科学家研究单个气泡声致发光过程
新华网伦敦7月29日电(记者王艳红)液体中的气泡在受到强声波作用时会坍缩到非常小,同时发出闪光。
科学家对这种现象进行了观测,并首次直接测量了声致发光现象中单个气泡内部的化学反应速率。
美国伊利诺伊大学的科学家在最新一期英国《自然》杂志上报告说,他们对单个气泡声致发光过程的观测和计算表明,在这个微小的气泡反应炉里,声波的大部分能量都消耗在化学反应上,只有很少一部分以光的形式释放出来。因此,用这种坍缩的气泡作为微型核聚变反应炉,似乎是不太可能的事。
在今年3月8日发表的美国《科学》杂志上,美国和俄罗斯的科学家曾报告说,他们利用声波激发液态的氘化丙酮,使其中的气泡产生了相当于核聚变的效果。但“气泡核聚变”至今还存在争议。
气泡的声致发光现象大约是12年前被发现的。在声波强度较低的时候,液体里面微米级的气泡迅速扩大,体积可能扩大1000倍。提高声波强度,气泡又迅速缩小到密度与固体相当的级别,内部温度升到绝对温标1万度以上,并发出闪光。
科学家一般认为,这种闪光是气泡内部气体物质的化学反应所致,例如高温使气体部分离子化,氮分子分解,与氧和氢结合成氮氧化物及氮氢化物等。这种想法已经得到间接证实,但直接证明这种反应的存在,并测量反应速率,还是第一次。
在测量反应中氮化合物、氢氧根原子团和氢离子(即质子)数量的基础上,科学家计算了反应中的能量转换情况。结果发现,在吸热反应中消耗的能量,比以光的形式释放的能量多得多;化学反应速率限制了气泡坍缩的速度。
此前人们曾希望,气泡在声波作用下的坍缩,能够创造核聚变反应所需的高温条件,实现受控核聚变。但新的成果表明,不太可能利用这种气泡作为输出能量大于输入能量的有效核反应炉。
尽管如此,这种气泡还可能有别的用处,例如用来研究高温高压的极端条件下物质发生化学反应的情况等。由于这项成果是对单个气泡作出的,大量气泡的声致发光性质还需要进一步研究。(完)
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