9. Химические превращения соединений в атмосфере. Реакционноспособные частицы атмосферы. Озон. Молекулярный и атомарный кислород
Ни одна из многочисленных проблем атмосферной химии не вызывает такой оживленной дискуссии, как проблема влияния галогенсодержащих соединений на слой озона, расположенный в стратосфере. В 70-х годах был создан и действует по настоящее время в рамках Программы ООН по окружающей среде (UNEP) Координационный комитет по озоновому слою (ККОС) Всемирной метеорологической организацией создана Международная комиссия по атмосферному озону (МКАО). Такой интерес к проблеме озона понятен: эта аллотропная форма кислорода, содержащаяся в атмосфере в ничтожном количестве защищает биосферу от губительного действия ультрафиолетовой радиации Солнца. Кроме того, инверсионный слой относительно теплого воздуха, образующийся в результате экзотермического разложения озона, предохраняет нижерасположенные слои и земную поверхность от выхолаживания.
Многими учеными одновременно было высказано мнение об участии оксидов азота в разрушении озонового слоя и формировании его стратосферного цикла.
Источником NO служит N 2 O:
N 2 O N 2 + O(1 D) <230нм
N 2 O + O(1 D) 2 NO
Каталитический цикл разрушения озона описывается уравнениями:
NO + O 3 NO 2 + O 2
NO 2 + O(1 D) NO + O 2
_______________________
O(1 D) + O 3 2 O 2
Разрушение озона в реакции с оксидом азота происходит более чем в 7 раз быстрее, чем в его отсутствии.
Помимо процесса фотолиза оксида азота (1) , скорость эмиссии которого сильно зависит от интенсивности использования в сельском хозяйстве азотных удобрений, источником NO в стратосфере служат газы, выбрасываемые сверхзвуковыми самолетами, к которым в последние годы присоединились американские космические корабли многоразового использования (программа «Шаттл»). Многие исследователи считают, что при увеличении интенсивности полетов в стратосфере скорость разрушения озона резко возрастет и это неблагоприятно отразится на растительном и животном мире планеты.
На другую опасность для озонного слоя указали в 1974 году. Молина и Роуленд. Ими была высказана гипотеза о разрушении озонного слоя под действием фреонов-11 и 12. Основные положение этой гипотезы:
поступление фтортрихлор-и дифтордихлорметанов в атмосферу примерпно эквивалентно их мировому производству;
эти соединения, исключительно инертны6е в условиях тропосферы, медленно диффундируют в стратосферу;
фотолитическое разложение фторхлоруглеводородов в стратосфере приводит к выделению атомарного хлора, вступающего в каталитический цикл разрушения озона.
10. Химические превращения соединений в атмосфере. Гидроксильный и гидропероксидный радикалы.
Химические процессы в тропосфере с участием свободных радикалов
В химических превращениях различных веществ в тропосфере ключевое место занимает ОН-радикал , стимулирующий протекание химическихреакций. Этот радикал (ОН·) образуется в результате фотохимически инициируемой реакции разложения озона. При фотолизе О3 образуется атомарный кислород в электронно-возбужденном состоянии по реакции О3 + hν → O2 + O* (35)
Взаимодействие О* с молекулами воды, диффундирующими из тропосферы в стратосферу, происходит безактивационно с образованием радикалов ОН· :
О* + Н2О → 2ОН· (36)
ОН-радикал образуется в тропосфере и в результате реакций фотохимического разложения азотсодержащих соединений (HNО2, НNО3) и пероксида водорода (Н2О2):
НNO2 + hν → NO + OH· (37)
НNO3 + hν → NO2 + OH· (38)
H2O2 + hν → 2OH· (39)
Концентрация ОН· в тропосфере составляет (0,5–5,0).106 смЗ.
Несмотря на то что большинство газов, содержащихся в микроколичествах в атмосфере, пассивны в реакциях с основными компонентами воздуха, образующийся радикал ОН· может вступать в реакции со многими соединениями атмосферы. В тропосфере радикалы ОН· участвуют преимущественно в реакциях с оксидами азота, углерода и углеводородами.
При взаимодействии радикалов ОН· с оксидами азота образуются азотистая и азотная кислоты:
NO + OH· → НNO2 (40)
NO2 + OH· → НNO3 (41)
Эти реакции являются важной составляющей образования кислотных дождей.
Радикалы НО· обладают высокой реакционной способностью и в реакциях окисления углеводородов. Наибольшим по массе и наиболее типичным органическим загрязнителем атмосферы является метан.
Окисление СН4 под действием ОН· радикалов сопряжено с окислением NO, который катализирует процесс окисления метана. Радикально-цепной механизм этого процесса включает общую для всех тропосферных процессов стадию инициирования ОН· и цикл экзотермических реакций продолжения цепи, характерных для окисления органических соединений:
О· + Н2О → OH· + OH· (42)
OH· + СН4 → Н2О + ·СН3 (43)
·СН3 + О2 → СН3О2 (44)
СН3О2 + NO → CH3O + NO3· (45)
CH3O + O2 → CH2O + НО2· (46)
с последующим протеканием реакций
NO2 + hν → NO + O (47)
O + O2 + M → O3 + M (48)
НО2· + NO → NO2 + OH· (49)
В результате брутто-реакция окисления СН4 в присутствии NO как катализатора и при воздействии солнечного света с длиной волны 300–400 нм запишется в виде
CH4 + 4O2 → CH2O + H2O + 2O3 (50)
Окисление метана приводит к образованию тропосферного озона иформальдегида.
Рост приземной концентрации озона представляет угрозу для растительного и животного мира Земли.
Образующийся при окислении метана формальдегид далее окисляется радикалами ОН· до оксида углерода (II):
OH· + CH2O → H2O+НСО,· (51)
НСО· + О2→ НО2· + СО. (52)
Оксид углерода (II) является вторичным загрязнителем атмосферы и сравним по количеству с поступлением СО от процессов неполного сгорания природного углеводородного топлива.
Другим радикалом, играющим значимую роль в атмосфере, является гидропероксидный радикал НО2· . Его образование наряду с приведены ми выше промежуточными реакциями (46, 52) может проходить и другими путями, например, при взаимодействии атомарного водорода (который образуется при окислении СО до СО2) с кислородом
СО + ОН· → СО2 + Н (50)
Н + О2 → НО2· (51)
Гидропероксидные радикалы образуются также при взаимодействии ОН· с озоном и пероксидом и играют важную роль в химии атмосферы
ОН· + О3 → НО2· + О2 (52)
ОН· + Н2О2 → НО2· + Н2О (53)
Установлено, что радикал НО2· эффективно взаимодействует с оксидом азота с образованием ОН· радикала:
НО2· + NO → NO2 + OH· (54)
Процесс рекомбинации НО2 · радикалов является основным источником образования атмосферного пероксида водорода:
НО2· + НО2· → Н2О2 + О2 (55)
Как видно из приведенного, все атмосферные, в том числе и радикальные, процессы связаны между собой и зависят от содержания основных и примесных компонентов воздуха, интенсивности излучения Солнца в различных интервалах длин волн и т. д.
Перекись – источник кислорода
При попадании в кровь человека перекись водорода распадается на воду и кислород. И именно в этой реакции кроется секрет лечебного действия перекиси водорода. В результате распада образуется атомарный кислород как промежуточная стадия образования обычного молекулярного кислорода. Дело в том, что атомарный кислород очень активен и используется в первую очередь для окислительно-восстановительных реакций, требующих меньшего расхода энергии, чем для образования молекул кислорода. Хотя все же некоторое количество молекулярного кислорода и образуется, но скорость его образования меньше, чем атомарного. Нарушение этого равновесия приводит к дисбалансу окислительно-восстановительных реакций. Замечено, что активность молекулярного кислорода тем выше, чем меньше активность атомарного. Такое состояние характерно для больного организма.
С воздухом мы вдыхаем в основном молекулярный кислород, одноатомную его разновидность организм получает в основном в ходе внутренних химических реакций, непосредственным участником которых является перекись водорода.
Насыщение крови кислородом при внутривенном вливании ее (именно этот способ пропагандирует У. Дуглас) – один из важных результатов ее применения в медицине. Реакция распада перекиси в организме происходит при непосредственном участии группы ферментов каталаз. При этом перекись проникает в клеточную оболочку эритроцитов и высвобождает кислород. Кровь становится светлее (перекись вводится в темную венозную кровь , но из-за того, что эритроциты присоединяют кислород, меняется ее цвет). Далее по кровотоку кровь, насыщенная кислородом, переходит в артериальную систему и разносит кислород ко всем тканям и органам, к каждой клеточке организма.
Использование инъекций перекиси водорода для насыщения крови кислородом является альтернативой более дорогому и сложному в применении методу – гипербарической оксигенации. Этот метод предполагает вдыхание чистого кислорода в условиях повышенного атмосферного давления. Для этого используются дорогостоящие бароаппараты. Этот метод давно с успехом используется в медицине. Сначала применяли обыкновенные кислородные подушки, затем появились специальные кислородные палатки. Во время Великой Отечественной войны эти палатки спасли немало жизней при всем своем несовершенстве. В 1956 году голландский хирург Борема в опытах на животных показал возможность их жизни в условиях 100%-ного кислорода при давлении выше атмосферного. После этого гипербарическая оксигенация стала признанным методом лечения заболеваний. В результате насыщения крови кислородом замедляется или прекращается выработка токсинов и ускоряется их выведение из организма , нормализуется обмен веществ, заживают раны, язвы, переломы, ослабляются побочные эффекты лекарственной терапии.
Лечение в барокамере бесспорно приносит положительные результаты, но есть одно большое «но» – этот метод имеет противопоказания при некоторых заболеваниях и достаточно дорог в использовании. Да и где в какой-нибудь больнице в небольшом поселке, где и обычный автоклав работает на последнем издыхании, возьмется дорогая барокамера? И вот тут-то и становится ясно, что насыщение крови кислородом с помощью введения в нее перекиси водорода может стать реальной альтернативой дорогому методу. Как показали многочисленные эксперименты (о которых интересующийся читатель может прочитать в книге У. Дугласа), введение перекиси водорода в кровь приводит к тем же положительным результатам.
Итак, используя перекись водорода не только для обработки поверхностных ран или дезинфекции полости рта, но и внутрь, мы насыщаем кровь кислородом. Но почему это так важно, почему вообще насыщение кислородом так необходимо организму? Разве не достаточно того кислорода, что мы вдыхаем с атмосферным воздухом, и чем отличается «внутренний» кислород от получаемого в процессе дыхания? Давайте разберемся с этим.
Кислород и свободные радикалы
Вот уже долгие годы не утихают споры о том, что такое свободные радикалы для организма – вред или польза. Свободные радикалы – это соединения, содержащие активную форму кислорода. Они обладают очень мощной окислительной способностью и являются побочными продуктами работы дыхательной цепи. К свободным радикалам относят супероксид-радикал (О2–), гидроксил-радикал (ОН·), пергидроксид-радикал (НОО·), а также некоторые другие соединения. Все эти соединения, будучи сильнейшими окислителями, крайне опасны для клетки. Стремясь вернуть себе недостающий электрон, они отнимают его у других молекул, вызывая тем самым цепную реакцию разрушения. Такое перекисно-радикальное окисление встроенных в мембрану клеток липидов (основных структурных компонентов клеточной оболочки) приводит к нарушению работы мембраны и, как следствие, к разрушению и гибели клетки. Вроде бы это плохо – гибнут клетки. Но в том-то и секрет. В нормальном здоровом организме существует баланс между окислителями и веществами, препятствующими перекисному окислению. Вещества эти называются антиоксидантами. Они нейтрализуют агрессивность перекисей, тем самым защищая клетку от гибели. Равновесие между процессами распада и сохранения и определяет существование жизни.
Одно время ученые возложили на свободные радикалы ответственность за старение организма, эта точка зрения популярна и сегодня. А следовательно, предположили они, для того, чтобы спасти организм от разрушительного действия перекисно-окислительных процессов, надо регулярно употреблять антиоксиданты. Но опыт показал, что эти препараты зачастую не только малоэффективны, но даже и вредны для здоровья. Ведь человеческий организм не настолько хорошо изучен, чтобы однозначно записывать в список врагов соединения, присутствовавшие в организме на протяжении всей истории существования нашего вида. Если бы свободные радикалы не были нужны для нормальной работы организма, они бы сошли на нет. Природа мудрее, чем мы думаем.
Свободные радикалы играют важную роль. Во-первых, уничтожают они главным образом (в здоровом организме) не здоровые клетки, а те, чей срок жизни уже прошел, или чуждые нашему организму. Во-вторых, они участвуют в синтезе жизненно важных соединений, например, гидроксид-радикал необходим для образования биологического регулятора простагландина, радикал оксида азота участвует в регуляции сокращения стенок кровеносных сосудов.
Проблемой современного человека является то, что из-за неблагоприятной экологической обстановки, образа жизни, противного природе, неумеренного увлечения химическими достижениями цивилизации тонкая грань между плюсом и минусом в перекисно-окислительных реакциях стирается. Внутренняя антиокислительная система постоянно пытается компенсировать негативное действие свободных радикалов, но ей это не удается. Потребляя искусственные антиоксиданты, человек еще больше усугубляет ситуацию.
Вот тут на помощь и приходит насыщение крови кислородом с помощью перекиси водорода. При быстром притоке активного кислорода организм начинает активизацию антиокислительных процессов. Может происходить снижение частоты сердечных сокращений и спазм периферических сосудов – так организм пытается защититься от избытка кислорода. Но он все равно окружает клетки, и им приходится защищаться от него, вырабатывая антиоксиданты. Таким образом, искусственно создаваемый стресс значительно увеличивает выработку естественных антиоксидантов, которые нейтрализуют не только кислород, только что поступивший искусственным путем, но и тот, что возник в организме в результате внутренних патологических процессов. Собственные клетки организма защищают сами себя, а избыточный кислород идет на борьбу с чужеродными болезнетворными клетками (микробами и раковыми).
Кислород чистит сосуды
В предыдущем разделе я уже сказал, что активный кислород свободных радикалов, образующихся в организме во время болезни, окисляет липиды клеточных мембран. Это происходит тогда, когда нарушен баланс перекисно-окислительных реакций. Иное действие оказывает кислород, образующийся в результате распада перекиси водорода , поступившей извне. Физиолог Чарльз Фарр, автор первой серьезной книги о терапевтическом использовании перекиси водорода, назвал действие перекиси водорода на организм «окислительной детоксикацией».
При введении перекиси в кровь и образовании активного кислорода последний в первую очередь «набрасывается» на липидные соединения, отложившиеся на стенках кровеносных сосудов. А именно эти холестериновые бляшки являются одной из основных причин многочисленных заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Если такая бляшка отрывается от стенки, может произойти закупорка сосуда. А это чревато очень серьезными последствиями, и прежде всего инсультом. Внутривенное введение перекиси водорода способно растворить нежелательные бляшки, а в тяжелых случаях кислород, образующийся в крови в результате распада перекиси, может с кровотоком дойти до пораженных участков тканей. Хорошее положительное действие на состояние сосудов оказывает и внутреннее употребление перекиси.
Хотелось бы здесь привести отрывок из одного письма , полученного мною.
«…Долгие годы я страдала ишемической болезнью сердца. Вынуждена признаться, что в своей болезни во многом виновата я сама. К сорока годам довела свой организм „до ручки“. Молодость прожила в свое удовольствие, ни о каком здоровом образе жизни и не помышляла. Ела-пила что хотела, курила, могла пойти на работу, поспав только часа три. После медучилища решила сменить деятельность, ушла в коммерцию, благо времена наступили другие. Средства позволяли хорошо питаться (во всяком случае я считала, что это называется хорошо), ни в чем себе не отказывала, особенно любила сладкое, могла торт одна съесть. Один год был очень тяжелым на работе, чуть ли не каждый день стрессы. И вот перед новым годом слегла в больницу с болью в сердце. Диагноз – ишемическая болезнь сердца. Это в 35 лет! Может, наследственность „помогла“, у меня оба родителя сердечники. Исследования показали, что стенки сосудов просто усыпаны холестериновыми бляшками. Пришлось ограничить себя в еде, ежедневно пить дорогие лекарства (на себе решила не экономить). Но кардинального улучшения состояния не происходило. И тут на глаза попалась книга о лечении перекисью водорода. Я по природе человек рисковый, и решила – если в Америке так лечат , почему бы и мне не попробовать. Внутривенные инъекции я делать умею, еще не забылось со временем. И вот на свой страх и риск, заранее зная реакцию лечащего врача на такой метод лечения, провела себе 30 внутривенных вливаний разбавленной перекиси водорода. Потом сделала перерыв и повторила курс. Боялась, конечно, но и становиться инвалидом-сердечником в таком возрасте не хотелось. Улучшение своего состояния заметила уже после первого курса, а после второго прошла обследование – и кардиограмма, и анализ крови показали, что я здоровый человек! Радости моей не было предела. Врачу про свой опыт не сказала. Но после этого стала употреблять перекись водорода и внутрь. Избавилась от многих болячек, которые были у меня помимо болезней сердца, – от фибромы, например. Теперь являюсь убежденным сторонником лечения перекисью.
И это только одно из писем, полученных лично мной, о таких случаях приходилось читать и в газетных статьях, посвященных лечению перекисью. Перекись водорода действительно очищает кровеносные сосуды, но вводить ее внутривенно следует осторожно. Удачный опыт автора письма объясняется тем, что она медик по образованию, поэтому все делала правильно. Рядовому же человеку лучше обратиться к специалисту. Но и обычное питье перекиси водорода оказывает целительное действие на сердечно-сосудистую систему. Всемирно известный кардиолог-трансплантолог Кристиан Бернард говорил, что он сам принимает водный раствор перекиси водорода ежедневно. Кстати, за это заявление, сделанное в 1986 году, доктор подвергся резкой критике со стороны медицинского сообщества.
Перекись водорода убивает вредные микробы
Перекись водорода, как уже неоспоримо доказано, является одной из основных частей сложной иммунной системы человека. Обнаружено, что материнское молоко содержит значительные количества этого вещества, особенно в первые часы после рождения ребенка. Таким образом, перекись водорода как бы становится одной из первых линий защиты человека . Перекись водорода является главным оружием иммунной системы в борьбе с многочисленными инфекциями.
Наверное, здесь нужно коротко познакомить читателя с тем, как работает защитная система нашего организма. Не вдаваясь в подробности функционирования всей иммунной системы, познакомимся с наиболее важными для нас клетками крови – лейкоцитами. Как известно, кроме красных кровяных телец (эритроцитов), основная задача которых – доставка кислорода ко всем органам и тканям организма, в крови присутствуют белые кровяные клетки – лейкоциты. Они крупнее эритроцитов, но содержатся в крови в гораздо меньшем количестве (около 7000 в 1 мл крови). Существует две основные группы лейкоцитов – гранулоциты (зернистые лейкоциты) и агранулоциты (незернистые лейкоциты). Гранулоциты образуются в костном мозге и способны к амебоидному движению. Из всех гранулоцитов непосредственное участие в борьбе с вредными микроорганизмами принимают участие только нейтрофилы (они составляют 70% всех лейкоцитов). Эти клетки обладают способностью проходить между клетками , образующими стенки мелких кровеносных сосудов, и проникать в межклеточное пространство тканей. Направляясь к зараженным участкам тела подобно амебе, нейтрофилы в конце концов поглощают и переваривают болезнетворные бактерии. Такими же свойствами обладают моноциты, относящиеся к агранулоцитам. Моноциты способны поглощать не только бактерии, но и крупные чужеродные частицы.
Процесс поглощения и переваривания микробов клетками крови называется фагоцитозом, а нейтрофилы и моноциты соответственно можно назвать фагоцитами. Эти клетки направленно перемещаются к болезнетворной бактерии, реагируя на химические вещества, содержащиеся в клеточной стенке микробов. Затем фагоцит обволакивает бактерию или другую частицу, заключая ее внутрь себя. И здесь вступает в действие перекись водорода. Клетки-фагоциты синтезируют внутри себя из кислорода и воды молекулы перекиси водорода, токсичные для болезнетворных микроорганизмов. Такой химической атакой бактерия сразу убивается, а затем переваривается фагоцитом с помощью специальных ферментов. Отмечу, что кроме перекиси водорода в «убийстве» участвуют и другие соединения кислорода (супероксиданион О2–, гидроксильный радикал ОН– и атомарный кислород).
Логично предположить, что если перекись водорода играет такую важную роль в борьбе с инфекцией, ее введение, внутривенное или пероральное (через рот), также окажется эффективным. И эксперименты показывают – перекись способна уничтожать болезнетворные организмы! А если учесть, что значительная часть их поступает к нам через пищеварительный тракт, то питье раствора перекиси водорода действительно помогает предотвратить многие желудочные (и не только) инфекции.
Закончу этот раздел письмом о том, как перекись помогла не только человеку, но и любимому животному.
«Здравствуйте. Я все лето живу на даче, далеко от города. Магазинчик у нас есть, а вот если, не дай Бог, случится что-нибудь со здоровьем, до доктора добираться далеко. Поэтому дежурную аптечку я всегда вожу с собой. И надо же так случиться – то ли морковку плохо помыла, то ли руки, но возникло у меня жестокое кишечное расстройство. Не унималось целый день, левомицетин не помог. Испугалась – ведь и дизентерия может быть. И под рукой ничего нет, к доктору ехать далеко. Зашла в гости соседка и рассказала, что лечится перекисью водорода – 10 капель на 2 столовые ложки воды. Я, конечно, сомневалась в таком лечении, но деваться некуда – попробовала такой способ, благо перекись на даче всегда есть. И знаете, после первого приема стало легче, а на следующий день и вовсе симптомы пропали. Поговорила с соседкой, она дала мне почитать книгу. Стала я пить перекись – улучшилось общее состояние, голова по вечерам перестала болеть, суставы стали подвижнее. А был еще и такой случай – отравилась моя любимая кошка какой-то гадостью, и было ей очень плохо. В книге я прочитала , что у кошек есть тот фермент, что перекись разлагает, как у человека, и дала ей попить воды с перекисью, только не 10 капель, а 3. И вы знаете, ей помогло. Сейчас я живу дома в городе, но продолжаю принимать перекись водорода и хочу сказать, что результат потрясающий.
Как лечиться перекисью водорода
Внутривенное введение перекиси водорода
Как я уже говорил, внутривенное введение перекиси, как это сделала одна из моих корреспонденток, должно проводиться с особой осторожностью. Даже обыкновенное введение более привычных лекарств в вену требует особых мер предосторожности. Не буду говорить о том, что инструмент (шприц или капельница) должен быть стерильный, – это в последние годы, после широкого распространения СПИДа и гепатита С, стало ясно всем.
У. Дуглас, автор книги, принесшей известность лечению перекисью водорода, был убежденным сторонником именно внутривенного введения этого вещества. Основываясь на трудах своих предшественников и коллег, он показал, что при непосредственном поступлении в кровь перекись оказывает поистине волшебное действие не только на кровеносную систему, но и на все органы и ткани. Происходит быстрое насыщение крови кислородом. После введения перекиси в венозную кровь она приобретает цвет артериальной, насыщенной кислородом крови. Он также заметил, что введение перекиси в артериальную кровь дает , конечно, еще лучшие результаты, но провести такую манипуляцию непросто даже профессиональному врачу. Так что для желаемых целей вполне достаточно именно внутривенного введения перекиси.
Многие противники лечения перекисью водорода, особенно с помощью инъекций, говорили, что при введении перекиси образовавшийся кислород способен вызвать эмболию – закупорку сосудов. Но в кровь вводится не чистая перекись водорода, а ее водный раствор, и пузырьки кислорода отделены друг от друга молекулами воды, и больших пузырей, могущих привести к отрицательным последствиям, просто не образуется. Тем не менее из-за этих пузырьков в месте введения перекиси могут возникнуть болевые ощущения. В этом случае нужно либо уменьшить дозировку, либо вообще прекратить введение лекарства.
Существует два способа внутривенного введения. Идеальным вариантом будет использование системы для перфузионных растворов (капельницы), в лежачем положении и лучше под присмотром врача. Перекись водорода при этом поступает по каплям, можно регулировать скорость ее поступления. Выполнить такую процедуру в одиночку крайне трудно, а в случае непредвиденных обстоятельств не к кому будет обратиться за экстренной помощью. Поэтому лучше не экспериментируйте.
Другой вариант введения перекиси в кровеносную систему – с помощью шприца. Этот способ удобен тем, что его можно провести и самостоятельно, а в случаях, когда требуется экстренная помощь, он просто незаменим. В западной литературе встречается много вариантов дозировки препарата, но, на мой взгляд, оптимальной является схема, разработанная профессором Иваном Павловичем Неумывакиным. Он рекомендует использовать шприц на 20 мл. Соотношение перекиси водорода (3%-ной) и физраствора, применяемого для растворения перекиси, должно составлять для первой инъекции 0,3 – 0,4 мл первой на 20 мл физраствора. Полученный раствор медленно вводится в вену, сначала 5, затем 10, 15 и 20 мл в течение не менее 2 – 3 минут. Это как бы период адаптации организма к непривычным для него высоким дозам атомарного кислорода. В последующих инъекциях при неизменном количестве физиологического раствора объем перекиси водорода постепенно увеличивается в такой последовательности: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 мл.
Со своей стороны хочу сказать, что я никогда сам не проводил внутривенных инъекций и не рекомендую никому этого делать самостоятельно. Такой способ лечения, и об этом предупреждал У. Дуглас, должен проводиться только врачом в стационаре! Поэтому, несмотря на то что для информации я рассказал об этом способе, не рискуйте своим здоровьем. Ведь даже внутривенное введение безобидной глюкозы требует отличных навыков и медицинского образования.
Пероральное употребление перекиси водорода
В своей книге У . Дуглас был очень осторожным с рекомендациями по использованию перекиси водорода внутрь. Хотя в других источниках, в том числе и в Интернете, можно найти многочисленные упоминания о том, что питье перекиси водорода оказывает ничуть не худший результат, чем ее внутривенное введение. В нашей стране пропагандистом внутреннего употребления перекиси водорода является И. П. Неумывакин. Я сам, после того как познакомился с лечебными свойствами перекиси водорода, пил ее с водой в разбавленном виде.
Одним из аргументов противников питья раствора перекиси водорода является то, что это вещество токсично и агрессивно, а потому может оказать разрушительное действие на стенки пищевода и желудка. Высказывалось даже предположение, что перекись водорода может способствовать развитию рака желудка и двенадцатиперстной кишки. Каких-то серьезных исследований по этому поводу не проводилось, и эти утверждения по большей части были голословными. В 1981 году Департамент по пищевым и лекарственным продуктам США сделал официальное заявление, в котором указал , что имеющихся фактов недостаточно, чтобы признать перекись водорода канцерогенным веществом. Никаких других официальных заявлений по поводу влияния перекиси водорода на возникновение рака не звучало, зато встречаются многочисленные свидетельства того, что перекись водорода способствовала излечению от рака.
Медицина в основе своей – достаточно точная наука, то есть в идеале нельзя утверждать о безусловном вреде или пользе какого-то препарата до тех пор, пока не собрано достаточно подтверждающих фактов. И тем не менее в истории с использованием перекиси водорода уважаемые медики нарушают этот канон. На основе одного появившегося в печати факта неблагоприятного действия перекиси развиваются теории о ее вреде, при этом отвергаются сотни и тысячи прямо противоположных свидетельств.
Неудачный опыт внутреннего употребления перекиси водорода может быть связан со многими причинами. Во-первых, каждый человек индивидуален и неповторим не только внешне, но и внутри. То, что для одного хорошо, другому может принести вред. Поэтому, приступая к лечению любым новым методом, сначала нужно понаблюдать за своим состоянием, начиная с малых, щадящих доз. Существует незначительный процент людей, у которых наблюдается индивидуальная непереносимость перекиси водорода. Причем не только при внутреннем употреблении, но и даже при попадании капли слабого раствора перекиси водорода на кожу у них может возникнуть сильное раздражение. Естественно, таким людям лечение перекисью строго противопоказано. Но ведь это не значит, что перекись вредна для всех других.
Во-вторых, неудача может быть связана с неправильным употреблением перекиси водорода. Для иллюстрации приведу такое письмо.
«Добрый день. Как говорится, на ошибках учатся, но умные люди учатся на ошибках других. Видно, я к таковым не отношусь. Сейчас я смотрю на все с чувством юмора, но сначала мне было не до шуток. Я познакомилась с книгой о лечении перекисью водорода У. Дугласа и решила попробовать этот метод на себе. Хотела вылечить свой артрит, который не давал мне спокойно жить долгие годы. В дополнение к информации из книги попросила дочку еще поискать сведений о дозировке. И вот, собрав необходимую информацию, решила выпить перекись водорода – 10 капель аптечной перекиси на полстакана воды. Единственное пропустила, и не потому, что этого не было в книге, а потому что читала невнимательно, – пить-то перекись нужно на голодный желудок. Я же первый раз выпила через полчаса после сытного ужина. И потом промучилась всю ночь – тошнота, отрыжка, боль в желудке. Но я человек упертый, подумала, что это, скорее всего, первая реакция на непривычное лекарство, и на следующий день повторила свой опыт в то же время. И опять с тем же результатом. Решила, что либо перекись мне противопоказана, либо вообще все это очередная сенсация сумасшедших целителей. Выбросила перекись из головы. Но тут встретилась со старой подругой, которая с успехом уже второй год лечится перекисью водорода. И так она хорошо выглядела, что мне завидно стало. Взяла с полки книгу и перечитала еще раз . И поняла свою ошибку. Когда выпила перекись на голодный желудок (на всякий случай в меньшей концентрации), не только неприятных ощущений не почувствовала, даже наоборот, уже через час прошла головная боль. Продолжила курс лечения, и теперь, по прошествии полугода, забыла о невыносимых болях в суставах. А могла бы поправиться и раньше, если бы читала внимательнее.
Таким образом, женщина признала свою ошибку, чего не любят делать многие деятели медицины. Что касается конкретно этого письма, конечно же, принимать перекись водорода обязательно надо на пустой желудок. В противном случае перекись не просто вступает в реакцию с остатками пищи – происходит настоящий кислородный взрыв. Окисленные вещества, входящие в состав съеденной пищи, и могут стать причиной тех негативных последствий внутреннего приема перекиси водорода, которыми так пугают пациентов убежденные противники этого метода лечения. Не пейте перекись водорода по прошествии менее 1,5 – 2 часов после приема пищи.
Какие дозировки выдерживать при употреблении перекиси водорода? Здесь встречаются разные мнения. Кто-то рекомендует 10 капель на полстакана воды, не больше, в день. Есть мнения, что можно пить до 50 капель, разбавленных в воде в соотношении 1:3 в течение дня. Профессор И. П. Неумывакин предлагает такой алгоритм. Начать с одной капли 3%-ной перекиси на 2 – 3 столовые ложки по 3 раза в день, каждый день увеличивая количество перекиси на 1 каплю, в конце концов доведя на 10-й день до 10 капель на 2 – 3 ложки воды, но общая дневная доза не должна превышать 30 капель перекиси водорода. Я остановился на 10 каплях на полстакана воды дважды в день, утром перед завтраком и вечером. Курс составляет 10 дней, потом две недели перерыв и еще 10-дневный курс. Для профилактики и повышения защитных сил организма здоровому человеку можно проводить 10-дневный курс раз в два месяца.
Обязательно ли разводить перекись водорода в воде? Я придерживаюсь точки зрения, что только в воде, веществе химически нейтральном и сродном перекиси водорода, она раскрывает полностью все свои положительные свойства. Хотя в иностранной литературе встречаются рекомендации и по разведению перекиси в свежем соке или молоке. Но эти вещества сложны сами по себе, и поэтому мне трудно сказать, как ведет себя перекись водорода в этих случаях.
Многие спрашивают, как соотносится употребление перекиси водорода с приемом других лекарств. Отмечу, что я вообще противник использования многочисленных продуктов фармацевтической промышленности и в своих книгах всегда рекомендую прибегать к целительным силам природы, но если все же такая необходимость есть, то лучше, чтобы время приема между лекарствами и перекисью водорода составляло не менее 1 часа. Иначе действие лекарства может быть изменено за счет сильной окислительной способности перекиси, и результаты его действия окажутся непредсказуемыми.
Желательно на время лечения перекисью водорода отказаться от употребления алкоголя, даже легких виноградных вин, и курения. Вообще же, человек, прошедший курс лечения перекисью, обычно чувствует снижение тяги к пагубной привычке табакокурения. Вот, например, выдержка из одного из полученных мною писем.
«Перекись водорода я решила принимать внутрь для лечения гипертонии. Нервная работа, неустойчивый режим дня приводили к тому, что по вечерам голова просто раскалывалась, а давление подскакивало до запредельных величин… Уже после 5 дней приема перекиси я отметила заметное улучшение состояния, но самое удивительное – теперь я бросила курить. Причем без особых усилий, хотя до этого перепробовала кучу способов – и жевательные резинки, и пластыри, и иглоукалывание – ничто не помогало, максимум месяц без сигареты, а затем опять рука тянулась к пачке. Но здесь результат достаточно стойкий, не курю уже два года, и самое главное – не хочется курить! Организм сам сказал – не хочу больше вдыхать эту гадость…»
Введение
1. Исследования воздействия атомарного кислорода в верхней атмосфере Земли на материалы
1.1 Атомарный кислород в верхней атмосфере Земли
1.2 Изучение воздействия атомарного кислорода на материалы в натурных и лабораторных условиях
1.3 Процесс химического распыления полимеров АК
1.4 Изменение свойств полимерных материалов при воздействии атомарного кислорода
1.5 Методы защиты полимерных материалов от разрушения плазменными потоками
2. Методика исследования воздействия атомарного кислорода на полимеры
2.1 Описание методики расчетов
2.2 Магнитоплазмодинамический ускоритель кислородной плазмы НИИЯФ МГУ
3. Результаты расчетов
3.1 Описание и сопоставление полученных данных с экспериментальными расчетами
3.2 Исследование роли распределения наполнителя в приповерхностном слое композита
3.3 Анализ защитных свойств наполнителя на основе данных по ослаблению потока АК
3.4 Исследование роли распределения наполнителя в объеме композита
Заключение
Введение
В интервале высот от 200-700 км атомарный кислород (АК) является основным компонентом верхней атмосферы Земли, воздействие которого приводит к сильному разрушению материалов внешних поверхностей космических аппаратов. При этом АК усиливает свою окислительную способность за счет дополнительной кинетической энергии атомов кислорода (около 5 эВ), вызванной орбитальной скоростью космического аппарата (КА) на орбите Земли. Эрозия материалов вызывается из-за влияния набегающего потока АК, в результате этого воздействия ухудшаются такие параметры как: механические, оптические, электрические и тепловые. Больше всего такому разрушающему воздействию подвергаются полимерные материалы, т.к. после химического взаимодействия кислорода образуются устойчивые летучие окислы, десорбирующиеся с поверхности КА. Для полимерных материалов (ПМ) толщина уносимого с поверхности слоя может достигать нескольких десятков и даже сотен микрометров в год .
Повышение стойкости полимеров к воздействию АК может быть достигнуто путем введения наночастиц в приповерхностные слои, устойчивых к воздействию потока АК . К перспективным, функциональным и конструкционным материалам КА относят полимерные нанокомпозиты, которые имеют улучшенные механические, термические, радиационные и оптические характеристики. Долгий срок службы, безопасное функционирование КА зависит от стойкости используемых конструкционных и функциональных материалов к влиянию атомарного кислорода. Несмотря на все проведенные исследования и большой объем накопленных экспериментальных данных по изучению воздействия потока атомарного кислорода на полимерные материалы КА на сегодняшний день нет единой модели воздействия потока АК. Поиск и исследование материалов, стойких к эффектам AK в условиях долгого нахождения космических аппаратов на околоземной орбите, развитие новых материалов с лучшими особенностями и прогнозирование долгосрочной стабильности свойств КА есть главные задачи для создателей космической техники.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется тем, что решение вышеуказанных задач невозможно без дальнейших исследований процесса эрозии, не получая новые качественные и количественные данные по потере массы, изменениям рельефа поверхности и физико-механических свойств полимерных материалов при действии потока АК.химический распыление космический лабораторный
Целью моей работы явилось изучение и получение новых данных, сопоставление их с экспериментальными данными по влиянию воздействия потоков АК на полимерные материалы и выяснению их степени согласия с результатами расчетов. Чтобы достичь поставленную цель были решены следующие задачи: Изучены по литературным данным явления химического распыления материалов, определены параметры, характеризующие интенсивность процесса химического распыления; Изучены методики математического моделирования процесса химического распыления полимеров атомарным кислородом и лабораторного исследования этого явления; Проведено компьютерное моделирование процесса эрозии поверхности типичных полимеров и композитов на их основе под действием атомарного кислорода; Проведен лабораторный эксперимент по химическому распылению полимерного композита атомарным кислородом; Сопоставлены расчетные и экспериментальные данные, проанализированы полученные результаты, сделаны практические выводы. В данной работе для исследования количественных характеристик процесса эрозии полимерных материалов под действием АК использовалась математическая модель, созданная в НИИЯФ МГУ на основе экспериментальных данных . Часть результатов данной выпускной квалификационной работы были опубликованы в сборниках и представлены на двух конференциях таких как: XVIII Межвузовской школы молодых специалистов "Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине" и ежегодной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В. Арменского.
1. Исследования воздействия атомарного кислорода в верхней атмосфере Земли на материалы
1 Атомарный кислород в верхней атмосфере Земли
Космические аппараты на околоземной орбите оказываются под влиянием целого комплекса факторов пространства, таких как: высокий вакуум, термоциклирование, потоков электронов и ионов высокой энергии, холодной и горячей космической плазмы, солнечного электромагнитного излучения, твердых частиц моделируемого происхождения . Наибольшее влияние оказывает воздействие набегающего потока АК в верхней атмосфере Земли. Атомарный кислород является основным компонентом атмосферы Земли в интервале высот от 300 до 500 км, его доля составляет ~ 80%. Доля молекул азота составляет ~ 20%, доля ионов кислорода ~ 0.01%. До 100 км состав атмосферы слегка изменяется из-за ее турбулентного перемешивания, средняя масса молекул остается приблизительно постоянной: m = 4,83∙10-26 кг (М = 28,97). Начиная со 100 км, атмосфера начинает меняться, в частности, процесс диссоциации молекул О2 становится существенным, т.е. содержания атомарного кислорода увеличивается, а также происходит обогащение атмосферы легкими газами гелия, а на больших высотах - водорода из-за диффузионного разделения газов в гравитационном поле Земли (рис. 1. a, в).
Рис. 1 Распределение концентрации атмосферных составляющих
С высоты 100 км начинаются изменения состава атмосферы Земли, потому что происходит процесс увеличения содержания атомарного кислорода и начинается обогащение атмосферы легкими газами, таких как гелий, а набольших высотах - водород, за счет диффузионнoго разделения газов в гравитационном поле Земли (рис.1 а, б) . В формировании высотных распределений нейтральных и заряженных частиц верхней атмосферы большую роль играют также разнообразные ионно-молекулярные реакции, протекающие в газовой фазе.
Таблица 1 - Энергия ионизации, диссоциации и возбуждения основных атмосферных составляющих Атом или молекулаEi, эВλi, нмEd, эВλd, нмВозбужденное состояниеEex, эВNO9.251345.292.34O210.081035.08244O2(1Δg) O2(b1Σ+g) O2(A3Σ+u)0,98 1,63 4,34H13.5991--O13.6191--O(1D) O(1S)1,96 4,17 N 14.54 85 - -N(2D) N(2P)2,39 3,56H215.41804.48277N215.58797.371.68Ar15.7579--He24.5850--
Процессы диссоциации и ионизации атмосферных составляющих происходят главным образом под действием коротковолнового электромагнитного излучения Солнца. В табл. 1 приведены значения энергии ионизации Ei и диссоциации Ed наиболее важных атмосферных составляющих с указанием соответствующих этим энергиям длин волн солнечного излучения λi и λd. Там же приведены значения энергии возбуждения Eex различных состояний для молекул O2 и атомов O и N.
Ниже можно посмотреть данные о распределении энергии в солнечном спектре, которые показаны в таблице 2. в которой для разных спектральных интервалов приведены абсолютные и относительные значения плотности потока энергии, а также значения энергии квантов излучения, определяемые соотношением ε [эВ] = 1240/λ [нм] (1 эВ = 1,6⋅10−19 Дж).
Таблица 2 - Энергетическое распределение плотности потока в диапазоне солнечного света Интервал длин волн, нмПлотность потока энергии Дж∙м-2∙с-1Доля от общего потока %Энергия квантов эВУльтрафиолетовый свет 10-400 10-225 225-300 300-400 126 0.4 16 109 9.0 0.03 1.2 7.8 124-3.1 124-5.5 5.5-4.1 4.1-3.1Видимый свет 400-700 400-500 500-600 600-760 644 201 193 250 46.1 14.4 13.8 17.9 3.1-1.6 3.1-2.5 2.5-2.1 2.1-1.6Инфракрасное свет 760-5000 760-1000 1000-3000 3000-5000 619 241 357 21 44.4 17.3 25.6 1.5 1.6-0.2 1.6-1.2 1.2-0.4 0.4-0.2 Суммарная энергетическая плотность потока солнечного света в районе Земли делает 1,4⋅103 Дж⋅с-1⋅м-2. Такое значение называют солнечным постоянным. Приблизительно 9% энергии в солнечном спектре являются долей ультрафиолетовой радиации (УФ) с длиной волны λ = 10-400 нм. Остаточная энергия разделяет приблизительно одинаково между видимым (400-760 нм) и инфракрасными пределами спектра (760-5000нм). Плотность потока солнечного света в области рентгена (0,1-10 нм) является очень маленьким ~ 5⋅10-4 Дж⋅с-1⋅м-2 и сильно зависит на уровне солнечной активности.
В видимых и инфракрасных областях диапазон Солнца близко к радиационному спектру абсолютно черного тела с температурой 6000 К. Эта температура соответствует температуре видимой поверхности Солнца, фотосферы. В ультрафиолетовом и областях рентгена диапазон Солнца описан другой регулярностью, когда радиация этих областей прибывает из хромосферы (T ~ 104 K) расположенный по фотосфере и короне (T ~ 106 K), Внешний конверт Солнца. В коротковолновой части диапазона Солнца на непрерывном спектре много отдельных линий, самой интенсивной из которых является линия водорода Lα, наложены (λ = 121,6 нм). С шириной этой линии приблизительно 0,1 нм это соответствует плотности потока излучения ~ 5⋅10-3 Дж⋅м-2⋅с-1. Интенсивность излучения в линии Lβ (λ = 102,6 нм) примерно в 100 раз меньше. Показанные на рис. 1, высотные распределения концентрации составляющих атмосферы соответствуют среднему уровню солнечной и геомагнитной активности.
Распределение концентрации атомарного кислорода по высоте показано в таблице. 3 .
Таблица 3 - Высотное распределение концентрации Высота км2004006008001000n0, м-37.1∙10152.5∙10141.4∙10139.9∙10118.3∙1010 Границы высотного диапазона и концентрация АК в ее пределах сильно зависят от уровня солнечной активности. Зависимость концентрации атомарного кислорода на высоте для среднего числа, минимальные и максимальные уровни даны на рисунке. 2, и на рисунке. 3 видны изменения годового флюенса атомарного кислорода с высотой 400 км во время цикла солнечной активности .
Рис. 2 Зависимость концентрации АК от высоты для различных уровней солнечной активности
Рис. 3 Изменение годового флюенса потока АК в течение цикла солнечной активности
Расчетный годовой флюенс атомарного кислорода для ОС ≪Мир≫ показаны в таблице 4 (350 км; 51,6o) на 1995-1999 .
Таблица 4 - Годовые значения флюенса Год19951996199719981999Годовой флюенс 10 22 см-21.461.220.910.670.80
1.2 Процесс химического распыления полимеров АК
Распыление материалов может происходить за счет двух процессов - физического распыления и химического распыления. Физическое распыление материалов - процесс почти упругого выбивания атома с поверхности мишени, где происходит квазипарное взаимодействие. В результате некоторые атомы вещества приобретают энергию, превышающую энергию связи поверхностных атомов и покидают мишень, это явление пороговое. Особенностью физического распыления является наличие энергетического порога, ниже которого разрушение материалов практически отсутствует. В нашей работе мы будем изучать химическое распыление полимеров. Это процесс травления, эрозии материалов, который возникает, если налетающие атомы взаимодействуют с атомами мишени сообразованием на поверхности летучих соединений, которые могут десорбироваться с поверхности, приводя к потере массы материала . На рис. 4 представлены результаты лабораторных измерений коэффициентов распыления ионами кислорода с энергиями 20−150 эВ углерода (две верхние кривые) и нержавеющей стали (нижние кривые), а также данные о распылении углерода (графита), полученные на космическом корабле Space Shuttle (светлый кружок). Коэффициент распыления, атом/ион
Рис. 4 Энергетические зависимости коэффициентов распыления графита и нержавеющей стали ионами кислорода
Заметно, что для углерода коэффициент распыления значительно больше по сравнению со сталью, причем его снижение при энергиях ионов меньше 50 эВ незначительно, поскольку при малых энергиях падающих ионов действует механизм химического распыления углерода. Для количественной характеристики потерь массы материалов за счет химического распыления обычно используют массовый Rm и объемный Rv коэффициенты распыления, т.е. эрозии, которые равны отношению удельных потерь массы или объема к флюенсу атомов кислорода с размерностями г/атом О или см3/атом О. Использование таких коэффициентов особенно удобно при изучении процессов воздействия атомарного кислорода на полимерные и композиционные материалы, для которых часто бывает трудно определить массу и состав отдельных фрагментов, удаляемых с поверхности. Часто оба коэффициентов эрозии обозначаются через R без подстрочных индексов с указанием соответствующей размерности. На данный момент накоплен большой объем экспериментальных данных по воздействию атомарного кислорода на различные материалы, в особенности на полимеры, которые, как уже отмечалось, в наибольшей степени подвержены химическому распылению. Несмотря на это, пока не разработаны общепринятые модели механизмов разрушения полимеров атомами кислорода с энергиями ~5−10 эВ. Согласно современным представлениям взаимодействие быстрого атома кислорода с поверхностью идет по трем каналам. Часть атомов с вероятностью 0,1− 0,5 проникает внутрь материала и химически взаимодействует с ним, другая часть образует молекулы O2, покидающие поверхность, а третья часть претерпевает неупругое рассеяние. Два последних процесса не приводят к уносу массы материала. В настоящее время рассматриваются две основные схемы, по которым происходит химическое распыление полимера быстрыми атомами кислорода. Многостадийный процесс, включающий несколько последовательных и параллельных стадий: прилипание атома к поверхности, его термализацию, диффузию в объем материала, и реакции с молекулами полимера в термализованном состоянии. В этой схеме цепи реакций для быстрых и тепловых атомов кислорода не отличаются, а возрастание скорости разрушения полимера приросте энергии атомов обусловлено увеличением коэффициента прилипания атомов к поверхности. Прямые реакции быстрых атомов кислорода с молекулами полимера при первичном соударении с поверхностью. Продукты таких реакций затем вступают во вторичные реакции с образованием на конечной стадии простых газообразных окислов углерода и водорода. При этом увеличение энергии бомбардирующих поверхность атомов кислорода приводит как к возрастанию сечений реакций, так и к возникновению дополнительных цепей реакций. захват атома H атомом O с образованием OH и углеводородного радикала (эта реакция имеет низкий энергетический порог и может идти при тепловых энергиях атомов O).; отщепление атома H с присоединением атома O к углеводородной цепи; разрыв углеродных связей C = C. Две последние реакции имеют высокий энергетический порог(~2 эВ) и могут идти только при взаимодействии с быстрыми атомами O. Для них суммарное сечение реакции при энергии атомов кислорода 5 эВ выше, чем сечение реакции образования OH. Таким образом, повышение энергии атомов кислорода открывает в дополнение к обычным для тепловых атомов реакциям отрыва атомов Н с образованием ОН новые каналы реакций с более высокими энергетическими порогами. Рассмотренные схемы взаимодействия атомарного кислорода с полимерами были в определенной степени подтверждены результатами численного моделирования процессов взаимодействия атомарного кислорода с поверхностью, проводившегося с использованием методов классической и квантовой механики. Результаты моделирования показали, что в потоке частиц, идущих от поверхности полимера, содержатся не упруго рассеянные атомы O (около 35%), продукты разрыва С−Н связей (40%) и продукты разрыва C−C связей (2−3%). Процентное содержание продуктов взаимодействия атомарного кислорода с полимером в значительной степени зависит от энергии разрыва связей в полимерных звеньях, значения которой для различных связей приведены в табл. 5. В этой таблице также даны значения длин волн солнечного излучения, соответствующие указанным энергиям разрыва связей.
Таблица 5 - Энергии связей и характеристические длины волн разрыва полимерных связей Вид связиС - HCF2-FC=CC=OSi-OЭнергия связи эВ3.3-4.35.267.58.5Характеристическая длина волны мкм0.28-0.360.230.20.150.14 Следует отметить, что фторированные полимеры, т. е. содержащие в своем составе атомы фтора F, обладают достаточно сильными С−F - связями. Кроме того, им присуща специфическая конструкция полимерной цепи, экранирующая атомы C от непосредственного воздействия атомов кислорода. В результате, как показали исследования, скорость их эрозии под действием атомарного кислорода более чем в 50 раз меньше, чем для полиимидов и полиэтиленов. Для описания зависимости коэффициента эрозии R от энергии атомов кислорода при химическом распылении полимеров предложена функция вида = 10−24AEn со следующими значениями параметров, которые зависят от вида распыляемого полимера:= 0,8−1,7; n = 0,6−1,0.1 На основании анализа экспериментальных данных о химическом распылении полимерных пленок определена функциональная зависимость коэффициента эрозии от состава распыляемого полимера:
R ~ γM / ρ, γ = N / (NC - NCO),
где N - количество всех атомов в единичном повторяющемся полимерном звене; NC - количество атомов углерода в звене; NCO- количество атомов С, которое может быть извлечено из звена внутри молекулярными атомами кислорода в виде СО либо СО2; M - средний молекулярный вес звена; ρ - плотность полимера.
Как уже отмечалось выше, разрушение полимерных материалов может наряду с атомарным кислородом вызываться коротковолновым солнечным излучением. Эффективность этого процесса, как и эффективность химического распыления атомарным кислородом, зависит от состава и структуры полимеров. Данные лабораторных исследований показывают, что для некоторых полимеров эрозия под действием ультрафиолетового излучения может быть сопоставима с эрозией, вызываемой атомарно кислородом. Вместе с тем, до настоящего времени нет общепринятых представлений о возможности возникновения синергетических эффектов при одновременном воздействии на полимеры атомарного кислорода и ультрафиолетового излучения, т.е. о возможности усиления или ослабления результирующего эффекта при комбинированном воздействии. Неоднозначность получаемых экспериментальных данных и теоретических оценок объясняется в значительной степени тем, что кванты коротковолнового излучения могут вызывать как разрыв полимерных цепей, так и их сшивание. Удельные потери массы, г⋅м-2
Длительность экспозиции, сутки Рис. 5. Зависимость удельных потерь массы углепластика от продолжительности полета
При прогнозировании стойкости полимерных материалов в реальных условиях космического полета следует учитывать, что поверхность исследуемого материала может быть загрязнена продуктами собственной внешней атмосферы КА, что препятствует контакту материала с атомарным кислородом и приводит к изменению коэффициента эрозии. Этим эффектом может быть объяснено наблюдавшееся в эксперименте на борту орбитальной станции «Салют-6» уменьшение скорости распыления образца углепластика в течение полета (рис. 5).
1.3 Изучение воздействия атомарного кислорода на материалы в натурных и лабораторных условиях
При испытаниях в натурных условиях образцы подвергаются воздействию не только АК, но и многих других ФКП. Скорее точно и в полном объеме имитировать космическую среду в лабораториях при имитации стендов задача практически неосуществима. Поэтому при сравнении результатов естественных и лабораторных экспериментов бывают расхождения . Чтобы увеличить достоверность результатов стендовых испытаний и возможность их сопоставления с полетными данными проводятся работы, как по улучшению имитационных стендов, так и по проведению специальных серий естественных экспериментов, посвященных на изучение влияния, отдельных по ФКП, том числе атомарного кислорода. В наземных испытаниях имитация воздействия АК осуществляется несколькими методами: метод молекулярных пучков (стандартное обобщенное название направленных свободномолекулярных потоков атомов, молекул, кластеров); метод ионных и плазменных потоков . Теперь высокоскоростные молекулярные пучки с энергией выше 1 эВ могут быть получены газодинамическим и электрофизическим методами. В газодинамических методах нагретый газ под давлением через сопло проходит в вакууме в виде сверхзвукового потока. Для нагрева используются различные формы разряда в кислородсодержащем газе в поле сопла. Электрофизические методы можно отнести к таким методам, которые основаны на ускорении в электромагнитных полях газа в состоянии ионизации с последующей нейтрализацией ионов в атомах, из которых образуется молекула высокоскоростного сгустка. В отличие от газодинамического метода здесь нет ограничений скорости частиц. Напротив, сложность заключается в получении пучков с низкой скоростью. Широко был принят способ получения молекулярного пучка перезарядкой положительно ионизованных атомов и вывода заряженных частиц из потока . Однако пока не удается получить необходимый поток частиц и длительность непрерывного воздействия методами молекулярных пучков. Для того чтобы получить результаты, которые соответствуют натурному воздействию, при изучении воздействия набегающего потока АК на материалы низкоорбитальных КА, нужно чтобы имитационные установки имели следующие параметры пучков атомов кислорода и связанные с ним факторы космического пространства : энергия атомов кислорода должна быть ~ 5-12 эВ; плотность потока атомов j = 1015 -1018 при / см2 ∙ с; плотность атомов (при непрерывном облучении) - Ф ~ 1022 -1023 ат / см2; состав пучка O (> 90%), 02, 0+, N2 +, 02 *; наличие ВУФ и УФ с интенсивностью Pk ≥ 70 (мкВт / см2; термоциклический материал в пределах диапазона: 80 ° C Лабораторные установки могут отличаться в условиях моделирования от фактических массовыми и энергетическими спектрами, наличием ВУФ или УФ подсветки, плотностью потока, вакуумом и температурными условиями на поверхности. Молекулярный кислород и ионы включаются в состав пучков. Благодаря своему современному состоянию ионные пучки могут позволить получить пучки низкоэнергетических ионов (до ~ 10 эВ) и атомов кислорода с достаточно низкой интенсивностью (не больше 1012 см-2 ∙ с-1), величина, которая ограничена эффектом пространственного заряда ионов. Увеличить концентрацию ионов можно с использованием ускоренных потоков плазмы. Такой принцип был применен в стендах моделирования института ядерной физики. Там, где с 1965 г. изучалось влияние ионосферной плазмы кислорода, создаваемой емкостным высокочастотным разрядом с внешними электродами (f ~ 50MTu) на широкий класс космических материалов (терморегулирующие покрытия, полимерные материалы) . Однако этот метод не позволил полностью воспроизвести условия взаимодействия атомарного кислорода с материалами внешней поверхности космического аппарата при работе на низких околоземных орбитах (300-500 км) . Следующий этап в развитии имитационной техники эффектов потоков ионосферных плазменных частиц на материал внешней поверхности космического аппарата было создание сотрудниками института ядерной физики ускорителя кислородной плазмы и испытательного стенда на его основе . На стенде все еще ведутся исследования влияния потоков плазмы в широком диапазоне энергий на материалы космической техники, имитирующие воздействие ионосферных космических факторов Земли и влияние искусственных плазменных струй электродвигателей. Для правильной интерпретации и данных имитационных испытаний необходимо тщательно и регулярно проверять лабораторные условия, чистоту и параметры кислородной плазмы. Основным материалом для использования является полиимид. Данные, полученные в естественных и лабораторных испытаниях, показали, что полимерные материалы наиболее восприимчивы к деструктивному эффекту АК. Для них толщина слоя, уносимого с поверхности, может достигать нескольких десятков и даже сотен микрометров в год .
1.4 Изменение свойств полимерных материалов при воздействии атомарного кислорода
Распыление полимеров сопровождается не только потерей массы материала, но и приводит к изменению физико-механических свойств полимеров, определяемых поверхностным слоем. Воздействие кислорода увеличивает шероховатость поверхности, с характерной структурой, напоминающей ковровое покрытие. В зарубежной литературе эта морфология поверхности называлась (carpet-like). Образование таких структур наблюдалось в натурных и лабораторных экспериментах . В результате полномасштабных экспериментов, проведенных на ОС Мир , было обнаружено появление упорядоченной поверхностной структуры полимерных пленок, что привело к возникновению анизотропии оптических свойств. Светопропускание наружных полиимидных пленок после экспозиции в течение 42 месяцев упало более чем в 20 раз из-за резкого увеличения рассеяния света, а диаграммы яркости приобрели анизотропный характер . На рис. 8а представлена электронная микрофотография поверхности политетрафторэтилена после экспозиции на КА LDEF, а на рис. 8б - микрофотография поверхности полиимида после экспозиции в потоке атомарного кислорода на имитационной установке НИИЯФ МГУ.
Рис. 8 Структура поверхности полимеров после воздействия атомарного кислорода в натурных (а) и лабораторных (б) условиях
В ряде естественных экспериментов на ОС Мир наблюдалась резкая потеря прочности аримидных нитей и тканей аримида, подверженных встречному течению АК. Так, в специальном эксперименте СТРАХОВКА с изделиями из материалов на основе аримидных тканей, сшитых аримидными нитями, аримидные нити швов после 10 лет воздействия с потерей массы 15% были разрушены без применения нагрузки, когда фрагменты, которые они соединяли, были разделены. В аримидной ткани потеря веса составляла 17%, при этом растягивающая нагрузка уменьшалась в 2,2-2,3 раза, а относительное удлинение при разрыве - на 17-20%.
1.5 Методы защиты полимерных материалов от разрушения плазменными потоками
Увеличение срока службы космических аппаратов является первостепенной задачей разработчиков космических технологий. Для этого необходимо, среди прочего, обеспечить долгосрочную стабильность эксплуатационных свойств материалов наружной поверхности космического аппарата и, в первую очередь, наиболее подверженных разрушению полимерных материалов . Защита полимерных материалов осуществляется в двух направлениях: нанесение тонких (~ 1 мкм) защитных пленок, устойчивых к АК, как неорганических, так и полимерных, и модификация материала или его поверхностного слоя для улучшения эрозионной стойкости. Применение тонких защитных пленок осуществляется тремя основными методами : физическое осаждение из паровой фазы в вакууме (PVD): Al, Si, Ge, Ni, Cr, A12O3, SiO2 и т.п., с использованием термического испарения, электронных пучков, магнетронного и ионного распыления; плазменно-химическое осаждение из паровой фазы (PESVD): SiO *, SiO2, SiN, SiON; нанесение плазмы: Al, Al / In / Zr. Пленочные покрытия могут снизить потерю веса полимерных материалов в 10-100 раз. Оксиды и нитриды химически инертны по отношению к АК, поэтому их распыление пренебрежимо мало. Влияние АК на нитриды бора и кремния вызывает их поверхностное превращение в пленку оксидов на глубине около 5 нм, что предотвращает окисление нижележащих слоев . Высокое сопротивление показывают покрытия на основе Si - коэффициент распыления уменьшается, как правило, более чем на два порядка . Эффективность различных защитных покрытий на основе кремния иллюстрируется рис. 9, на котором приведены полученные на имитационном стенде НИИЯФ МГУ зависимости потерь массы образцов полиимидной пленки, покрытых SiO2 и силиконовым лаком, от флюенса атомов кислорода . Благодаря использованию защитных покрытий скорость эрозии пленки снижается в 200−800 раз.
Рис. 9. Зависимости потерь массы образцов незащищенной полиимидной пленки и с различными защитными покрытиями от флюенса атомов кислорода
Однако, листовые покрытия ненадежны - они легко расслаиваются и разрываются во время термоциклирования, повреждены во время операции и производства . Модификация поверхностного слоя полимера выполнена внедрением ионов (A1, B, F) или химическая насыщенность атомами Si, P или F на глубине в нескольких микронах . Внедрение ионов с энергией 10-30 кэВ создает слой 10-15 миллимикронов толщиной, обогащенный получением сплава добавки в материалах графита или полимерном. В химической насыщенности радикалы, содержащие Si, P или F, введены в слой полимерной структуры на глубине к 1 мкм. Благодаря введению в поверхностный слой некоторых химических элементов материал получает способность под влиянием акционерного общества, чтобы сформировать защитную пленку с энергонезависимыми окисями на поверхности. Оба метода модификации поверхностного слоя приводят к уменьшению коэффициента дисперсии полимера под влиянием акционерного общества на двух заказах или больше. Синтез новых полимерных материалов направлен к включению в их структуру химических элементов, например Si, P способный, чтобы реагировать с акционерным обществом с формированием защитного слоя от энергонезависимых окислов.
2. Методика исследования воздействия атомарного кислорода на полимеры
1 Описание методики расчетов
В данной работе проводилось математическое моделирование формирования рельефа на поверхности космического аппарата и глубины проникновения атомарного потока в полимер. Для проведения расчетов использовалась двумерная модель материала с разделением его расчетной сеткой на ячейки равного размера . С помощью этой модели исследовались образцы полимеров с устойчивым к воздействию АК наполнителем (рис. 10) и полимер без наполнителя.
Рис.10. Расчетная двумерная модель, полимера с защитным наполнителем.
Модель содержит два типа ячеек: состоящие из полимера, которые могут удаляться под действием АК, и ячейки защитного наполнителя. Расчеты проводились с использованием метода Монте-Карло в приближении крупных частиц, что позволяет уменьшить объем выполняемых расчетов. В этом приближении одной частице соответствует ~ 107 атомов кислорода. Предполагается, что поперечный размер ячейки материала составляет 1 мкм. Количество атомов кислорода в одной увеличенной частице и вероятность взаимодействия частиц с материалами были выбраны на основе результатов лабораторных экспериментов по распылению полимеров потоком АК . В общем случае в модели взаимодействия потока АК с мишенью учитывались процессы зеркального и диффузного рассеяния атомов кислорода на ячейках, каждый из которых характеризуется своей вероятностью. При диффузном рассеянии атомов предполагалось согласно , что они теряют в каждом акте взаимодействия около трети исходной энергии. Рассматриваемая модель позволяет проводить расчеты для любых значений углов падения атомов на мишень. Основные параметры модели представлены в табл. 6. Метод Монте-Карло понят как числовые методы решения математических задач моделированием случайных значений . В случае применения этого метода для моделирования процессов взаимодействия радиации с веществом, используя генератор случайных чисел, играются параметры процессов взаимодействия. В начале каждого события исходная точка, начальная энергия и три компонента импульса частицы установлены или воспроизведены. (2.1)
где - оптовое поперечное сечение взаимодействия для одного атома, - оптовое поперечное сечение взаимодействия для всех атомов вещества. Тогда есть пункт, в котором частица после того, как бесплатный пробег и потери мощности частицы в этом объеме вычислены. Происхождение отношения разделов возможных реакций, энергий всех продуктов реакции и направления, для кого они взлетают, играется. Так же есть вычисление вторичных частиц и следующих событий.
В моделировании использовались следующие допущения: увеличенные частицы не взаимодействуют с защитным покрытием, если частица попадает на покрытие, она оставляет расчет; Рассмотрели такие каналы взаимодействия частиц с веществом: химическая реакция с формированием изменчивых окисей, приводящих к удалению полимерной клетки из модели; зеркальное отражение частиц от поверхности полимера, в которой энергии частицы после того, как не изменяется отражение; рассеивание распространения частиц, которое сопровождается потерей частицы конкретной доли энергии в каждом случае рассеивания. Блок схема алгоритма расчета взаимодействия увеличенной атомной частицы кислорода с моделью показана на рис. 11.
Рисунок 11. Блок-схема алгоритма расчета
2.2 Магнитоплазмодинамический ускоритель кислородной плазмы НИИЯФ МГУ
На стенде проводятся исследования воздействия на материалы внешних поверхностей КА потоков плазмы в широком энергетическом диапазоне, моделирующих как натурные ионосферные условия, так и воздействие искусственных плазменных струй электроракетных двигателей. Схема ускорителя показана на рис. 12 . Анод 1, промежуточный электрод 2 (ПЭ), полый катод 3 внутри соленоида 4. Пластообразующий газ (кислород) подается в анодную полость, а инертный газ (аргон или ксенон) пропускается через полый катод. Полость ПЭ эвакуируется через вакуумную линию 5. Эта схема позволяет увеличить долговечность катода и всего источника, а также из-за разрядки сжатия, уменьшить содержание примесей электродных материалов в потоке плазмы до 4.10-6 .
Рис.12 Магнитоплазмодинамический ускоритель кислородной плазмы НИИЯФ МГУ: 1 - анод; 2 - ферромагнитный промежуточный электрод; 3 - полый термокатод; 4 - соленоид; 5 - патрубок дополнительной вакуумной откачки; 6 - отклоняющий электромагнит
Образовавшаяся в разрядном промежутке кислородная плазма ускоряется, когда электрическое поле, возникающее в расходящемся магнитном поле соленоида, втекает в вакуум. Средняя энергия ионов в потоке регулируется в диапазоне 20-80 эВ с изменением режимов электроснабжения и газоснабжения. В этом случае плотность потока ионов и нейтральных частиц кислорода на поверхности образца площадью 10 см2 составляет (1-5) ⋅1016 см-2⋅с-1, что соответствует эффективному (приведенному к энергии 5 эВ в полиимидный эквивалент) - (0,6-8) ⋅ 1017 см-2⋅с-1.
Для формирования нейтрального пучка и атомов кислорода молекул, образованных из выходного потока заряженных частиц плазмы вдоль магнитных силовых линий соленоида, изогнутый отклоняющий электромагнит 6. Энергия нейтральных частиц в сформированной таким образом молекулярной пучок уменьшается до 5−10 эВ при плотности потока 1014 см-2⋅ с-1.
Энергетическое распределение ионной компоненты измеряется трехсеточным анализатором тормозящего поля, ее интенсивность - двойным зондом, а массовый состав - монопольным масс-спектрометром МХ-7305. Среднемассовые параметры молекулярного пучка определяются по величинам потоков энергии и импульса термисторным болометром и крутильными весами. Вакуумная система стенда выполнена с дифференциальной откачкой диффузионными насосами на полифениловом эфире с быстротой действия 2 и 1 м3⋅с−1. Рабочий вакуум составляет (0,5−2)⋅10−2 Па при расходах кислорода 0,2−0,5 см3⋅с−1 и Ar или Xe - 0,1−0,2 см3⋅с−1.
3. Результаты расчетов
3.1 Описание и сопоставление полученных данных с экспериментальными расчетами
Результаты лабораторного моделирования эрозии полиимида в области дефектов в защитном покрытии показаны на рис. 13 флюенс F = 1,3∙1020 атом / см2. Облучение приводит к появлению полости со сглаженным профилем. Поток АК падал на образец под углом 90 градусов
Рис.13 Профиль каверны в полимере при флюенсе атомов кислорода F=1,3∙1020 атом/см2
Результат, показанный на рисунке 1, соответствует случаю «широкого дефекта» - глубина полости намного меньше ширины дефекта защитного покрытия. Количество атомов кислорода, соответствующее одной увеличенной частице, рассчитывается из коэффициента эрозии полимера. Для полиимида коэффициент эрозии λ составляет 3∙1024 см3 / атом . Число увеличенных частиц, необходимых для воспроизведения профиля во время математического моделирования в случае, когда каждая агрегированная частица удаляет одну ячейку полимера, вычисляется по формуле :
M = FλW2 / Wd (3.1)
где F (атомы / см2) - поток AK, λ (см3 / атом) - коэффициент эрозии, W (ячейки), Wd (см) - ширина дефекта в защитном покрытии. Например, для моделирования профиля, показанного на рисунке 3, с размером ячейки 0,1 мкм требуется M0 ≈ 12,000 агрегатов. При использовании математической модели с однократным или многократным рассеянием количество увеличенных частиц M1, необходимых для воспроизведения экспериментального профиля, отличается от уменьшенного значения M0. Сравнение результатов расчета и эксперимента позволяет определить количество увеличенных частиц M1, необходимых для моделирования конкретного флюенса с выбранными параметрами математической модели.
Появление каверны, образующейся в полимере, когда поток AK падает (флюенс F = 1,6 · 1020 атом / см2) под углом 30 градусов к нормали, показан на рис. 14 . На рисунке показана характерная слоистая структура полимера, которая вызывает различия в профилях полости в разных сечениях
Рисунок 14 Поперечный срез каверны в полиимиде с защитным покрытием после облучения потоком АК с флюенсом F=1,6∙1020 атом/см2 при угле падения 30 градусов
В данном разделе представлены результаты математического моделирования процесса эрозии при наличии многократного зеркального или диффузионнго рассеяния. Для наилучшего выбора параметров рассеяния частиц АК в математической модели была проведена серия расчетов с различными коэффициентами рассеяния. Использованные величины вероятностей многократного зеркального и диффузного рассеяний представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Параметры рассеяния в математической модели. ВариантабвгдЗеркальный (REFL)1.00.70.50.30Диффузный (DIFR)00.30.50.71.0 Результаты, показанные на рис. 3.1 были получены при многократном рассеянии с уменьшением энергии частиц после каждого события диффузного рассеяния вплоть до теплового (~ 0,025 эВ). После каждого события диффузионного рассеяния вероятность химической реакции частицы с полимером уменьшалась в соответствии с параметрами модели, показанными в таблицах 6 и 7. На рисунке 15 показаны результаты математического моделирования эрозии полимера с защитным покрытием. Поперечные размеры образца 100 мкм, толщина защитного слоя 1 мкм, диаметр отверстия в защитном слое 10 мкм, размер ячеек 0,5 мкм. Угол падения увеличенных частиц АК составляет 70 градусов. Количество увеличенных частиц в каждом случае выбиралось таким образом, чтобы глубина полости при нормальном падении АК соответствовала экспериментальным данным, полученным при флюенсе F = 1,3 · 1020 атом / см2. На рис. 15 показаны полученные расчетные профили материалов для угла падения атомов кислорода 70 градусов с защитным покрытием.
Рисунок 15 Результаты моделирования процесса эрозии полимера с защитным покрытием при многократном рассеянии частиц.
На основе сравнения экспериментальных (рис.13,14) и расчетных данных для дальнейших расчетов были выбраны следующие параметры модели: вероятность зеркального отражения R = 0,3; Вероятность диффузного рассеяния D = 0,7, сравнивая экспериментальные и рассчитанные профили, можно сказать, что, используя отношение ширины дефекта в защитном покрытии и глубину каверны, образованной в полимере, прикладная математическая модель описывает Эрозии полимера достаточно хорошо. Необходимо подчеркнуть, что представленная математическая модель и результаты, полученные с ее помощью, соответствуют случаю "широкого дефекта". Чтобы расширить модель на случай "узкого дефекта", дополняющие экспериментальные данные о раскалывании полимерных потоков образцов акционерного общества с большим флюенсом необходимы. Полимерные соединения являются также склонными разрушительный эффект акционерного общества. Роль защитного материала выполнена в этом случае сложными частицами наполнителя. При изготовлении полимерных соединений во многих случаях эффект соединения наночастиц в круглых конгломератах с диаметром ~ 0 1-5 микронов, которые хорошо видимы после существенной гравюры потоком акционерного общества это, очевидно, Показанное на рисунке. 16 хорошо видно, что полученные сферические микрочастицы защищают области полимера под ними от назревания атомарного кислорода.
Рисунок. 16. Структура модифицированного полиимида после воздействия потока АК
3.2 Исследование роли распределения наполнителя в приповерхностном слое композита
В данном разделе исследовались композит с наполнителем в приповерхностном слое и размер частиц наполнителя. Модели отличаются размером частиц наполнителя, но при этом общее количество материала наполнителя оставалось одинаковым. Таким образом изучили роль равномерности распределения наполнителя, рассчитали такие величины как: 1) площадь удаленных ячеек полимера при различных углах падения частиц АК и диаметрах частиц наполнителя, 2) уменьшение потока АК по мере проникновения в толщу материала. Пример расчетов профилей композита после воздействия потока АК показан на рис.17. Здесь и далее черным цветом показан материал наполнителя композита, белым - растравленные участки полимера.
Рис.17 Результаты моделирования процесса эрозии полимерных композитов с различными диаметром частиц наполнителя при многократном рассеянии: а - 3.0 мкм; б - 3.56 мкм.
Как мы видим, в этом случае характер повреждения приповерхностных слоев материалов очень похож на то, что мы видели в эксперименте, который показан на рисунке 16. Под частицами наполнителя полимерных композитов различного диаметра устойчивых к воздействию атомарного кислорода видно не разрушенные звенья полимерных материалов, которые защищены от процесса эрозии. В промежутках, где нет защитных частиц наполнителя, мы видим растравленные участки полимера. Можно сказать, что под защитной частицей сохраняются не разрушенные полимеры, а между частицами разрушаются. Графики зависимости площади выбитых ячеек полимера от угла падения при многократном рассеивании и при однократном рассеивании частиц АК показаны на рис. 18.
Рис.18 Зависимости площади выбитых ячеек полимера от угла падения: а - для многократного рассеивания; б - для однократного рассеивания. Устойчивые к воздействию АК наполнителей полимерных композитов, значительно уменьшают потерю массы материала под воздействием атомарного кислорода, в то время как эффективность процесса эрозии уменьшается с уменьшением размера частиц наполнителя и повышением однородности их распределения в полимерной матрице. Графики зависимости площади растравленных ячеек полимера от угла падения частиц АК при однократном и многократном рассеянии имеют схожий вид. Уменьшение угла падения частиц АК относительно нормали приводит к уменьшению количества растравленного полимера. Это можно объяснить тем, что при уменьшении угла падения АК большая часть частиц АК выбывает из расчета в результате взаимодействия с защитным наполнителем. Влияние на устойчивость полимера к АК зависит от распределения частиц наполнителя, то есть чем больше диаметр частиц наполнителя, тем больше площадь удаленных ячеек полимера
3.3 Анализ защитных свойств наполнителя на основе данных по ослаблению потока АК
По мере проникновения атомов кислорода в толщу мишени происходит уменьшение величины их потока за счет взаимодействия с материалом. На рис 19 приведены зависимости, характеризующие уменьшение потока АК на разных глубинах от поверхности мишени для полимерного материала без наполнителя и с наполнителем различного диаметра. Уменьшение потока происходит за счет взаимодействия АК с ячейками полимера и наполнителя, а также за счет рассеяния и отражения АК в обратном направлении. В данном случае расчет произведен для нормального падения атомов кислорода на мишень с многократным рассеянием АК на полимере.
Рис.19 Зависимости уменьшения потока АК на разных глубинах от поверхности мишени для полимерного материала без наполнителя и с наполнителем различного диаметра.
Для модели композита с частицами наполнителя диаметром 3.56 мкм проведен аналогичный расчет при различных углах падения потока АК на поверхность (рис 20). Частицы защитного наполнителя расположены на глубине 0 - 10 мкм. На графиках, показанных на рис. 20, этой области соответствует более быстрое уменьшение относительного потока АК. С увеличением угла падения АК на мишень растет эффективная суммарная площадь частиц наполнителя, что приводит к более быстрому уменьшению относительного потока АК.
Рис. 20 Зависимости уменьшения потока АК на разных глубинах при различных углах падения на поверхность.
4 Исследование роли распределения наполнителя в объеме композита
В этом разделе мы исследовали, как влияет распределение наполнителя по объему композита. Сделали несколько моделей, которые различаются диаметрами частиц наполнителя и порядком их расположения. Для осуществления расчетов брали диаметр частиц наполнителя, который равен 3.0 мкм моделей 6,7 и 3.56 мкм моделей 8, 9. Существуют два варианта расположения частиц наполнителя - равномерный, где расположение частиц наполнителя имеют шахматный порядок и неравномерный, где частицы друг под другом. Пример расчетов результата воздействия потока АК на композиты с различным расположением частиц наполнителя в объеме показан на рис.21.
Рис.21 Результаты моделирования процесса эрозии композитов с различным расположением частиц наполнителя в объеме композита: а, б - диаметр частиц наполнителя 3.0 мкм; в, г-3.56 мкм.
На рисунке 21 профили б и г более устойчивы к воздействию потока АК это связано с тем, что у них расположение частиц наполнителя равномерное, т.е. имеют шахматный порядок. А профили а и в менее устойчивы к воздействию потока, т.к. имеют неравномерное распределение расположения частиц наполнителя, которые расположены друг под другом. При равномерном расположении частиц наполнителя видно, что растравленных участков полимера намного меньше, чем при неравномерном расположении частиц. Далее рассчитали зависимость удаленных ячеек полимера от угла падения частиц АК при различных распределениях наполнителя по объему композита, которую можно посмотреть на рис. 22.
Рис.22 Зависимости площади выбитых ячеек от угла падения: а - модель 6,7 D= 3.0 мкм; б - модель 8, 9 D= 3.56 мкм
На рисунке 22 а, б графики равномерного распределения частиц наполнителя для моделей 6 и 9 наиболее устойчивые к воздействию атомарного кислорода, т.к. при одинаковых углах падений частиц АК площадь выбитых ячеек намного меньше, чем у неравномерного распределения частиц наполнителя моделей 7 и 8.
Модель 6
Модель 8
Рис.23. Зависимость площади удаленных ячеек полимера от количества укрупненных частиц атомарного кислорода с учетом отражения АК от частиц наполнителя композита при равномерном и неравномерном распределении наполнителя, диаметр наполнителя модели 6, 7 равен 4.6 мкм, модели 8,9 равен 3.24 мкм.
На рис. 23 зависимость площади удаленных ячеек полимера от количества укрупненных частиц атомарного кислорода модели 6, показывает с какой «скоростью» происходит растравливание полимера при различных углах падения частиц кислорода и при разной равномерности распределения наполнителя. Видно, что при 90 градусов зависимость практически линейная, то есть с увеличением количества частиц АК в расчете будет происходить дальнейшее разрушение материала. При других углах падения скорость растравливания постепенно уменьшается с ростом количества частиц АК. А для самого равномерного распределения (модель 9) даже при 90 градусах полимер хорошо защищен, т.е. медленно разрушается.
Заключение
Таким образом, можно сделать следующие выводы: Изучили по литературным данным явления химического распыления материалов, определили параметры, характеризующие интенсивность процесса химического распыления; Изучили методики математического моделирования процесса химического распыления полимеров атомарным кислородом и лабораторного исследования этого явления; Провели компьютерное моделирование процесса эрозии поверхности типичных полимеров и композитов на их основе под действием атомарного кислорода; Провели лабораторный эксперимент по химическому распылению полимерного композита атомарным кислородом; Сопоставили расчетные и экспериментальные данные, проанализировали полученные результаты, сделали практические выводы.
Принимать перекись водорода внутрь в России популяризировал доктор Неумывакин. Так ли безобидна капля пероксида? И с какими трудностями в лечении сталкиваются больные?
Перекись водорода — сильный антисептический препарат
Можно ли применять перекись водорода внутрь?
Перекись водорода (perekis vodoroda) – один из мощных универсальных антисептиков для употребления внутрь. Она способна оказать восстанавливающее действие на организм за счёт дополнительного свободного кислорода: ткани активно питаются, улучшается обмен веществ, стабилизируется работа ЖКТ, человек полон сил и пышет молодостью. Так почему эта терапия не признана?
Действие перекиси на организм человека при неправильной дозировке губительно . Именно по этой причине врачи предпочитают не включать в рецепт перекись.
Для чего применяют перекись водорода
Показания к применению гидроперита внутрь:
Перекисью водорода можно закапывать уши
При онкологических образованиях вводят жидкость внутривенно. Медицина категорически против подобной терапии, мотивируя это антинаучным подходом, эффектом плацебо и массой летальных исходов с аналогичным лечением.
Тем не менее, пероксид собирает вокруг себя почитателей даже среди медиков, таких как Эд Маккабе, Джордж Уильямс и русский врач Неумывакин с его знаменитой схемой приёма.
Лечебные свойства перекиси
Перекись равносильна в пользе и вреде. Медицина её влияние разглядывает под несколькими ракурсами: для очищения организма, заживления, питания.
Положительные стороны
В теле человека нет ни единого органа или системы, который бы не подвергался положительному действию пероксида при подходящей дозировке . Мы объединили список преимуществ в 3 основные категории:
Заживление ЖКТ – лечение всего организма
Лечение перекисью построено на основе истины – проблемы со здоровьем от плохого питания. Распад пероксида в ЖКТ – это освобождение водорода и свободного кислорода. Он впитывается прямо в стенки желудка, мгновенно проникает в клетки, потому в первую очередь налаживается работа пищеварительного тракта:
- кислотно-щелочной баланс приходит в норму;
- антисептик подавляет и выводит все процессы гниения в ЖКТ;
- заживляются ранки, эрозии, устраняют кровотечения.
Перекись водорода заживляет ссадины и раны
Раствор помогает от изжоги, проблем с кислотностью желудка. Здоровый кишечник усваивает в разы больше полезных веществ, что отражается на общем тонусе организма.
Кровоток, богатый атомарным кислородом
Также перекись насыщает весь организм кислородом, что зовут оксигенотерапией. Практически каждый из нас страдает кислородным голоданием из-за банальной гиподинамии – малоподвижности. Пероксид восполняет этот пробел. Атомарный кислород разносится по кровотоку и попутно питает клетки организма, уничтожает микробы. Научно доведено, что после внутривенного вливания перекиси водорода лимфоциты возросли на 30-35%. Это означает, что иммунный барьер сильнее на треть своих обычных возможностей.
Кислород переносится по организму при помощи крови
Свойство окисления, как способ чистки
Пероксид – окислитель токсичных веществ в теле человека, чем он полезен при зашлакованности организма. К примеру, аммиак и мочевина выводятся в разы быстрее и в больших объемах. Терапия уместна после отравления алкоголем, запоев.
Вред перекиси водорода
Перечень рисков при переизбытке антисептика огромен:
- ожоги слизистой оболочки органов ЖКТ;
- внутренние кровотечения;
- тошнота и рвота;
- закупорка сосудов (в почках и печени преимущественно);
- боли в животе;
- общая интоксикация:
- аллергия (чаще крапивница, насморк, кашель);
- слабость и сонливость;
- жжение в области пищевода, желудка.
Перекись водорода может вызвать жжение в пищеводе и желудке
Другой случай – ухудшение самочувствия после курса. То есть организм воспринимал перекись, как допинг. Без него работоспособность упала, ткани голодают. Но пить пероксид без перерыва нельзя. Подумайте, какая будет польза от подобных курсов? Это все равно, что есть 3 раза в неделю.
Ещё один риск – лечение и его последствия вы берёте на себя. Никто не возместит удар по здоровью, если терапия не подойдёт вам или будет слишком концентрированной.
Полезно ли пить перекись водорода с водой?
Даже нужно. Пероксид правильно пить в воде (если доза небольшая, обоснованная и желательно установленная врачом). В сочетании с другими напитками он бесполезен, так это может изменить химический состав.
Теплая, очищенная вода комнатной температуры – лучшая пара перекиси. Их состав практически идентичен и на друг друга никак не воздействует: разница в одну единицу кислорода (Н2О – вода и Н2О2 – пероксид).
Употребляйте перекись водорода только с водой комнатной температуры
Прием капель внутрь без жидкости способствует химическому ожогу с кровотечением. Первое правило: пить неразбавленную перекись запрещено!
Очистка питьевой воды перекисью опасно. Слишком высока угроза передозировки, ожога и .
Схема приёма перекиси по Неумывакину
Учёный, врач, целитель и профессор Иван Павлович Неумывакин был приверженцем оксигенотерапии. Он разработал целые схемы приёма пероксида внутрь и наружно.
Принятие капель с водой, по его мнению, представляют восходящую концентрацию с перерывом и продолжением в максимальной дозировке:
- День 1. В 50 мл воды добавить 1 каплю 3% перекиси водорода. Повторять трижды в день до еды (или спустя 2 часа после).
- День 2. Тот же объем и частота принятия, но уже 2-х капель лекарства.
- День 3. Та же рюмка воды перед едой с 3-мя каплями препарата.
Так доводят до 10 капель за 10 дней. Делают перерыв на 2-4 дня и продолжают курс еще на 10 дней, принимая по 10 капель за один раз.
Противопоказания
Пероксид вполне сочетается с аптечными медикаментами, кроме антибиотиков. Нельзя запивать их водой с перекисью. Принимайте препараты по отдельности с промежутком 30-40 минут. Неплохо скомпоновать с фитопрепаратами. В лечебных целях показан детям для лечения ЛОР-органов в виде полоскания и закапывания в уши.
Противопоказания:
- пересаженные органы (не зависит, как давно случилась операция, в принципе запрещено);
- индивидуальная непереносимость;
- беременные и кормящие мамы.
Не стоит употреблять перекись водорода беременным женщинам
Сильное окислительное воздействие препарата иногда срабатывает не в пользу человека с донорскими органами. Перекись водорода провоцирует отторжение чужеродной ткани.
