З тих пір як Прометей подарував людям вогонь, людство далеко пішло по шляху прогресу. Але коли норовливий дар титану виходить з-під контролю, люди як і раніше борються з ним древніми методами. Так чому б не закликати на допомогу інструменти Зевса?
Збиток, нанесений пожежами, важко переоцінити. Людство постійно воює з вогнем, забезпечуючи пожежні служби на передовій новітнім озброєнням - від потужних водяних гармат і довгих автодрабин до індивідуальних дихальних апаратів і костюмів з жароміцних матеріалів. Але ось «боєприпаси» використовуються всі ті ж.
Вода гасить палаючі матеріали, охолоджуючи їх до температури нижче точки горіння, піна ізолює осередки вогню від кисню, газ витісняє повітря, позбавляючи вогонь підтримує горіння кисню (як і порошок, який при нагріванні виділяє негорючі гази). В принципі, ці дідівські методи не такі вже й погані - вони недорогі і досить ефективні, поки мова йде про відносно «простих» пожежах. Тим часом в сучасному світі часті випадки, коли вода або ж піна категорично протипоказані: наприклад, при пожежах в центрах обробки даних або на електростанціях використовується газ (зазвичай вуглекислий) або порошок.
Людовіко Кадемартірі, ад'юнкт-професор факультету матеріалознавства Університету штату Айова, науковий співробітник Лабораторії міністерства енергетики США в Еймсі: «Контроль полум'я за допомогою електричних полів вельми перспективний в тих випадках, коли традиційні технології з пожежогасінням справляються погано: наприклад, пожежі в тісних внутрішніх приміщеннях кораблів або літаків. Ця технологія особливо стане в нагоді в тих випадках, коли нам потрібно не гасити вогонь, а саме керувати ним, - в двигунах внутрішнього згоряння, на ТЕС, в пальниках газової зварювання і різання ».
А вже конструкції з сучасних легких сплавів - це справжній кошмар для пожежних: палаючий магній здатний успішно витягувати необхідне для горіння кисень з води або вуглекислого газу. Додайте до цього складність і тісноту, скажімо, внутрішніх приміщень кораблів і літаків - і ось він, справжній пекло. Наведемо лише один приклад: в травні 2008 року на борту американського авіаносця «Джордж Вашингтон» почалася пожежа, яка завдала збитків на $ 70 млн, оскільки його не могли згасити протягом 12 годин.
Фізика замість хімії
У тому ж 2008 році американське Агентство оборонних ініціатив спільно з міністерством енергетики оголосили про початок фінансування дослідницького проекту IFS (Instant Fire Suppression, «Швидке придушення вогню»), в рамках якого планувалося розробити принципово нові підходи до гасіння пожеж.
Працюючі за проектом IFS дослідники зосередилися нема на екзотермічної хімічної реакції, а на тому, що з точки зору фізики полум'я являє собою плазму, тобто іонізований газ. В рамках IFS розглядалися два основні підходи до управління вогнем - електромагнітне і акустичний вплив.
Те, що полум'я реагує на електричне поле, відомо вже майже двісті років, але тільки в 2011 році цей ефект вирішили використовувати в корисних цілях. На щорічній конференції Американського хімічного товариства група дослідників під керівництвом професора хімії Гарварда Джорджа Уайтсайдс продемонструвала, як полум'я при піднесенні електрода, до якого прикладена змінна висока напруга, згинається, ніби намагаючись відскочити, а потім і зовсім гасне, відірване від «їжі» електричними силами: «Причина в тому, що полум'я - це плазма, тобто іонізований газ, до того ж містить заряджені частинки, такі як сажа, - говорить співавтор роботи Людовіко Кадемартірі. - Нам вдалося загасити полум'я палаючого метану площею близько 10 см², використовуючи досить компактний побутовий джерело напруги потужністю близько 600 Вт ».
голосно крикнути
Агентство DARPA розглядало в програмі IFS ще один підхід - акустичний. Виявляється, акустичні хвилі, які випромінює динаміками, цілком здатні погасити кювету з палаючим рідким паливом. Як з'ясували дослідження, в основі цього ефекту лежать дві основні причини. По-перше, акустичні коливання збільшують швидкість повітряних потоків і тим самим зменшують товщину поверхневого шару, де відбувається горіння. По-друге, акустичні хвилі впливають і на саму поверхню рідкого палива, збільшуючи швидкість випаровування, що збільшує площу горіння ... але, з іншого боку, знижує температуру полум'я. А це дає можливість збити полум'я при впливі певних акустичних частот.
В експериментах, проведених групою вчених Хімічного факультету Гарвардського університету, метанова пальник містилося між двома електродами, екранованими скляній ізоляцією. На електроди подавалося електричну напругу, що створювала в просторі електричне поле напруженістю 75 кВ / м. На лівій картинці показано поведінку полум'я, зняте за допомогою шлірен-фотографії (метод візуалізації фазових спотворень в прозорих середовищах) при подачі постійної напруги на електроди. На правій - полум'я під впливом змінної напруги (800 Гц): «іонний» вітер розриває полум'я, збираючи його з палаючих матеріалів.
справа майбутнього
Звичайно, поки ці експерименти дуже далекі від практичного втілення і більше нагадують циркові фокуси. «Поки що ми вміємо гасити тільки сірники в попільничці і відхиляти полум'я, - каже Метью Гудман, менеджер програми IFS з боку DARPA. - Масштабування цих ефектів - дуже складне завдання ». Але перший крок до того, щоб в майбутньому мати можливість гасити пожежу, що почалася одним натисканням електричного вимикача, вже зроблений.
Стаття «Грім і блискавка проти вогню» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2013 ).
Так чому б не закликати на допомогу інструменти Зевса?