Страница 88 из 102
Химия высоких энергий (ХВЭ) – изучает химические реакции и превращения, происходящие в веществе под воздействием нетепловой энергии. Механизмы и кинетика таких реакций и превращений характеризуются существенно неравновесными концентрациями быстрых, возбужденных или ионизированных частиц с энергией большей, чем энергия их теплового движения и в ряде случаев химической связи.
Носителями нетепловой энергии, воздействующей на вещество, являются ускоренные электроны и ионы, быстрые и медленные нейтроны, альфа- и бета-частицы, позитроны, мюоны, пионы, атомы и молекулы при сверхзвуковых скоростях, кванты электромагнитного излучения, а также импульсные электрические, магнитные и акустические поля.
Процессы химии высокой энергии различают по временным стадиям на физическую, протекающую за время фемтосекунд и менее, в течение которого нетепловая энергия распределяется в среде неравномерно и образуется «горячее пятно», физико-химическую, в течение которой проявляется неравновесность и негомогенность в «горячем пятне» и, наконец, химическую, в которой превращения вещества подчиняются законам общей химии.
Внешним проявлением ХВЭ служит образование ионов и возбужденных состояний атомов и молекул при комнатных температурах, при которых эти частицы не могут возникнуть за счет равновесных процессов.
Автором сформулирован релаксационный принцип управления свойствами неравновесных физико-химических систем. В случае, когда времена релаксации много больше длительности физического воздействия, существует возможность управления выходом химических форм, фаз и, как следствие, свойствами веществ (материалов), используя сведения о механизмах релаксации в неравновесных конденсированных системах на физико-химической стадии релаксационных процессов (в том числе и в процессе эксплуатации).
Области исследований ХВЭ:
1. Установление закономерностей взаимодействия носителей нетепловой энергии с веществом, находящимся в любом агрегатном состоянии.
2. Определение характеристических параметров и локального распределения нетепловой энергии в «горячем пятне» при различных видах взаимодействия этой энергии с веществом.
3. Идентификация, качественное и количественное первичных продуктов химических реакций в «горячем пятне», их реакционной способности и других физико-химических свойств; изучение состава промежуточных частиц и конечных продуктов химических реакций, а также механизмов и кинетики этих реакций.
4. Изучение фотохимических реакций, иономолекулярных реакций, реакций с участием сольватированных электронов и свободных радикалов.
5. Определение стойкости соединений и материалов к воздействию тех или иных носителей нетепловой энергии. Это важно для космонавтики, атомной и ускорительной техники и т.п.
6. Применение процессов химии высоких энергий в химическом синтезе, направленном модифицировании свойств материалов, обработке поверхностей и нанесении покрытий (например, лазерное и электроискровое упрочнение), способах очистки и переработки промышленных отходов и других прикладных задачах химии.