Ядерная физика, катализ и энергетика будущего. Химия экстремальных состояний

В последнее  время разработаны способы связывания атмосферного азота посредством  плазмохимического синтеза оксида азота, которые гораздо экономичнее  аммиачного метода. Создается плазмохимическая технология производства мелкодисперсных  порошков — основного сырья для  порошковой металлургии. Разработаны  методы синтеза карбидов, нитридов, карбонитридов таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, ниобий и молибден, при энергозатратах не более 1-2 кВт.ч на килограмм. Таким образом, химия высоких температур направлена на существенную экономию энергии.

Относительно  недавно — в 1970-х годах —  созданы плазменные сталеплавильные  печи, выдающие высококачественный металл. Именно таким печам принадлежит  будущее. Разработаны  методы  ионно-плазменной  обработки  поверхности  инструментов, износостойкость которых увеличивается в несколько раз.

Плазмохимия позволяет  синтезировать такие ранее неизвестные  материалы, как металлобетон, в котором в качестве связывающего элемента используются сталь, чугун, алюминий. При сплавлении частиц горной породы, благодаря прочному сжатию их с металлом, образуется металлобетон, превосходящий по прочности обычный бетон на сжатие в 10 раз и на растяжение в 100 раз.

В нашей стране разработаны плазмохимические способы  превращения угля в жидкое топливо  без применения высоких давлений и выброса золы и серы. При такой  технологии кроме синтез-газа из неорганических включений каменного или бурого угля одновременно получаются и другие вещества: технический кремний, карбосилиций, ферросилиций, адсорбенты для очистки воды.

Радиационная  химия — сравнительно молодая отрасль, ей немногим более 40 лет. Первые опыты радиационной химии были связаны с облучением полиэтилена гамма-лучами. Прочность полиэтилена при этом существенно возрастала. В настоящее время радиационная химия изучает превращения самых разнообразных веществ под действием ионизирующих излучений. Источниками ионизирующего излучения служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы.

Наиболее важными  процессами радиационно-химической технологии являются полимеризация, вулканизация, производство композиционных материалов, в том числе композиций на древесной  основе, закрепление лаков и других материалов на поверхности дерева и  металла, получение полимербетонов путем пропитки обычного бетона тем  или иным мономером с последующим облучением. Такие бетоны имеют в четыре раза более высокую прочность, обладают водонепроницаемостью и высокой коррозийной стойкостью.

Принципиально новой и исключительно важной областью химии экстремальных состояний  является самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов. Обычно крупномасштабное производство таких материалов осуществляется методом порошковой металлургии, суть которого заключается в прессовании и сжатии при высокой температуре металлических порошков. При этом температура должна составлять 1200-2000°С, а процесс спекания длится несколько часов. Гораздо проще реализуется самораспространяющийся синтез, основанный на реакции горения одного металла в другом или металла в азоте, углероде, кремнии и т.п.

Чаще всего  процесс горения представляется в виде соединения кислорода с  горючим веществом: углем, нефтепродуктами, древесиной. В химии принято считать  горение реакцией окисления горючего вещества, что с позиции окислительно-восстановительных  реакций означает перемещение электронов от атомов восстановителя — горючего тела к атомам окислителя — кислорода. С этой точки зрения горение возможно не только в кислороде, но и в других окислителях.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез — тепловой процесс горения в твердых телах. Он представляет собой, например, горение порошка титана в порошке бора или порошка циркония в порошке кремния.

В результате такого синтеза получены сотни тугоплавких  соединений превосходного качества: карбиды металлов, бориды, алюминиды, селениды.

Данный метод  не требует громоздких печей и  процессов, больших энергетических затрат и отличается высокой технологичностью. На установке, производящей многотоннажную продукцию, достаточно работы всего лишь одного человека. По оценке американских специалистов, технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза — высочайшее достижение русских ученых из Института химической физики Российской академии наук.

Если рассматривать  химические системы как совокупности химических элементов, вступающих друг с другом во взаимодействие, то экономические  системы представляют совокупность экономических: субъектов, которые  вступают друг с другом в определенные экономические отношения. При этом, если способность химических элементов  к взаимодействию друг с другом называется реакционной способностью веществ, то способность экономических субъектов  к взаимодействию называется либо покупательной  способностью, либо производственными  возможностями в зависимости  от их роли в акте взаимодействия. 

Список  используемой литературы:

1. М. Айзенберг, В. Грайнер. Модели ядер, коллективные и одночастичные явления.
2. А.Г. Ситенко. Теория ядерных реакций.
3. Сивухин Д. В. Общий курс физики — 3-e издание, стереотипное.
4. В. А. Люлька, В. А. Филимонов, Д. Д. Иваненко, Теория гиперядер, Успехи физических наук.
5. Гейтс Б. Химия каталитических процессов.
6. Видяпина В.И. Бакалавр экономики (Хрестоматия)

Ссылки:

1. Научные статьи по физике ядра и элементарных частиц (http://www.scholar.ru/catalog.php?topic_id=99).
2. Ядерная физика в интернете (http://nuclphys.sinp.msu.ru/).
3. Носитель катализатора (http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1419).
4. Энергетика будущего (http://a-nomalia.narod.ru/2mikroenerg.htm).
5. Энергетика будущего (http://ria.ru/analytics/20090909/184312786.html).