Получение примесь-гелиевых конденсатов

Примесь-гелиевый конденсат (ПГК) - пористые структуры, образованные связанными между собой примесными кластерами с характерным размером - 3-10 нм, и низкой средней концентрацией примесного вещества (~10 ²⁰ см^-3). Кластеры, образующие жёсткую основу (скелет) образца, покрыты слоем отвердевшего гелия, который предотвращает коллапс образца. Конденсаты могут быть приготовлены из различных атомных и молекулярных примесей: Ne, Ar, Kr, H₂, D₂, N₂, H₂O, C₂H₅OH, Ba, Na и т.д.

Предложено использовать примесь-гелиевые конденсаты для создания новых энергоёмких материалов, замедлителей для получения ультрахолодных нейтронов, а также для производства конденсированного молекулярного дейтерия с поляризованными ядерными спинами в сильных магнитных полях B ~10 Тесла при Т ~1 мК.

В частности, планируется применение азот-гелиевых конденсатов в качестве ракетного топлива, так как по достигнутой удельной энергоёмкости (5 кДж/г) они сравнимы с традиционными взрывчатыми веществами и водородо-кислородным топливом. Особое внимание уделено изучению стабилизации максимально достижимых в данных системах концентраций метастабильных частиц (радикалов азота). Достигнута стабильность нанокластеров при 3,5 К.

Рис. 1. Установка и схема получения примесь-гелиевых конденсатов. 1 – подача газовой смеси, 2 – электроды для радиочастотного разряда, 3) – бункер для сбора конденсата, 4) насос для подачи жидкого гелия, 5) жидкий сверхтекучий гелий He II, 6) полученный конденсат.

В установке (рис.1) смесь газообразного гелия с молекулами примесного газа (в данном случае ~ 1 % N₂ ) подается из источника (1) в зону высокочастотного разряда между электродами (2), где происходит диссоциация молекулы азота на два радикала. После выхода из отверстия источника радикалы в смеси с газообразным гелием попадают в бункер для формирования и сбора конденсата, куда одновременно поступает сверхтекучий жидкий гелий (~2 К) (рис. 2). В результате резкого охлаждения смеси предотвращается рекомбинация азота с образованием молекул N₂ и формируется примесь-гелиевые конденсаты с размерами кластеров (1-10 нм).

Рис. 2. Диаграмма состояния ⁴Не: 1 -твердый ⁴He, 2 - кривая плавления, 3 - жидкий HeII, 4 -линия λ точек, 5 - жидкий HeI, 6 - кривая испарения, 7 - критическая точка, 8 - газообразный ⁴He.

Детонационный синтез

Метод механического ударно-волнового воздействия, представляющий собой быстро протекающий процесс, который создает динамические условия для синтеза конечного продукта и его диспергирования до порошка с нанометровым размером частиц.

Детонационный синтез используется для получения различных морфологических форм углерода (преимущественно нанокристаллического порошка алмаза) и нанопорошков оксидов различных металлов: Al, Mg, Ti, Zr, Zn и др..