Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 10

Однако то, что хорошо для двигателистов, плохо для производственников. И в данном случае вместо электрической искры для возбуждения детонации требуется что-то более энергичное: детонационный запал или на худой конец быстро летящая пуля…

Сотрудники Института химической физики все-таки нашли способ «предварительного получения детонационной волны в трубке малого сечения с последующим выпуском ее в объем любой формы».

Так описан способ в официальном документе. Практически же к корпусу конической сужающейся кверху взрывной камеры приваривают тонкую трубку длиной около 10 ее диаметров. Внутрь трубки вставляют проволочную спираль для лучшего завихрения смеси, а сверху подсоединяют манометр, меряющий давление исходной смеси во взрывной камере. Рядом монтируют обычную свечу зажигания. Добавим к этому пару баллонов высокого давления с редукторами, кранами и трубками для подвода газов во взрывную камеру. Вот, собственно, и весь детонационный газовый пресс.

Закрепив заготовку на матрице с помощью специального кольца, рабочий открывает кран и подает во взрывную камеру горючую смесь под давлением до 8 атмосфер. Затем краны перекрывают, нажимают кнопку зажигания, и электрическая искра воспламеняет смесь в верхнем конце трубки. Двигаясь по внутреннему каналу, пламя разгоняется все быстрее и заверяется. И когда вихрь врывается в пространство основной камеры, происходит детонация взрывной волны. При этом развивается давление до 400 атмосфер, чего вполне достаточно для штамповки даже толстых заготовок. А если вдруг потребуется особая равномерность силы удара, на заготовку наливают слой воды толщиной примерно в 5 см, а иногда даже всю взрывную камеру помещают под воду.

Кстати, наличие подводной камеры сгорания опять-таки позволяет приглушить шум детонационного процесса. А кроме того, в принципе, позволяет и вообще обойтись даже без горючего газа. Его можно получать прямо на месте. Ведь вода, как всем известно, состоит из водорода и кислорода. А значит, если в воду вместе с матрицей и заготовкой опустить еще и устройство для электрического разложения водорода, то гремучий газ — смесь водорода с кислородом можно получить, не отходя от установки. Удобно и то, что после взрыва не остается никаких газов или нагара — ведь продуктом взрыва гремучего газа является опять-таки вода.

И наконец, еще одна область, где с успехом используются взрывные технологии, — сварка. Да-да, не удивляйтесь, кроме всем известного «способа соединения деталей расплавлением» с помощью газа или электрической дуги, специалисты ныне все чаще прибегают к сварке взрывом.

Одними из первых, по словам Крюкова, ее начали применять в нашей стране специалисты Сибирского отделения РАН. Потом эстафету подхватили специалисты из других НИИ, лабораторий, университетов… И сейчас этот способ используют в самых различных случаях.

— Вот, скажем, однажды для самолетного радара потребовалось создать своеобразные соты из металла — сварить вместе 1300 шестиугольных медных ячеек с толщиной стенки в 50 микрон и размером отверстия 0,7 мм. Технологи только развели руками — такую работу не может выполнить даже ас-сварщик.

Тогда за дело взялся взрыв. Из алюминиевого прутка нарезали 1300 кусочков, покрыли их с помощью гальванопластики медной пленкой, сложили вместе в жгут и поместили в толстостенную медную трубку. Затем обмотали трубу пластиковой взрывчаткой и произвели взрыв. Его сила намертво сварила вместе заготовки. Оставалось вытравить реактивами алюминиевую сердцевину, и изящное «микросито» было готово.

Сейчас подобные ювелирные операции проводятся на десятках производств. Скажем, на той же кафедре, где работает Д.Б.Крюков и его коллеги, технологии ударно-волновой обработки материалов, защищенные тремя десятками патентов, используются, например, для изготовления деталей из керамического и металлического порошка, сварки взрывом алюминия с медью, никелевыми сплавами, титаном. Вообще взрыв позволяет соединить вместе самые невероятные сочетания металлов и сплавов, позволяя получать биметаллические композиции для различных приборов и агрегатов.

Разработана математическая модель происходящих процессов, позволяющая производить компьютерное моделирование той или иной операции еще до того, как она будет осуществлена на практике, оценить ее результаты.

В некоторых случаях современные технологии пускают в ход вместо взрывного пресса даже… пушку. Только не совсем обычную. Взрывается в ее стволе опять-таки газовая смесь ацетилена с кислородом, а выстреливаются с большой скоростью крупинки металлического порошка. При ударе о поверхность детали они расплющиваются в тончайшие полупрозрачные чешуйки и намертво пристают к поверхности детали. Так в течение тысячных долей секунды образуется покрытие, которое предохраняет поверхность детали от действия агрессивной среды, коррозии и истирания. А стоит такая обработка намного дешевле, чем химическое осаждение или гальванопластика.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИИ

Совершенно точно!

Новое поколение атомных часов — самых точных на сегодняшний день — создается в Японии. Стабильность их хода такова, что они могут ошибиться на одну секунду лишь за десятки миллионов лет, сообщает журнал Nature.

Чем стабильнее и точнее часы, тем больше они подходят для использования в навигации, средствах связи или вычислительной технике. Именно поэтому часовых дел мастера многие тысячелетия совершенствовали измерители времени, пройдя за это время путь от песочных и солнечных часов до часов атомных.

В принципе новые атомные часы не отличаются от тех, что были впервые предложены еще в 50-х годах прошлого века: они также отмеряют частоту перехода внешних электронов из одного энергетического состояния в другое и обратно, фиксируя при этом микроизлучение строго определенной частоты. Так, в 1967 году был принят стандарт секунды как отрезка времени, за которое атом цезия-133 совершит 9 192 631 770 таких квантовых переходов.

Первые атомные часы работали с точностью 10-10 с, нынешние отмеряют время с точностью 10-15 с, что дает ошибку на 1 секунду за 30 миллионов лет. Точность же атомных стронциевых часов, которые разработала в Университете Токио группа специалистов под руководством Хидетоши Катори, составляет 10-18 с.

Для достижения такого результата японским ученым пришлось решить две проблемы.

Прежде всего специалистам известно, что атомные часы, работающие на изотопе стронция, можно создавать двумя путями: используя колебания отдельно взятого атома или заставить синхронно осциллировать, то есть колебаться, сразу несколько атомов.

Преимущество отдельного атома состоит в том, что его несколько проще оградить от внешних электромагнитных воздействий, которые влияют на частоту колебаний. Недостаток же такого подхода — в чрезвычайной трудности измерения высокочастотных вибраций единичной микрочастицы.

Многоатомные часы дают более мощный сигнал, но они менее точны из-за помех, создаваемых электромагнитными полями самих атомов. Созданные в Токийском университете стронциевые часы объединяют преимущества двух подходов — здесь задействовано шесть лазерных лучей, благодаря которым электромагнитные волны атомов оказываются как бы заключены в своего рода решетке, защищающей их от постороннего влияния. И тогда измеряется сигнал каждого из атомов. Затем все показания суммируются. Таким образом сигнал не только усиливается, но и исключаются ошибки случайных отклонений; ведь в итоге за истину принимается среднее арифметическое многих значений.

Создатели атомных часов. Слева — Хидетоши Катори.

Шесть лазерных лучей воздействуют на атомы, каждый из которых находится в своей ячейке.

Понятно, что бытового применения такие часы иметь не будут — людям сверхточность в их повседневных делах попросту не нужна. Но вот для решения задач спутниковой навигации, расчета траекторий движения межпланетных зондов она весьма пригодится. Новый эталон времени также повысит качество функционирования чувствительных к отсчету времени широкополосных сетей связи. Кроме того, полагают исследователи, с помощью сверхточного эталона в очередной раз можно будет проверить некоторые положения теории относительности и законов квантовой электродинамики.

Д.ПЕТРОВ

ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ

… Словно паста из тюбика

Мы уже рассказывали вам, чем хороши топливные элементы, как их совершенствуют в нашей стране (см. «ЮТ» № 8 за 2005 г.). Сейчас расскажем о том, как в США был сконструирован топливный элемент нового поколения.