1.7. Бурлуцкий Д. С.
Бурлуцкий Д. С. и Калеева Ж. Г. из ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Оренбург, в работе 11 «Изучение явления возникновения шарового электрического разряда под действием СВЧ-излучения на металлических и графитовых стрежнях» указали, что по описанным свойствам этого разряда он напоминает шаровую молнию.
При помещении в камеру сверхвысокочастотного излучения (длина волны один сантиметр) горящей зубочистки, воткнутой в пробку, от пламени горящей зубочистки отлетало множество кратковременных искр, вспышек. Однако углеродсодержащий пепел от горящего дерева, из которого была изготовлена зубочистка, является отличным проводником, способным взаимодействовать с СВЧ-излучением. Замена зубочистки на графитовый стержень диаметром 0,5 мм (в качестве безопасности накрытого химическим стаканом) привела к тому, что при установлении максимальноймощности микроволновой печи на конце графитового стержня появился яркий шаровой разряд12 диаметром порядка 1 см и стал увеличиваться в размерах. При этом образование разряда сопровождалось звуками потрескивания, жужжания, характерного для некоторых ламп дневного света. Образовавшийся на кончике графитового стержня шаровой разряд быстро увеличился в объеме до примерных визуальных размеров куриного яйца (~5 см), отделился от кончика графитного стержня, и, поднявшись до самого верха химического стакана, начал самостоятельное автономное существование. При этом сам графитовый стержень докрасна раскалился, а основание пробки обуглилось, появился едкий запах озона. Поверхность химического стакана также нагрелась таким образом, что вода при попадании на неё, испарялась в течение нескольких секунд. Образование и отделение шарового газового разряда под действием электромагнитного излучения магнетрона микроволновой печи заняло 57 секунд. В случае горизонтального расположения графитового стержня образование шарового разряда не наблюдалось. Отсюда графитовый стержень выполняет функцию антенны по поглощению сверхвысокочастотного электромагнитного излучения магнетрона, конвертируя его в шаровой электрическийразряд. При сохранении вертикального положения и замены материала «антенны», поглощающей, а затем излучающей СВЧ-излучение в виде энергетического сгустка шарового электрического разряда на металлическую иглу с размерами (диаметр ~0,5 мм, длина ~4,5 см) полученные эффекты появления шарового разряда имели некоторые отличия. В каждом из шести проведенных опытах шаровой разряд, образовавшийся на острие металлической иглы, не отделялся он неё и имел один сантиметр в диаметре. В процессе проведения серии опытов выяснилось, что в камере сверхвысокочастотного излучения графитовые стрежни заостряются со стороны, на которой возникает разряд порядка 5 см в диаметре, причем разряд отделяется от стержня и может двигаться самостоятельно. На металлической игле возникает разряд меньшего диаметра, который не отделяется от нее, а задерживается магнитнымполем, возникающим у иглы. Намагниченность иглы сохраняется после завершения опыта. Образование разряда происходит с выделением теплоты и образованием озона, электроскоп показывает наличие электрического заряда в момент контакта шарового разряда с металлической сеткой, соединенной с электроскопом. В целях определения химического состава полученного шарового разряда было проведено установление его спектрального состава, при этом спектроскоп зафиксировал и сфотографировал спектральные линии, обозначившие присутствие в шаровом разряде кислорода, водорода и гелия.
Продукты шаровой молнии
С помощью такого шарового разряда путём его воздействия на различные материалы известного состава и свойства получали другие продукты и с другими свойствами. Так, например воздействие шарового разряда на мелкие кусочки чугунного магнита соединённые между собой магнитным притяжением, установленные на термостойкой керамической подставке, привело к их сплавлению в цельный кусок чугуна (температура плавления 1200° C) с превращением ферромагнетика в парамагнетик после прохождения температуры Кюри и потерей магнитных свойств. Аналогичным образом проходило сплавление механически размельчённого в порошок гранита (температура плавления 1000 °С).
При изучении образцов использованного графитового стержня с помощью микроскопа было обнаружено изменение структуры поверхности графита, подвергшегося воздействию мощного термоудара с появлением микроскопических вкраплений кристаллов белого цвета, имеющих форму октаэдра, а также были обнаружены белые, хрупкие, нитевидные и сетковидные структуры. Объяснить их появление также можно с точки зрения метода академика Б. В. Дерягина.
«Сущность метода заключается в том, что при определённых условиях (насыщенность объёма пространства углеродом, высокая температура, затравочные частицы кристаллического углерода) рост кристаллов алмаза возможен и при атмосферном давлении. При этом возможно образование нитевидных кристаллических структур».
Итак, проведённые опыты открывают новые перспективы в создании принципиально новых технологий синтеза алмаза, а также разнообразных молекулярных структур графита. Выдвинута гипотеза об образовании на графитовых образцах в результате плазменного термоудара шаровым разрядом таких модификаций графита, как углеродные нанотрубки и фуллерены. Подтверждение данных предположений позволило бы значительно удешевить производство указанных продуктов, столь необходимых в индустрии нанотехнологий. Исследованиями в области создания новых молекулярных структур углерода, а также экспериментами по практическому применению шарового электрического разряда и теоретическому обоснованию его физической природы занимается Лаборатория плазмо-термического синтеза при Российском университете дружбы народов, возглавляемая Д. Бурлуцким.
В рамках изучения явления взаимодействия шарового разряда и вещества была проведена серия экспериментов, связанных с разработкой синтеза материалов (в том числе минералов) на основе подбора необходимого состава порошковых смесей (шихт) путём сплавления ряда составных химических веществ. Техника сверхвысокочастотного, плазмотермического получения рубина, выбранного в качестве цели экспериментального опыта по причине простоты его химического состава, предполагала использование шихты оксида алюминия и трёхвалентного оксида хрома в пропорциях 9:1, которая была помещена в термоустойчивую керамическую посуду. В процессе воздействия шаровым разрядом (порядка 68 секунд) шихта раскалялась до красна, происходило чрезмерное нагревание керамической термоустойчивой чашки, на которой было заметно движение не успевшей раскалиться части шихты. После просеивания продуктов эксперимента было обнаружено большое количество кристаллов красного цвета порядка 23 мм. Проверки полученных кристаллов, проведенные по Шкале Мооса, показали, что полученные кристаллы (фото 6) соответстуют по твёрдости 9, той же, что и природные рубины.
Фото 6. Кристаллы красного цвета (рубины), как продукты обработки шаровым разрядом шихты оксида алюминия и трёхвалентного оксида хрома в пропорциях 9:1
Была проведена серия опытов с экспериментальным подбором пропорций составных веществ изменением в целях наиболее успешной и быстрой кристаллизации. Следует признать большое сходство минерала, созданного в результате контакта с шаровым разрядом и природного рубина.
Успешные опыты по синтезу искусственного рубина позволили продолжить эксперименты по созданию других искусственных минералов. Ввиду простоты химического состава и доступности исходных веществ следующими минералами, которые было решено синтезировать, были сапфир и изумруд. Технология осталось той же самой. Изготавливалась шихта из исходных веществ, входящих с состав искомого минерала, которая помещалась в керамическую чашку. Графитовый стержень устанавливался непосредственно в шихте. При включении СВЧ-генератора в экспериментальной камере появлялся шаровой разряд, который ввиду высокой температуры сплавлял исходные вещества, синтезируя тем самым необходимый минерал. В процессе синтеза сапфира были использованы следующие составные элементы: оксид алюминия, оксиджелеза, а также оксид титана. Определённая сложность заключалась в выборе оптимальных пропорций составных веществ, в особенности оксида титана, поскольку при недостаточном перемешивании шихты оксид титана восстанавливался до металлического титана, и в шихте образовывались сплавленные титановые шарики. В ходе отработки техники эксперимента эта проблема была устранена. Возникновение сплавленных, идеально шарообразных, сверхмалых образований титана открывает возможность создания технологии производства титановых подшипников, столь малых, что они смогут применяться в различных образцах высокоточной техники.