Американським фізикам вдалося провести експеримент, в результаті якого ультразвукова хвиля в рідині змогла породити спалах світла потужністю до сотні ват. Це явище відомо досить давно і називається воно сонолюмінесценция. Деякі вчені впевнені: нарешті в руках людства – ключ до створення джерела невичерпної енергіі.Недавно в ході експериментів фізики з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі зареєстрували рекордно потужний спалах сонолюмінесценция. Цим мудрованим словом вчені називають явище виникнення спалаху світла при схлопиванії бульбашок, які з'являються в рідині при впливі на неї потужної ультразвукової хвилею. Це явище відоме ще з 30-х років минулого століття, проте глибоко вивчати його почали зовсім недавно.

Типовий досвід із спостереження сонолюмінесценция виглядає так: в ємність з водою поміщають резонатор і створюють в ній стоячу сферичну ультразвукову хвилю. При достатній потужності ультразвуку в самому центрі резервуара з'являється яскравий точкове джерело блакитнуватого світла, що говорить про те, що звук перетворюється у світ. Однак механізм цього явища досить складний і інтересен.Расчети та аналіз даних показують, що стояча ультразвукова хвиля у фазі розрідження створює у воді велику негативний тиск, що призводить до локального розриву водної товщі та утворення так званого кавітаційного пухирця, тобто порожнини всередині води, заповненої парою. Далі, коли хвиля переходить у фазу стиснення, дане тиск зменшується і цей кавітаційний бульбашка схлопивается, причому з досить високою скоростью.Било відмічено, що в ряді випадків процес схлопування прискорює також сила поверхневого натягу. У підсумку на заключній стадії процесу сонолюмінесценция з центру схлопнувшегося бульбашки виривається дуже коротка і яскравий спалах світла.

Слід зауважити, що, оскільки кожен кавітаційний бульбашка народжується і схлопивается мільйони разів за секунду, – спостерігач бачить усереднений сонолюмінесцентний світло, що є результатом "діяльності" величезної кількості подібних бульбашок. Для нас це світло здається блакитним, хоча, як було доведено рядом дослідів, риби сприймають його радше як маліновий.Согласно досліджень фізиків, спектр даної люмінесценції має гладкий вигляд і не містить явно виділяються ліній, що свідчить на користь теплового механізму випромінювання. Тому цілком логічно припустити, що джерелом світла в даному випадку стає невелике хмарка плазми, в яке під величезним тиском перетворюється пар, що знаходиться в бульбашці. Саме ця плазма на короткий час запалюється в центрі схлопивающіхся пухирця, що в чем-то ріднить світло, породжуваний ними зі світлом, що йде від звезд.В більшості експериментів потужність сонолюмінесцентних спалахів не перевищує 10 мВт. Однак фізики вже давно навчилися підвищувати її, додаючи до складу деякої кількості благородних газів, таких як гелій, аргон і ксенон, які при утворенні кавітаційного пухирця потрапляють всередину його разом з водяною парою. В результаті сім років тому вченим з Кембриджського університету вдалося отримати спалах пікової потужністю в 1 Вт. Але нинішній експеримент американських дослідників, звичайно ж, побив усі попередні рекорди.

Сам досвід, до речі, теж був вельми оригінальний. Спочатку дослідники заповнили ємність циліндричної форми, розміщену в сантиметрі над сталевою плитою, фосфорною кислотою і за допомогою голки ввели в цю "трубу" міліметровий бульбашка ксенону. Коли останній, піднімаючись, досягав висоти в 11 см, циліндр впустили на сталеве підстава. Це різке падіння і породило тиск, що призвело до хляпанню бульбашки. Причому схлопнув він, що називається, "яскраво, барвисто і зі смаком" – експериментатори реєстрували 150-наносекундних яскраво-блакитну спалах з піковою потужністю, що перевищує 100 Вт, а також відчули запах озону (це часто буває при сонолюмінесценция).

Спектральна температура при цьому складала 10 200 К, що для подібного явища теж майже рекорд (зазвичай така становить 2-3 тисячі кельвінів). І хоча потужність спалаху все одно не досягла такої, яку може продемонструвати нам найпоширеніша електрична лампочка, дослідники заявляють, що в майбутньому вони планують ще збільшити температуру і потужність. До речі, дані експерименти проводяться зовсім не для того, щоб задовольнити особисте цікавість вчених за державний рахунок, а заради того, щоб спростувати або, підтвердити заяви іншої групи фізиків, які дев'ять років тому опублікували в журналі Science сенсаційну статтю про запуск за допомогою сонолюмінесценция термоядерного синтезу дейтерію в ацетоні. Втім, останнє, швидше за все, маловероятно.Напомню, що в 2002 році співробітники Іллінойського університету (США) Кен Саслайк і Девід Фленніган зуміли досягти сонолюмінісценціі з незвичайно яскравими спалахами світла – настільки яскравими, що вони добре видно неозброєним оком. Вчені впливали ультразвуковими хвилями частотою від 20 кГц до 40 кГц, що знаходяться за межами чутливості слуху людини, на концентровану сірчану кислоту, яка містить газ аргон. Ну, а дані хвилі, як їм і належить, приводили до утворення в рідині областей, в яких тиск змінювався з високого на низьке практично миттєво. У результаті цього мікроскопічні бульбашки газу то збільшувалися в розмірах, то "схлопивается". При цьому зорость зміни тиску була настільки висока, що бульбашки буквально "вибухали" під впливом так званої акустичної кавітації, в результаті чого речовина в мікроскопічної області нагрівалося до надвисоких температур. Було зазначено, що воно при цьому іонізувати, а при поверненні в початковий стан накопичена енергія вивільнялася у вигляді спалаху света.Ізмеренія, проведені американськими хіміками, показали, що температура в бульбашках досягає 15 тис. градусів Цельсія – що в кілька разів вище, ніж на поверхні Сонця. На наведеному знімку хмара бульбашок газу висвітлюється власним світінням що утвориться в них під впливом ультразвуку плазми. "Нікому раніше не вдавалося виміряти температуру всередині схлопивающіхся бульбашки", – так прокоментував суть відкриття пан Саслайк.В тому ж році схожий експеримент провели фізики з групи Рузі Талейархана з Ок-Ріджской лабораторії (США). Вони працювали з ацетоном, в якому попередньо звичайний водень був замінений на його радіоактивний ізотоп дейтерій (у якого в ядрі крім протона є нейтрон).

При цьому вони використовували детектори, здатні реєструвати гамма-промені і нейтронне випромінювання. Саме ці явища зазвичай є ознакою того, що в експериментальній ємності відбулася реакція термоядерного синтезу (докладніше про неї читайте у статті "Приручення енергії термоядерного синтезу").

Найцікавіше, що всі ці детектори дійсно підтвердили факт виникнення подібних випромінювань. Проте до цих пір ряд фізиків сумнівається в тому, що вони є результатом термоядерної реакції, яка сталася внаслідок сонолюмінесценция.

До речі, в числі скептиків опинився і Кен Саслайк, який заявив про те, що можливість "бульбашкового синтезу" в експерименті Талейархана, строго кажучи, нічим не доводиться, оскільки немає прямого підтвердження того, що зареєстровані випромінювання з'явилися в результаті схлопування пузирьков.І ось тепер вчені з Каліфорнійського університету збираються повторити цей досвід, маючи в своєму розпорядженні технологію створення більш потужної спалаху. І – хто знає – можливо, їм вдасться довести можливість протікання термоядерного синтезу в плазмі всередині кавітаційного пухирця. Якщо це станеться, то людство зможе отримати доступ до воістину невичерпного джерела енергії …

За матеріалами: pravda.ru.

Tweet