Наступают моменты, когда всё меняется. То, что уже давно стало постулатом, внезапно ведёт себя совсем по-иному. Возьмем, к примеру, воду. Ещё за школьной партой из курса физии и химии многие из нас узнали о точки насыщенности раствора, когда соль перестаёт растворяться в жидкости, а также о неотъемлемости фазовых изменений при переходе жидкости в пар или лёд. На сегодняшний день эти моменты исследуются на качественно новом уровне в космическом пространстве.
На абсолютной высоте вода кипит при температуре 212 по Фаренгейту. Однако вода, нагреваемая под воздействием высокого давления, не кипит. Выше критической температуры, кратной 705 по Фаренгейту, вода ведёт себя как плотный газ, таким образом, паровой фазы не существует. При таких условиях любая соль в воде больше не растворяется и выпадает в осадок.
В настоящее время изучения этого явления, получившего название Supercritical Water Mixture (SCWM), проводится на борту Международной космической станции. Исследования – совместная работа NASA, Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) и Французского космического агентства.
По словам Mike Hicks, научного руководителя SCWM из Glenn Research Center, исследования докритического и сверхкритического состояния воды без влияния гравитации, позволят отследить процесс осаждения соли на фундаментальном уровне. Также Hicks отметил, что планируется исследовать, что происходит с солевым раствором до момента выпадения осадка, и как именно происходит коагуляция и т.д.
Эксперименты с SCWM на Международной космической станции стартовали в первых числах июля и продолжаться на протяжении последующего года. В общей сложности запланировано пять серий испытательных тестов, каждая из которых длительность чуть больше двух недель.
Тестирование осуществляется с помощью устройств Device for the Study of Critical Liquids and Crystallization’s (DECLIC) и High Temperature Insert (HTI), разработанных CNES. Примечательно, что полученные результаты в равной степени смогут использовать и NASA и CNES.
По словам Hicks, участие NASA в этих исследованиях стали своего рода экспериментом. Также он отметил, что для CNES такое сотрудничество чрезвычайно выгодно, поскольку исключительно французская сторона не имела возможности обеспечить надлежащее финансирование исследований.
Результаты исследований имеют важное прикладное значение, ибо лучшее понимание того, что происходит при суперкритических условиях с водой, чрезвычайно важно при проектировании наземных электростанций, переработке отходов и т.д.
Использование сверхкритических флюидов (сверхкритических жидкостей) представляет огромный интерес для исследований, поскольку многие их отходов – городские сточные воды, сельскохозяйственные и отходы целлюлозной промышленности – содержат воду. SCWO позволит окислить воду и тем самым очисть её от органических примесей, посредством экологически безопасного сжигания. По мнению учёного, результаты исследования будут весьма полезны NASA.
Выпадения солевого осадка является одной их самых важных проблем технологии SCWO. При нормальной температуре и давлении, соль без труда растворяется в воде. Однако как только жидкость начинает переход в суперкритическое состояние, процесс растворения прекращается и соль выпадает в осадок. Оседая на поверхности, она разъедает материал, в результате чего системы нуждаются в дополнительном обслуживании.
Как правило, мельчайшие кристаллы соли «мигрируют» к более прохладным областям – процесс, известный как термофорез. Инженерам, проектирующим корпусы ядерных реакций, приходится нелегко, ведь необходимо учитывать условия чрезвычайно коррозийной среды, дабы свести дорогостоящее обслуживание к минимуму.
Hicks убеждён, что изучение технологии SCWM поможет проектировщикам в разработке реакторов нового поколения, а также систем, не нуждающихся в систематическом техническом обслуживании.
