Покоренная плазма

Вещество это относится к группе углеводородов-полимеров и обладает замечательными свойствами. Оно не боится кислот, совершенно не проводит электричества, выдерживает температуру до четырехсот градусов.

Если использовать новый полимер в качестве изоляции в электрических машинах, то можно будет брать от этих машин мощность в несколько раз большую, так как перегрев таким машинам будет не страшен. Добавляя в пластмассы это вещество, можно получить такие изоляторы, что фарфор, слюда и другие изолирующие материалы окажутся совершенно ненужными.

Так плазма помогает создавать новую химию, химию искусственных веществ.

Что же еще она может?

Возьмем, например, ценный химический продукт — аммиак. Из этого газа делают удобрения, получают азотную кислоту, его применяют в текстильном производстве, в медицине. Всем известный нашатырный спирт на одну четверть состоит из аммиака.

Получают аммиак из водорода и азота в сложных установках, давление в которых может достигать тысячи атмосфер.

Чудодейственная сила плазмы позволяет производить аммиак значительно проще: в большой разрядной трубке зажигается тлеющий разряд и девяносто восемь процентов смеси водорода и азота превращаются в аммиак.

Как видите, плазма-химик может работать почти без отходов.

В 1882 году великий русский ученый Д. И. Менделеев высказал идею переработки нефти, получившей название крекинг. В специальных мощных печах с давлением до шестидесяти атмосфер и температурой четыреста — пятьсот градусов сложные молекулы нефти, состоящие из углерода и водорода, распадаются на более простые с отщеплением водорода, что дает возможность получать больше высококачественного бензина.

Но бензин бензину рознь. Моторы самолетов требуют самого хорошего, быстро испаряющегося бензина, автомобильные моторы довольствуются худшим, более тяжелым бензином.

Чтобы побольше получить авиационного бензина, обычный бензин тоже подвергают крекингу. И в этом важном деле плазма оказывается полезной.

Ученые попробовали осуществить крекинг бензина в дуговом разряде. Результат получился обнадеживающий. Хорошо себя зарекомендовал коронный разряд. В нем крекинг осуществляется при температуре пятьсот градусов. Бензин, полученный после переработки, по качеству значительно лучше, чем тот, который поступил «на коронную переработку».

До сих пор мы говорили о плазме-химике, выступающей в роли дублера обычной, хорошо всем знакомой химии. Действительно, ацетилен, аммиак, высококачественный бензин неплохо получаются в обычных, неплазменных установках.

Однако есть некоторые вещества и химические продукты, которые своим «рождением» обязаны только электрическим разрядам.

Что такое озон? Это — кислород, молекулы которого состоят из трех атомов. Обычный кислород, которым мы дышим, как известно, содержит молекулы, каждая из которых состоит из двух атомов кислорода.

Впервые озон был открыт в 1785 году голландским физиком Ван-Марумом в искровом разряде. В наши дни озон получают только в электрическом разряде, но не в искровом, а в тихом.

Озон — ценный химический продукт. Без него не обходится производство искусственной камфары, ванилина и даже мыла. Этот газ голубого цвета является сильным окислителем. Такая способность озона широко применяется для дезинфекции воздуха и воды, для уничтожения всевозможных неприятных запахов.

Есть еще одно важное применение озона — в ракетах. Озон в полтора раза тяжелее кислорода. Поэтому если взять его вместо жидкого кислорода, то окислитель займет меньше места, а ракета пролетит дальше, так как освободившееся место можно заполнить топливом.

Плазма помогает находить для ракет новые виды топлива. Можно сказать больше: она дает возможность получить горючее, выделяющее много тепла… без горения.

Все знают, что самым легким газом является водород. Молекулы его состоят из двух атомов-близнецов.

В плазме газового разряда молекулы водорода можно сделать в два раза легче: разлучить атомы, получить так называемый атомарный водород, молекулы которого состоят из атомов-близнецов.

Атомарные газы — например, водород и кислород — прекрасное горючее. Если дать атомам-одиночкам соединиться в пары, превратиться в обычный газ, то выделится очень много энергии. Одним килограммом атомарного водорода можно вскипятить полтонны воды.

Правда, имеются здесь трудности: атомарные газы неустойчивы, их трудно хранить. Кроме того, пока не удается получать их в большом количестве.

Но все это технические трудности. Наступит время, и они будут преодолены. Тогда роль плазмы-химика увеличится еще больше.

Итак, в плазме могут происходить самые удивительные превращения веществ. Ученые многих стран неутомимо трудятся над тем, чтобы заставить эти превращения приносить ощутимую пользу людям. Сейчас эта работа в самом разгаре.

Но рассказ о плазме-химике будет неполным, если не уделить в нем место еще одному вопросу.

Плазма может не только производить свою химическую продукцию, но и быть «запевалой», зачинательницей сложных химических процессов, в которых сама она потом участия не принимает.

Возьмем, например, взрывы.

Чтобы произвести взрыв, в нужный момент в заряд пироксилина или тротила вкладывается специальное устройство — капсюль-детонатор. К капсюлю ведет огнепроводный шнур. Взрывник поджигает шнур и прячется в укрытие. Срабатывание капсюля-детонатора заставляет взорваться весь заряд.

А как быть, если заряд весит несколько тонн и взрыв захватывает бóльшую площадь? Нужно производить взрыв на расстоянии. Осуществить это помогает плазма.

Почти сто пятьдесят лет для взрывания зарядов применяется электрическая искра. Первым дал ей такую работу русский электротехник Павел Львович Шиллинг. В наше время все большие и ответственные взрывы производятся с применением искры-запала.

В укрытии, где прячутся взрывники, ставится небольшая машинка. От нее к заряду тянутся провода, длина которых может быть любой. Внутри заряда заложен электродетонатор. К нему-то и присоединяются провода.

Стоит повернуть рукоятку взрывной машинки — и маленькая искорка, проскочившая в электродетонаторе, дает начало химическому процессу во взрывателе, который тотчас и взрывает весь заряд. В одно мгновение огромные массы земли выбрасываются вверх могучей силой, и человек избавляется от дорогостоящей и длительной работы.

При взрывах выделяется колоссальное количество тепла и образуются нагретые, сильно сжатые газы, которые являются не чем иным как плазмой. Давление в очаге взрыва достигает нередко сотен тысяч атмосфер, а скорость движения взрывной волны — нескольких километров в секунду.

Взрыв — сложный химико-физический процесс. Возникнув от маленькой искры — небольшого кусочка плазмы, он превращает в четвертое состояние огромные массы вещества. Таким образом, роль искры-химика не так уж мала!

Искра бывает участницей процессов-взрывов, происходящих в цилиндрах автомобильных, автобусных, мотоциклетных и других двигателей внутреннего сгорания.

Автомобиль или мотоцикл движется за счет энергии сгорания паров бензина в цилиндрах двигателя. Эти пары, смешанные с воздухом, взрываясь, толкают поршни вниз и заставляют крутиться автомобильные колеса. Правда, сгорание или взрыв внутри цилиндра двигателя протекают медленнее, чем, скажем, взрыв толовой шашки, но признаки взрыва здесь налицо. В автомобильном цилиндре тоже происходит внезапное изменение состояния вещества, там тоже химическая энергия переходит в энергию движения.

Когда между электродами запальной свечи, ввернутой в головку цилиндра, проскочит искра, происходит химическое превращение бензина.

На рисунке изображена такая свеча. Она устроена просто. В середине свечи имеется металлический стержень. К верхнему его концу подходит привод высокого напряжения. А нижний конец оказывается по соседству с двумя электродами. Когда на стержень-электрод свечи подается напряжение в несколько тысяч вольт, между стержнем и каким-либо электродом проскакивает искра, которая и воспламеняет пары бензина.