Разрушительная мощь звука

Исследователи из Инженерного колледжа Университета штата Аризона придумали новый способ, чтобы помочь ВВС США избавиться от запасов опасных химических веществ — не используя ничего, кроме звуковых волн.

ВВС имеют большой запас — почти 11 миллионов литров – пены для пожаротушения, которая содержит экологически вредные органические соединения. Маниш Кешвани, доцент кафедры материаловедения, и Рейес Сьерра, профессор кафедры химической и инженерной экологии, заключили контракт на 243 тысячи долларов с инженерно-строительным центром ВВС США. Для уничтожения химических соединений планируется применить новый сонохимический процесс, который использует звуковые волны, чтобы разложить сложные и токсичные молекулы в углекислый газ и воду.

«Для успешного сонализа процесс использует явление кавитации», говорит Кешвани. «При определённых условиях, звуковые волны вызывают образование мелких пузырьков, которые быстро лопаются и высвобождают интенсивную ударную волну. Эта волна производит огромное количество тепловой энергии и образует различные высокоактивные радикалы, которые могут полностью разрушить окружающий материал».

Кавитация используется в некоторых медицинских процедурах, а также обнаружена и в природе. Ударно-волновая литотрипсия применяет кавитацию для уничтожения камней в почках, и раки-богомолы используют кавитацию при охоте на любимую еду. Раки поражают креветок с такой скоростью – сопоставимой со скоростью выпущенной пули –что она приводит к образованию кавитационных пузырьков в воде между ними и их целью. Даже если они не попадают прямо в цель, результирующей ударной волны достаточно, чтобы оглушить или убить жертву.

Тепловая энергия, высвобождаемая при кавитации, разрушает связи в  больших молекулах, таких как перфторалкильные сульфонаты и карбоксилаты (ПФУ), имеющиеся в противопожарных пенах. Эти токсичные ПФУ трудно разрушить, и они, как правило, долгое время сохраняются и в окружающей среде, и в тканях тела человека. Именно поэтому ВВС рассматривают кавитацию как экономически эффективный способ получения температур, превышающих 5500 градусов по Цельсию, достаточных для сжигания проблемных химических веществ.

Кешвани и Сьерра будут изучать эффективность системы двойного преобразователя, которую они разработали. Она использует как ультразвуковые, так и мегазвуковые частоты и может быть использована для нейтрализации больших запасов токсичных пожарных химических веществ. Их цель состоит в разработке системы, которая будет производить необходимые высокие температуры сжигания и нужную концентрацию активных окислительных радикалов, потребляя при этом минимальное количество энергии.