Для получения за счет тепла сверхвысоких давлений можно идти двумя путями. Во-первых, пользуются для этого повыше­нием давления в результате плавления и нагревания в постоян­ном объеме веществ, которые при плавлении в нормальных усло­виях увеличивают свой объем и обладают большим коэффициентом температурного расширения. В этом случае установку или отдельный аппарат предварительно охлаждают и затем, для создания давления, нагревают. Опыты при этом, как правило, проводятся при комнатных и повышенных температурах

Второй путь — это охлаждение жидкостей, увеличивающих свой объем при замерзании. Этот способ требует непременного отвода тепла от сосуда и применяется при исследовании свойств вещества при низких температурах.

Термокомпрессоры с подводом тепла предназначаются, как указано выше, для создания давления при исследованиях, тре­бующих комнатных и более высоких температур. На основании данных о сжимаемости, коэффициенте температурного расшире­ния и увеличения объема при плавлении нетрудно определить величину давления, которое может быть получено при нагре­вании.

Рассмотрим в качестве примера случай, когда в качестве рабочей жидкости взят этиловый спирт, замерзающий при тем­пературе — 117°.

Охлаждаясь до температуры затвердевания, этиловый спирт уменьшается в объеме примерно на 15,5% и, кроме того, при замерзании объем его уменьшается еще на 3,5% (по отношению к объему при 20°). Таким образом замерзший спирт занимает 81% того объема, который он имел при 20° и атмосферном давлении. При нагревании стального сосуда до комнатной температуры емкость его увеличивается приблизительно на 0,6 %.

Следовательно, если замороженный под атмосферным давле­нием спирт нагревать в закрытом сосуде до 20°, то он разовьет давление, которое необходимо для того, чтобы уменьшить его объем при этой температуре на 18,4%. (При приближенном расчете можно пренебречь увеличением объема со­суда под действием создавшегося давления, так как это увеличение, завися­щее от принятой толщины стенок, сравнительно невелико).

Этому уменьшению объема соответствует давление около 6000 ат. Если замораживать спирт под давлением 6000 ат, то при нагревании сосуда в нем создается давление 12 000 ат.

Пользуясь ртутью, можно получить давление, превышающее 12 000 ат даже в том случае, когда ртуть замораживается при атмосферном давлении, однако следует при этом принимать меры по защите стенок от ртути, которая при сверхвысоких давлениях может разрушающе действовать на сталь [21].

На рис. 88 показана схема установки, в которой давление создавалось термическим спо­собом [64]. Бомба III служит реактором, наполненным той жидкостью, с которой проводится опыт. Бомба II, являющаяся второй ступенью термо- компрессора, заполняется низ­козамерзающей жидкостью (спирт, пентан, легкий бензин).

Этой же жидкостью заполняют­ся манометры, коммуникация и бомба I — первая ступень ком­прессора, которая должна иметь сравнительно большую емкость.

 Рис. 88. Схема термокомпрессионной установки.

I—первая ступень компрессии; II—вторая ступень; III—реактор; U1 и U2—капилляры, отключающие сосуды путем замораживания.

Бомба I охлаждается так, что­бы она была полностью заполнена замороженной жидкостью, после чего ее нагревают до необходимой температуры, например до точки кипения воды.

При этом следят по манометру за давлением, которое не должно превышать допустимой величины. Когда давление во всей системе достигнет этой величины, необходимо начать охла­ждение бомбы II, не прекращая нагревания бомбы I, так, чтобы давление во всей системе оставалось постоянным. После того, как вся жидкость в бомбе II замерзнет, бомбу I отключают от установки замораживанием капилляра U1, а бомбу II нагревают до максимально допустимой температуры. Если развившееся при этом давление недостаточно велико, то, заморозив капилляр U2, снова охлаждают бомбу II и, перегнав в нее из бомбы I еще некоторое количество жидкости, повторным нагреванием бомбы II достигают большого давления в реакторе.

В такой установке, пользуясь бомбой I, рассчитанной на максимальное давление 1000 ат, легко удавалось получить за один прием — 3500 ат, несмотря на большое вредное простран­ство, создаваемое манометрами и коммуникацией.

При наличии жидкостного насоса или мультипликатора, целе­сообразнее заменить ими бомбу I, охлаждение и нагревание ко­торой (даже однократное) требует времени и расхода охлади­теля. Если перед реактором II (рис. 89) установить ртутный затвор, а сам реактор и часть затвора заполнить газом от бал­лона или компрессора, то на установке можно проводить опыты с газами.

Дальнейшее сжатие газа производится перемещением ртут­ного столба под действием давления, создающегося бомбой для термокомпрессии. Чем выше первоначальное давление у газа, тем меньшее число раз придется замораживать и размо­раживать бомбу I, что­бы довести давление до рабочего. На приведенной схеме вместо U-образных замораживающихся капил­ляров поставлены венти­ли, надежно работающие при давлении 10 000— 15 000 ат и выше.