Техника - молодёжи 1964-05, страница 21

тельный, испепеляющий клубок термоядерного взрыва — тоже пламя! Разве что оно рождено совсем иным типом реакций, чем те, с которыми имела дело добрая старая химия.

Да что там термоядерный или атомный взрыв! Пламя обычной коптилки — даже оно оказалось хитрее, чем представляла себе классическая химия.

В свое время Генри Кавендиш был несказанно изумлен, обнаружив, что пламя способно породить своего заклятого недруга — воду. Ярому флоги-стику было невдомек, что вода является продуктом незамысловатой реакции: 2Нг + Ог = 2НгО. Ее теперь запросто напишет любой школьник. Школьник —■' да. А вот ученый, тем более специалист... Он наверняка почувствует себя в затруднении, ибо приведенное химическое уравнение не отражает всей сложности процесса.

Что происходило, когда Кавендиш поджигал водородную струйку? Поначалу то же самое, что и в электрической дуге плазматрона: диссоциация. Молекула Нг распадалась на очень активные радикалы (Н). Но затем... Молекулы кислорода (Ог), поступающие из окружающего воздуха, тотчас оказываются жертвами агрессии: разбитые вдребезги водородными осколками, они распадаются на активные атомы О. А те, в свою очередь, становятся агрессорами, разрушая молекулы К2. Достаточно появиться одному-единст-венному радикалу Н, как он в мгновение ока породит целую лавину водородных осколков! Из искры возгорится пламя именно потому, что «запальный» радикал (его называют «активным центром») начинает разветвленную цепную реакцию, переходящую в самоподдерживающийся равновесный процесс.

Цепную реакцию? Так ведь это же взрыв! Совершенно верно. Правда, не ядерный. Химический. Но позвольте, разве имеет какое-нибудь отношение грозная сила всесокрушающего взрыва к неровному трепету крохотного язычка пламени? Имеет.

Каждый знает: если смешать кислород и водород в отношении 1 :2, получится гремучий газ. Достаточно чиркнуть спичкой — и фронт пламени, распространяясь концентрически от точки воспламенения, мгновенно обежит весь объем смеси.

Разумеется, изучать детонацию в газах, когда кругом дребезжат стекла и рушатся потолки, не ой как здорово. Поэтому обычно прибегают к упрощенной модели взрыва. Прозрачная трубка заполняется газообразной смесью горючего с окислителем. Если поджечь смесь с одного конца, фронт пламени быстро побежит внутри трубки. А теперь будем продувать газовую смесь с той же скоростью, но в противоположном направлении. Колышущаяся пленка огня остановится посреди трубки. Мы получим самое обыкновенное пламя! Вот почему пламя можно определить как непрерывный взрыв, распространяющийся навстречу потоку газа.

Крохотный факел огня, выросший над фитильком свечи, имеет довольно четкие очертания и структуру. Но ведь воронка речного водоворота тоже обладает скульптурной рельефностью формы! И тем не менее в обоих случаях налицо непрерывный поток — вечно

обновляющаяся, хотя и довольно стабильная динамическая система.

В 1926 году английские ученые Кемп-белл и Вудхед случайно натолкнулись на странное явление. При горении смеси кислорода с окисью углерода фронт пламени вопреки ожиданиям оказался вовсе не плоским. И не бесконечно тонким. Зона воспламенения, сосредоточенная в ядре, описывала внутри трубы спиральную траекторию с «шагом винта», равным трем калибрам ствола. За ядром, словно хвост кометы, тянулась зона горения. Налицо был самый настоящий водоворот, даром что огненный! Он получил наименование спина. Но как возникает «огненный вихрь? Какую он имеет структуру?

Загадку спиновой детонации разгадали ученые Института химической физики АН СССР и Института гидродинамики Сибирского отделения академии.

Поначалу думали, будто огненный циклон характерен лишь для быстро реагирующих газов. Однако вскоре член-корреспондент АН СССР К. И. Щелкин и его сотрудник Я. К. Трошин получили спин в типичной «неспиновой» смеси водорода с кислородом. Стало ясно: пламя-комета может возникнуть при горении любых смесей. И даже не простая, а многоглавая — если зона реакции намного ^же сечения трубы. Более того: выяснитесь, что ядро каждого спина, в свою очередь, имеет тонкую ячеистую структуру, обусловленную пульсацией ударной волны. Даже в отсутствие спина фронт пламени не плоский. У него волнистый микрорельеф — ни - дать ни взять поверхность речного водоворота с его завихрениями и всплесками!

Как же человек проник в беспокойный и быстротекущий огненный круговорот, чтобы раскрыть вековечные тайны Прометеева дара? Только ли потому, что в руках ученых-«огнепоклонни-ков» оказалась самая совершенная экспериментальная техника, о какой даже не помышляли ни Лавуазье, ни тем более Демокрит?

Нет, не только. Огонь слишком сложное явление, чтобы комплексное его изучение было по плечу одному человеку. В нашей стране проблемами горения и взрыва занимаются целые научные школы. Одна из них, созданная академиком М. А. Лаврентьевым, исследует гидродинамику взрыва, другая, школа академика Н. Н. Семенова, — химическую кинетику горения. Недаром а описке авторов работ «Исследования детонации в газах» мы встречаем имена как ученых-сибиряков — Б. В. Войцеховского, В. В, Митрофанова, Р. И. Солоухина, М. Е. Топ-чияна, так и москвичей — Ю. Н. Денисова, Я. К. Трошина.

Разумеется, своими успехами наука о пламени во многом обязана и остроумным экспериментальным методам, которые позволяют подсмотреть тончайшие физические и химические механизмы огненного водоворота.

Заморозить пламя — на первый взгляд это выглядит парадоксальным. И все же, если внезапно понизить до минус 100° температуру зоны, где только что началось горение, удается остановить реакцию в самом ее разгаре. И выходцы из призрачного мира пламени потрясли ученых своей необычностью. Чего тут только не нашли!

0 ОН

и i

он (н) H^z0

^го ©

1. Фронт пламени имеет четко выраженную ячеистую структуру.

2. Этот сетчатый след на закопченной поверхности трубы оставило пламя.

3. Цепной механизм горения водорода: один радикал порождает три новых и т. д.

Одних перекисей углерода целую компанию: СО3, СО4, даже СО5.

Можно, конечно, обойтись и без вмешательства Деда Мороза. Выручает спектральный анализ пламени. Теоретически удается рассчитать длины волн, которые должны испускаться свободными радикалами. Например, СН дает фиолетовое свечение, СС — зеленое. По характерным линиям в спектре были обнаружены также НСО, ОН и другие радикалы.

...Угли, подернутые мертвой пленкой золы, не раз рассказывали археологам о мирных очагах, над которыми чуть ли не четверть миллиона лет назад бушевало укрощенное пламя, разгоняя мрак и холод первобытных пещер. Знакомство человека с электричеством в тысячу раз короче. Но вот слова, которые принадлежат создателю современной теории горения академику Н. Н. Семенову: «Молодое электричество мы знаем лучше, чем древний огонь».

Тайны Прометеева дара по-прежнему ждут своих открывателей.

17