке дня симпозиума. Сравнительно давно было известно, что при раскалывании кристаллов их поверхности электризуются. Причем, если в процессе роста трещин возникающий заряд значителен, то со временем он ослаблевает – релаксирует, но сохраняется на поверхностях раскола длительное время. Около 40 лет тому назад известный советский физик Б. В. Дерягин обнаружил эмиссию электронов со свежесколотых поверхностей, названную уже тогда механоэмиссией. Оказалось, что этот процесс намного шире, нежели вначале предполагалось--электроны изучаются при нарушении адгезионных контактов при динамическом контактировании твердых тел в среде углеводородов, разрыве химических связей, разрыве полимерных цепей. Между тем, электроны-то необычные. Они обладают высокой энергией, порядка 40-100 КЭВ и излучаются отдельными элементами вскрываемой поверхности, образующими электростатическую мозаику. Интересно, что этот процесс свойственен в различных масштабах практически любым разрушаемым материалам, даже обычной бумаге.
Не менее интересным является и радиоизлучение, возникающее при отрыве полимерных пленок от твердого тела, разрушении щелочно-галоидных кристаллов, распространении трещины по клеевому соединению двух диэлектрических материалов, раздавливании, наконец, бетона. Но и этим не ограничиваются коммуникационные способности трещины – она излучает свет (механо-люминесценция). Так нагружение и разрушение металлов ведет к эмиссии в диапазоне от видимого до инфракрасного света. При измельчении частиц кварца обнаружены световые импульсы длительностью Ю-3-10~6 секунды. Отрыв каучуковой пленки от стекла сопровождается инфракрасным излучением, определяемым скоростью распространения трещины. Если до этого уровня возможности трещины были сравнительно легко предсказуемыми, то дальнейшее… Впрочем, наши представления о разрушении за последние 50 лет кардинально изменили и это, наверное, хорошо, потому что, как сказал один философ, если закон уже никто не наруша-
ет, значит он устарел. И все же поразительно – трещина излучает рентгеновские лучи! Наблюдались они, в частности, при изучении осадочных горных пород.
Но, пожалуй, самое поразительное в другом. Дело в том, что до настоящего времени теория разрушения строилась в предположении о том, что этот процесс межатомный, в том смысле, что разрыв идет по межатомному и межмолекулярному пространству. К разрыву молекул движущейся трещиной привыкли, в конечном итоге никого не удивляет разрыв длинных молекулярных цепей в полимерах. Когда мы говорим об излучении видимого света, тоже все ясно-возбуждаются при разрыве связей электронные оболочки атомов и излучают. Но ядро-то! Оно всегда при любых процессах разрушения было «недотрогой» и в разрушении не участвовало.
В одном из докладов', представленных Институтом физической химии АН СССР, сделано предположение о возможности протекания ядерных реакций при разрушении твердых тел, содержащих тяжелые изотопы водорода! Результаты опытов показали возникновение в момент разрушения дейтерийсодержащих кристаллов потока нейтронов! В это очень хочется и вместе с тем трудно поверить – неужели? Неужели трещина сечет ядра? Будем ждать новых работ, новых результатов на этом пути. Будем терпеливо ждать их с пониманием того, насколько все это не просто. Будем помнить при этом забавную присказку Игоря Васильевича Курчатова': «Одним матом не расколешь атом»!
Слов нет, физические процессы, протекающие при дроблении материала, многоплановы и физически крайне интересны. Но зачем они? Что они дают? И, наконец, куда они ведут? И помните: зачем нужна дорога, если она не ведет к храму? Оказывается, храм существует и заключается в новом разделе науки – механохимии и ее практических приложениях. Установлено, что для широкого круга химических реакций, протекающих в твердом состоянии, механическое нагружение и разрушение являются мощнейшими стимуляторами. Так, в частности, импульсное одностороннее сжатие3 способно привести к росту скорости реакции на 4-6 порядков! При этом кинетически особенности превращения напоминают низкотемпературный взрыв! В системе циклогексан – хлор4 спусковым ме-
1 Клюев В.. А., Липсон А. Г., Топоров Ю. П. Эмиссия нейтронов при разрушении дейтерийсодержащих твердых тел: Материалы X юбилейного всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. М.: 1986. С. 5.
2 Крайний В. А. Мужество и обаяние//Химия и жизнь. 1983. № 1. С. 32.
3 Бендерский В. А., Мисочко Е. Я., Филиппов П. Г., Овчинни* ков А. А. Криохимия взрывных механохимических процессов: Материалы X юбилейного всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. М.: 1986. С. 80.
4 Там же, с. 81.
ханизмом подобного явления является спонтанное трещинообразо-вание, обеспечивающее зарождение и развитие цепного процесса.
Экспериментаторы1 из Института химической физики АН СССР установили, что стекло, образованное метилциклогексаном и хлором, при медленном отогревании с температур жидкого гелия до жидкого азота остается инертным. Но стоило в стекле появиться трещине, как происходила бурная реакция. Некоторые авторы видят влияние разрушения в эмиссии атомов и молекул хлора в объем трещины. Возможно это так, но вряд ли эта единственная причина. Дело в том, что многие из перечисленных выше явлений могут быть не только «провокаторами» физического процесса, но и его стимуляторами. Это и быстролетящие электроны, и электромагнитное излучение, и рентгеновские лучи. Вероятно, и многие другие процессы вскроются в этом удивительном направлении. Надо только быть готовым принять новое, каким бы неожиданным и парадоксальным оно не оказалось. Писал же Фолкнер, что правда вообще невыносима. Некоторые даже считают ее лекарством, которое можно употреблять лишь в гомеопатических дозах.
Вот уже более 30 лет известно, что дробление, осуществленное в некоторых условиях (в так называемых дезинтеграторах), придает порошкам высокую активность, позволяющую им впоследствии образовывать материалы с необычными свойствами. Так, например, получают цементы, великолепно сохраняющиеся при длительном хранении. Сухие топливные смеси, прошедшие дезинтегратор, более полно сгорают и дают дымовые газы пониженной токсичности. Активируется при этом и синтез, и спекание сегнетоэлек-трических твердых растворов сложных оксидов. И многое, многое другое улучшается, интенсифицируется, активируется после прохождения этой странной обработки в дезинтеграторе. Что это такое? Казалось бы, не так важен метод, если известен результат. В данном случае это не так! Метод сам по себе хотя и не сложен, но интересен. Два соосных ротора с металлическими пальцами с большими скоростями вращаются навстречу друг другу. Измельчаемое вещество оказывается в центре этой системы и подвергается действию ряда мощных последовательных динамических импульсов со скоростями порядка 450 м/с. Интересно, что при этом развиваются гигантские ускорения, в сотни миллионов раз превышающие ускорение свободного падения2. Несмотря на кратковременность пребывания в таких условиях, с материалом, превращаемым в тонкодисперсный порошок, происходят серьезные и необратимые изменения. Природа их до сих пор не выяснена. Возможно, значительную активирующую роль играют процессы, описанные выше, но вполне может оказаться, что разнообразные излучения – лишь следствие более сложных и глубинных явлений. В качестве одной из версий, которую автор книги не разделяет, приведем точку зрения2, согласно которой процессы, происходящие в дезинтеграторе, по величине развиваемых сил и ускорений близки к ситуации, в которой оказывается материал белых карликов, спрессованный в новое вещество с плотностью, на 6 порядков превышающей обычную…
