Сверхвысокие давления

Диапазон давлений, известных в природе, чрезвычайно широк: от космического вакуума до сжатия в - звездных образованиях - так называемых белых карликах, которое предположительно составляет 10²¹ Н/м². Еще более грандиозных величин, возможно, достигало давление в момент взрыва дозвездного тела, из которого возникла наша Вселенная. Так во всяком случае считают астрономы: многие факты указывают на то, что Вселенная сейчас расширяется, и это следствие первоначального взрыва.

Сжатие в центре внутреннего ядра Земли, видимо, превышает 10¹¹ Н/м². Примерно столько же зарегистрировано в лаборатории при соударении твердых тел. На порядок меньше требуется давление при гидростатическом прессовании труднодеформируемых и пластичных материалов. В стволе артиллерийского орудия давление в момент выстрела достигает около 10⁸ Н/м². Немного меньше развивает блюминг при обжиме металла. В цилиндрах двигателя автомобиля "Москвич" зафиксировано 10⁷ Н/м², в баллончике для газированной воды - более 10⁶ Н/м², в камере шин грузового автомобиля - менее 10⁶ Н/м². Человеческое сердце, сжимаясь, создает давление в пределах одной атмосферы. Наименьшее давление на Земле достигнуто в камерах, которые имитируют космические условия на высоте 500- 1000 км.

Мы видим, что техника освоила большой интервал шкалы давлений. И надо заметить, что освоение происходило довольно быстро. Еще полвека назад ученые думали о давлении в 10¹⁰ Н/м² как о фантастике. Четверть века назад они превратили фантастику в реальность, но в реальность лабораторного масштаба: о давлении 10¹⁰ Н/м² ничего не знала промышленность. Сегодня же теоретики прикидывают, какое им понадобится давление для получения металлического водорода. Выходит что-то около 10¹¹ Н/м². А на производстве уже стали применять давления порядка 10¹⁰ Н/м².

И снова ученые отодвигают доступный предел сверхвысоких давлений. По их предположениям удастся достичь 2,5×10¹¹ Н/м² на довольно простых по конструкции установках.

Сжатие - один из самых сильных инструментов воздействия на твердое тело. С его помощью изменяют их свойства, что связано с определенностью расстояний между атомами. Эти расстояния можно, конечно, менять и другими способами, скажем, повышая или понижая температуру тела, или помещая примесные атомы в кристаллическую решетку данного соединения. Однако температурное воздействие ограничено, с одной стороны, абсолютным нулем, а с другой - температурой плавления вещества, на которое собираются воздействовать нагревом. Метод введения примесей также имеет свои ограничения. Их нельзя вводить слишком много, так как новые свойства могут появиться не за счет изменения межатомных расстояний, а из-за перемен в химическом составе.

Давление же пока не имеет принципиально непреодолимых пределов. В случае надобности его можно использовать вместе с охлаждением или сильным нагревом, в сочетании с различными физическими полями.

Что происходит с твердым телом, оказавшимся под давлением? Начинается перестройка кристаллической решетки. Она может зайти как угодно далеко в зависимости от величины приложенного давления. Но в любом случае эта перестройка будет сопровождаться изменением свойств вещества.

Один из наиболее интересных результатов связан с изменением состояния - так называемым фазовым переходом. Он происходит в два этапа. Первый - монотонное сжатие. Объем постепенно уменьшается, межатомные расстояния меняются в пределах исходной кристаллической структуры. Второй - быстрая перегруппировка атомов в новую структуру.

Переход без изменения агрегатного состояния "твердое-твердое" называется полиморфным: твердая фаза из одной кристаллической структуры переходит в другую без изменения химического состава вещества.

Фазовые переходы разделяют на два типа. В первом случае состояние изменяется скачком. Положения атомов постепенно меняются до величины критического давления. Рождается новая фаза, которая еще не вытесняет старую, они даже сосуществуют при критическом давлении, хотя их структуры уже отличны. При повышении давления происходит скачкообразное изменение положений атомов.

При фазовом переходе второго рода атомные положения меняются плавно, и в самой точке перехода не существует различия между старой и новой фазами. Этот тип перехода не обязательно связан с атомной перестройкой. Она может превзойти и в результате перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние или из нормального в сверхпроводящее.

Наиболее яркий пример полиморфного перехода при сверхвысоком давлении - преобразование графита в алмаз. Алмаз - это фаза высокого давления, он появился только благодаря ему. Устойчивое соединение при обычном атмосферном давлении, кристаллическая решетка которого построена из атомов углерода, - графит. Алмаз должен превратиться в него, оказавшись в комнатных условиях. Однако процесс идет очень медленно. Мы знаем, что алмазные кристаллы существуют сотни миллионов лет и за это время не претерпевают каких-либо существенных изменений. Алмазы метастабильны при атмосферном давлении, и благодаря этому человек их может использовать,

Помимо полиморфных переходов, под давлением могут происходить и электронные переходы: в пределах одной и той же кристаллической структуры возможны смещения электронов на другие энергетические уровни. Здесь при более высоком давлении более низкие значения энергии, значит, кристаллы более устойчивы. Возникает ситуация, когда электронный переход сопровождается изменением кристаллической структуры.

Разного рода изменения в кристаллических решетках веществ, в том числе полиморфные и электронные превращения, вызванные давлением, - способы получения материалов с улучшенными свойствами или вообще новых материалов с заранее заданными свойствами.

Сегодня различают два принципиально разных способа получения сверхвысоких давлений: статическое и импульсное сжатие. Первый реализуется на аппаратах сверхвысокого давления, конструкции которых весьма разнообразны. Есть аппараты одноосного сжатия, в виде наковален различной формы или типа "цилиндр-поршень". Многоосным аппаратом, которые обжимают образцы сразу с нескольких сторон, принадлежат рекорды статического давления. Сообщалось, что в восьмипоршневом двухступенчатом аппарате получено давление более 2×10¹¹ Н/м²!

Аппараты сверхвысоких давлений можно встретить практически на любом производстве, где занимаются обработкой металлов. Ковка, штамповка, прессование- вот такие основополагающие операции выполняют с их помощью. Совсем недавно на металлообрабатывающих заводах была широко внедрена гидроэкструзия, о которой академик М.В. Келдыш неоднократно говорил как о крупном успехе, достигнутом в тесном сотрудничестве теории и практики.

Какими бы замечательными свойствами ни обладал материал, он не представляет интерес для практиков, если из него не удается изготавливать детали нужной формы. Между тем именно в таком положении оказались многие новые области техники, получившие в свое распоряжение сплавы на основе молибдена, вольфрама и циркония, карбиды, бориды. Эти материалы оказались такими твердыми и такими хрупкими, что не поддавались обработке традиционными методами. Конечно, их все-таки обрабатывали, но при этом 90% заготовки оказывалось в отходах. Не удивительно, что подчас готовые изделия из неподатливых металлов стоили дороже, чем золото.

Однажды образцы "трудновоспитуемых" материалов поместили в контейнер - толстостенный цилиндр высокой прочности. Затем туда под давлением подали жидкость. Давление достигало 2×10⁹-3×10⁹ Н/м²! И уже первые эксперименты открыли советским ученым много нового в поведении материалов в таких необычных условиях.

При малых давлениях пластичность металлов оставалась неизменной. Но по мере того, как оно росло, пластичность менялась. Для каждого материала существовал определенный рубеж, после него он становился восприимчивым к давлению. Если "нажим" возрастал, то некоторые образцы переставали его ощущать, а другие, напротив, приобретали способность удлиняться в сотни раз. А ведь именно низкая пластичность в подавляющем большинстве случаев - причина технологических трудностей при обработке твердых и хрупких металлов. Сверхвысокое давление избавляло от этих трудностей.

Кроме того, оно облагораживало образцы. В любом металле или сплаве неизбежно имеются дефекты, в частности, микротрещины, поры. Даже сверхвысокое давление не может их устранить. Но когда металл приобретает пластичность, то при сжатии дефекты в нем как бы "затягиваются", и он становится более качественным.

Практически процесс гидропрессования проводится следующим образом. Заготовку помещают в контейнер. На одном его торце установлена матрица с отверстием, имеющим форму будущего изделия. В контейнер под давлением подается минеральное масло, смесь глицерина с этиленгликолем или другая жидкость. Заготовка оказывается обжатой со всех сторон, кроме одной - той, которой она вставлена в матрицу. Жидкость стремится протолкнуть ее через отверстие в матрице. Так и происходит в конце концов, когда давление достигает определенной величины. Заготовка приобретает повышенную пластичность и проходит сквозь отверстие, не касаясь его стенок (между ней и стенками - тонкий слои воды). Поэтому готовая деталь имеет отличную поверхность, а матрица работоспособна достаточно долго.

Гидропрессование значительно улучшает свойства материалов. Так, прочность молибдена увеличивается вдвое, технологическая пластичность - в 10 раз, ударная вязкость - в 15-20 раз. Новым способом изготовлены, в частности, высококачественная вольфрамовая проволока, трубы диаметром 10 мм при толщине стенки в несколько долей миллиметра. Из никеля получены трубки диаметром 1 мм со стенками, толщина которых пять сотых миллиметра.

Чтобы улучшить сталь, идущую на шарикоподшипники, до последнего времени применяли дорогой и сложный плазменный переплав. Гидростатическое прессование тех же сталей позволяет добиться того же эффекта гораздо быстрее и дешевле. Инструментальные стали после обработки высоким давлением значительно улучшают свои свойства. Инструмент из них получается иногда вдвое более стойким.

Всемирную известность аппаратам сверхвысоких давлений принес синтез искусственных алмазов, которые были получены под давлением более 5×10⁹ Н/м². В прочной камере находятся графит и металл, например, железо, кобальт или никель. Под давлением и при определенной температуре графит преобразуется в алмазные кристаллики. Металл играет роль катализатора.

Установлено, что при давлении больше 1,2×10¹⁰ Н/м² и при температуре 2500-3000 К можно обойтись и без катализатора. Иными словами, возможен прямой переход графита в алмаз. Уже получены первые кристаллы, правда, очень мелкие.

При давлении 6×10¹⁰ Н/м² мы становимся свидетелями еще одного перехода в углероде: из алмазной структуры в новую, более плотную. Кристаллическая структура этой фазы подобна структуре белого олова. Следует ожидать, что это образование сможет переходить в сверхпроводящее состояние при сравнительно высокой температуре. Алмаз - это фаза высокого давления углерода, но не стабильная. Ученые предполагают, что существуют и другие нестабильные фазы углерода. Одна из них получена и названа гексагональным алмазом. Какие свойства обнаружит этот кристалл?

В условиях, при которых происходит синтез алмаза, оказался гексагональный нитрид бора. Результат-кубический аналог, получивший название "боразон", У него все "алмазные" свойства, но к тому же еще и высокая термостойкость. Поэтому шлифовальные круги из боразона работоспособнее алмазных в 10 раз.

Среди природных алмазов очень редко встречаются кристаллы с полупроводниковыми свойствами. Для техники они представляют большой интерес, так как сохраняют свои параметры неизменными при высоких температурах - до 1000 К. Но уж очень редко их удается обнаружить в алмазных месторождениях. Синтезировать же такие кристаллы в нужных количествах вполне возможно.

С помощью сверхдавления можно значительно расширить класс сверхпроводящих веществ. Под "нажимом" приобретают сверхпроводимость селен и теллур, кремний, германий, фосфор, висмут, сурьма, мышьяк.

Интересные свойства в условиях сильного сжатия обнаружились у полупроводниковых квантовых генераторов: селенид свинца, арсенид галлия и ряд других полупроводниковых соединений изменяют частоту излучения. Это открывает новые перспективы в управлении лазерами. Сейчас уже проектируются квантовые генераторы, у которых перестройку частоты излучения осуществляют всесторонним гидростатическим сжатием.

Более 130 лет назад о водороде было сказано, что он - газообразный металл. Вступая в химическую реакцию, этот легчайший элемент заряжается положительно, отдавая свой электрон подобно тому, как это происходит с металлами. Но чтобы завершить превращение водорода, необходимо давление 10¹¹ Н/м². Тогда расстояния между атомами уменьшатся настолько, что атомы образуют кристаллическую решетку, похожую на кристаллическую решетку какого-либо металла.

Металлический водород будет обладать уникальными свойствами: при комнатной температуре он окажется сверхпроводником! Только ради этого имеет смысл идти на любые затраты, чтобы добиться желаемого превращения. Металлический водород также будет лучшим топливом для ракет: по теплотворной способности он в 3-4 раза превзойдет бензин. В Институте физики высоких давлений Академии наук СССР сейчас ведется работа по установке пресса для исследований "водородной проблемы". Максимальное усилие, которое сможет развивать этот гигант, 50 тыс. т. Выдержит: ли материал подобную нагрузку?

Предел наиболее надежных твердых сплавов, известных сегодня, - примерно 6×10¹⁰ Н/м². При повышении нагрузки сплавы начинают деформироваться. Заманчиво использовать в качестве материала рабочей камеры алмаз. Природные кристаллы, разумеется, не подходят: их трудно обрабатывать. Да и стоят они чересчур дорого. Речь может идти об искусственных поликристаллических алмазах. В институте физики высоких давлений сейчас научились получать алмазные камни весом до нескольких граммов, и есть основания надеяться, что будут синтезированы и более крупные образцы. Для тех же целей может быть использован и боразон.

Трудно "очертить" область применения аппаратов сверхвысоких давлений. Много их работает сейчас в лабораториях, исследующих свойства твердых тел. В свое время их изучение при сверхнизких температурах привело к открытию сверхпроводимости. А ведь воздействие сверхвысокого давления, по сути дела, сходно с воздействием сверхнизкого холода: и в том и в другом случае вещество находится в состоянии повышенной плотности, или, как говорят специалисты, в конденсированном состоянии. Конечно, имеются различия и в первую очередь в характере колебаний атомов. Обе области исследований дополняют друг друга. Но можно предположить, что сверхвысокие давления, как и сверхнизкие температуры, приведут ученых к значительным открытиям.

Как ни велики давления, достигнутые на аппаратах одноосного и многоосного сжатия, они значительно меньше того, что удается получить импульсными методами: взрывом, электрическим разрядом в жидкости и магнитным полем. При взрыве в ограниченном объеме, быстро освобождается большое количество энергии. В результате образуется газ, сильно нагретый, с очень высоким давлением. Он расширяется и, встретив препятствие, оказывает на него давление в десятки миллиардов паскалей.

Взрывом можно разогнать какое-нибудь тело до скорости в несколько километров в секунду и ударить им другое тело: специалисты регистрируют рекорды давления! Считается, что таким способом удастся получить 10¹¹ Н/м².

Принцип соударяющихся тел взят на вооружение горняками, у которых взрыв уже давно работник. Толь ко с его помощью удается сокрушать неподатливые скальные горные породы. Когда взрыв в горном карьере отрывает от массива чересчур крупные куски руды, машинисты экскаваторов разводят руками: экскаватор не поднимает глыбу весом в несколько тонн. К тому же и самый мощный самосвал не сможет ее увезти. Неподъемные глыбы - так называемые негабариты - приходится дробить. В них бурят шпуры, в которые закладывают взрывчатку; по сути дела, одну и ту же руду добывают дважды.

Сейчас для дробления тяжеловесных глыб горняки с большим успехом применяют кумулятивные заряды. Продукты взрыва этих зарядов оказывают на препятствие давление 5×10¹⁰ Н/м². С еще большим эффектом работает кумулятивный заряд, снабженный металлическим кольцом. Оно разгоняется до скорости 400 м/с и развивает на контакте с камнем давление 4×10¹¹ Н/м².

Пробивная способность кумулятивных струй сделала их незаменимыми в нефтяных скважинах. После того, как скважина пробурена, необходимо вскрыть продуктивный пласт. Сделать это нелегко, потому что, помимо твердых горных пород, надо пробить металлические трубы, которыми обсаживается скважина, и слой цемента за ними. Наиболее успешно справляются с тройной преградой кумулятивные струи: большая часть нефти, добываемой в нашей стране, выкачивается из отверстий, пробитых ими.

Следует заметить, что горняки уже давно отдали свои симпатии взрыву: он развивает сверхвысокие давления, которые в 20-30 раз больше усилия, необходимого для разрушения горных пород. За 60-е годы в Советском Союзе взрывным способом добыто 40 млрд.т. минерального сырья, на что было израсходовано 6 млн.т взрывчатых веществ.

Горняки знают и другие способы воздействия на горную породу сверхвысоким давлением. На Докучаевском флюсо-доломитовом разрезе прошел испытания импульсный водомет. Он "стрелял" струей воды, которая Уже после третьего выстрела разрушала глыбы объемом до 2,5 м³. А после десятого попадания руда превращалась в груду кусков величиной 30-40 см. Такие водяные пушки можно использовать для проходки гордых выработок.

Взрывная технология^* сегодня все чаще привлекается для работы в заводских цехах. Сверхвысокое давление штампует, режет, клепает металл, пробивает в нем отверстия, калибрует и упрочняет детали, прессует порошки, заливает формы и т.д. Взрыв для некоторых изделий - единственно возможный способ производства.

^* (Подробнее в брошюре Л. А. Геймана "Взрывная технология" (М, "Знание", 1974).)

Известны случаи, когда пули или снаряды, вместо того чтобы пробивать металлическую преграду, "соединялись" с ней. С подобным вроде бы нежелательным эффектом столкнулись ученые Института гидродинамики Сибирского отделения Академии наук СССР. Они проводили опыты по упрочнению стали сильным ударом. Металлическая пластинка разгонялась взрывом и била по образцу. В некоторых случаях тела приваривались друг к другу, и пластину приходилось отдирать. Окончилось это созданием нового метода сварки. На поверхность плоского листа, трубы или кольца кладут взрывчатое вещество. Взрыв. Сверхвысокое давление бросает деталь под определенным углом, и она с силой наталкивается на другую, неподвижную. В момент соударения высокие давления и большие температуры соединяют обе поверхности.

Достоинство взрывной сварки - возможность соединять большие поверхности. Так, на одной из специальных выставок демонстрировался лист конструкционной стали площадью около 18 м², покрытый слоем нержавеющей стали. Там же имелась модель лопасти турбины, облицованной с помощью взрыва специальной сталью.

Институтом электросварки им. Е.О. Патона разработан взрывной способ сварки кабелей связи. На кабельные концы надевается муфта и крепится заряд взрывчатого вещества. После взрыва концы прочно соединены. Сварка взрывом позволяет сращивать друг с другом металлы, для которых это раньше казалось невозможным. Например, алюминий с алюминием, алюминий с нержавеющей сталью, алюминий с никелевыми сплавами, медь с медью и т.д.

Взрывная волна гораздо лучше упрочняет детали, чем традиционная термообработка. Она значительно повышает их износостойкость, прочность, твердость и выносливость. Не удивительно, что взрывным способом обрабатывают детали, которым приходится работать в наиболее трудных условиях: некоторые узлы камнедробилок, гусеничных тракторов, зубья ковшей экскаваторов.

Взрыв в воде еще более работоспособен, чем на воздухе. Сверхдавление взрывных газов порождает в воде ударную волну, которая движется со сверхзвуковой скоростью. Она делает пластичными даже наиболее стойкие сплавы титана - степень их деформации повышается вдвое. Так штампуют детали ракетных двигателей, так изготавливают металлокерамические заготовки, которые прессуют из порошка. Сначала порошок упаковывают в резиновые оболочки, а затем помещают в ствол морского орудия, который несколько укорочен. Ствол смонтирован в бетонном колодце. Его заполняют водой и производят выстрел. В Белоруссии созданы гидродинамические установки, на которых изготавливают детали из вольфрама.

Сейчас, пожалуй, нет отрасли, которой не требовались бы детали из металлических порошков. Из порошка железа получают материал, по некоторым характеристикам близкий к стали. Порошковой технологии под силу сделать деталь из тугоплавкого вольфрама, чего нельзя добиться литьем. Помимо того, порошковое производство практически не знает отходов.

Осуществлять прессование в аппаратах сверхвысокого давления не очень выгодно. Удается получать детали лишь небольших размеров. Для каждого вида изделия требуется специальная пресс-форма, стоимость которой очень высока. Качество порошковых деталей можно повысить, а их размеры увеличить, если использовать для прессования импульсные методы, в частности, взрыв в воде или воздухе. Наиболее простой вид взрывного прессования - контактное. Взрывчатое вещество размещается на упаковке, внутри которой прессуемый порошок. При взрыве за короткий промежуток времени давление достигает 2,5×10⁹ Н/м². Деталь готова.

Иногда для тех же целей используют пороховую пушку. Ее снаряд ударяет по пуансону и сдавливает порошок в нужную форму, которая задана матрицей. Скорость снаряда - до 600 м/с. Для уплотнения порошков привлечена также энергия электрического разряда. Проволочку из специального сплава помещают в парафиновый стержень, а его - в форму. Пространство между ними заполняют порошком. Разрядный ток взрывает проволочку. Давление передается через парафин и прессует порошок.

Электрический разряд в воде действует подобно взрыву. Он мгновенно испаряет воду, и образовавшиеся пузырьки распространяются по сторонам. Образуется ударная волна, похожая на ту, что возникает вследствие взрыва. Электрогидравлическую обработку материалов проводят во взрывной камере, заполненной водой. В нее же помещена заготовка, расположенная между двумя матрицами. Под сверхсильным давлением матрицы придают ей нужную форму. Так можно обрабатывать заготовки больших размеров.

Создают в жидкости сверхвысокое давление и с помощью луча лазера. Для этого в ней растворяют определенную краску или помещают в нее песок. Лазерный луч, наткнувшись на частички краски или песчинки, нагревает их за очень короткий срок. Микроскопические объемы воды вскипают - начинается образование ударной волны.

Самый молодой из импульсных методов обработки металлов давлением - магнитно-импульсный. Он основан на способности магнитных полей большой напряженности порождать давления нужной величины, в том числе и сверхвысокие. Первые установки, использующие это явление, появились не более 10 лет назад, а сегодня ими располагают многие страны и в больших количествах. В Советском Союзе пионером в этой области является Харьковский политехнический институт.

Мы рассказывали об обработке заготовок с помощью электрогидравлического эффекта. Похожим образом можно воздействовать на металл, используя принцип гидромагнитной штамповки. В этом случае гидравлические удары вызываются тонкой металлической диафрагмой, которая расположена в боковом отверстии камеры, заполненной водой. Колеблет диафрагму магнитное поле соленоида. В такой камере удается изготавливать детали больших размеров, например полусферы диаметром 700 мм. Электрический разряд выполняет эту работу за 40 мин, магнитное поле - за 10-12 мин. . Магнитный импульс хорошо соединяет трубы из разных металлов. Он заставляет их двигаться навстречу друг другу с большой скоростью. Прежде всего свариваемые трубы устанавливают концентрично. В одну из них вставляют индуктор, который в момент подачи тока стремится расширить трубу; в другую- индуктор, он действует наоборот. Разряд - электрический ток пробегает по обмоткам, и возникшие магнитные поля сталкивают трубы со скоростью 300 м/с. Сверхвысокое давление - следствие сильного удара образует сварной шов. Прочность соединения значительно возрастет, если поверхности свариваемых деталей расположить под углом 7°.

Специальные исследования сварных швов, полученных импульсным воздействием, показали, что детали в месте стыка имеют волнообразную поверхность. Этого как раз и добиваются инженеры: такие поверхности увеличивают площадь сцепления и тем самым его прочность.

После того, как появились космические аппараты и резко выросли скорости самолетов, понадобились материалы, выдерживающие сильный нагрев. Известно; например, что есть самолеты, которые могут планировать с высоты десятков тысяч километров и развивать скорость, во много раз превышающую скорость звука. Кромки крыльев раскаляются до 950 К, еще сильнее - некоторые детали космических кораблей. В ракетных двигателях властвуют температуры, которые значительно выше температур плавления самых тугоплавких металлов.

Чтобы противостоять сильному нагреву, сопло ракетного двигателя изготавливают из пористого вольфрама, пропитанного серебром. Во время работы легкоплавкое серебро испаряется и охлаждает сопло. На определенный срок изделие сохраняет свою работоспособность. Изготавливают подобные композиции прессованием из порошков вольфрама или молибдена, а затем пропитывают расплавленным металлом, который принимает на себя тепловой удар.

Современная техника стремится освоить и другой полюс давлений - сверхнизкое давление. Сегодня оно требуется для исследования свойств полупроводниковых материалов, явления поверхностной проводимости. Известны методы изготовления сложных электронных схем напылением в вакууме. Пленочные материалы невелики по размерам и весу. Они быстрее передают сигнал. Все это делает их незаменимыми для космических аппаратов.

Разработан проект ускорителя, в котором будут сталкиваться два пакета элементарных частиц. Первый, получив необходимую скорость, будет выведен в специальное накопительное кольцо. В нем он должен пробыть некоторое время, потеряв как можно меньше энергии. Для того и нужен сверхнизкий вакуум - почти такой же, какой существует в космосе. Когда второй пакет частиц получит необходимое ускорение, его можно сталкивать с первым.

Сверхнизкий вакуум необходим для получения управляемой термоядерной реакции: ионы термоядерного горючего не должны сталкиваться с ионами остаточных газов в камере, иначе сильно возрастут энергетические потери. И наконец, в самое последнее время понадобились установки для имитации космических условий на высоте до 500-1000 км. Для "космоса на Земле" прежде всего необходимо сверхнизкое давление.