Zelta kausēšana ar lāzeriem var būt galvenais līdzeklis, lai izdzīvotu Venus virsmu

Zelts ir daudz diezgan atdzist rūpniecisku pielietojumu. NASA to izmanto, lai aizsargātu astronautus no kosmiskā starojuma, pārklājot to kosmosa ķiveres. Komerciālā elektronika arī izmanto zeltu uz plākšņu kontakta punktiem, lai novērstu statisko un koroziju. Bet tas var būt tikai sākums, stāsta Stanfordas pētnieku grupa, kas dara zeltu ar lāzera stariem, lai saprastu, cik lielā mērā spīdīgais metāls patiešām var darīt.

"Tagad mēs faktiski varam redzēt, kas notiek atomu mērogā," plazmas fiziķis Siegfried Glenzer, SLAC augstās enerģijas blīvuma nodaļas direktors, stāsta: Apgrieztā. "Tas ir diezgan nozīmīgs."

Zelta vizualizācijai atomu mērogā bija vajadzīgi vairāki tehnoloģiskie sasniegumi, taču tieši tas, ko nesen izdarīja Stanfordas lineārā paātrinātāja centra Nacionālā paātrinātāja laboratorija, bija tas, kas pieprasīja izstrādāt ierīci, kas varētu skatīties, kas notiek ar šiem atsevišķajiem atomiem. zelta laikos, kas ir tuvu 100 femtosekundēm (tas nozīmē, ka simtdaļdaļa no sekundes ir 100 miljoni trešdaļas).

"Agrāk," saka Glenzer, "mums ir bijuši mikroskopi, un mums ir bijuši arvien uzlaboti rīki, bet tas patiešām ir pirmā reize, kad mēs varam redzēt, ko atomi dara, kur atomi sēž un pēc tam mēra. kā atomi pārvietojas - kur atomi iet, kad mēs satrauksim materiālu. ”

“Excite” šeit ir pieklājīgs termins zelta spridzināšanai ar pulsējošu ultravioleto staru kūli, līdz tas sasniedz temperatūru, kas tuvojas Zemes mantijas dziļi, pie tās izkausētā ārējā kodola. (Zelts sasniedz aptuveni 3500K ± 500 K - vai aptuveni no 4900 līdz 6700 grādiem pēc Fārenheita. Zelta kausēšanas temperatūra ir 1948 Fārenheita grādi.)

Lai faktiski notvertu to, kas notika ar zeltu, kad tas izkusis, tās pamatā bija jāveido precīzs, „lēnas kustības kamera”. Tas, kas atomu skalā nozīmē, ir tas, ka SLAC komanda atcēla daudz neticami strauji kustīgus elektronus no kausēšanas zelta un pēc tam mēra, kā šie elektroni rīkojās, process, ko sauc par ultrafastu elektronu difrakciju (UED).

Saskaņā ar Glenzera teikto: „Tu vari aizdedzināt lāzera staru uz vara, jūs izvilkt elektronus, jūs nozvejot šos elektronus elektromagnētiskā laukā un tā tālāk. Tad jūs tos paātrināt. ”

Glenzera grupa faktiski aizņēmās brīvo elektronu lāzeri, kas vajadzīgi no Stanfordas Linac koherentās gaismas avota (LCLS) iekārtas.

"Viņiem bija, piemēram, rezerves lielgabals, un mums bija atļauts izmantot šo rezerves pistoli, lai izveidotu UED."

Ko mēs varam iemācīties ar kausēšanas zeltu

Tātad, kā zelts izkausē, kad to sadedzina ar ultravioleto lāzeri? Grupa atklāja, ka zelta reģioni ar konsekventi izvietotiem atomiem labi organizētā kristāliskā režģī nokrita pēdējo reizi, pēc tam, kad visi vairāk nesakārtotie reģioni starp šiem viendabīgajiem apgabaliem vispirms izkusa. Tas ir nedaudz kā ledus kubiņi, ja jūs kādreiz esat redzējuši mazus ledus gabalus, kas izkausē ātrāk nekā lieli ledus bloki.

Izpratne par to, kā šīs kristāla režģa defektu līnijas zelta pirmajā lūzumā un pēc tam izkausē un vienkārši reaģē uz enerģijas bombardēšanu, palīdzēs zinātniekiem un inženieriem veidot labākus aizsargmateriālus kosmosa braucieniem, kā arī nākotnes kodolsintēzes reaktoru eksperimentiem.

„Kosmosā vide ir diezgan skarba,” saka Mianzhen Mo, Stanfordas pēcdoktorantūras pētnieks, kurš ir koncentrējies uz „silto blīvo zelta” molekulāro ģeometriju un kam bija izšķiroša loma šajā zelta kausēšanas pētījumā. „Ir super-enerģiskas daļiņas, joni un protoni. Tātad, šīs daļiņas, piemēram, hit jūsu kosmosa kuģi - un šīs mijiedarbības, bombardēšana, faktiski var mainīt materiālās īpašības. ”

Mo teica Apgrieztā viņš sagaida, ka UED novērošanas metodes tiks izmantotas arī ar citiem speciāliem materiāliem, kas paredzēti kosmosam un citiem ekstremāliem apstākļiem. Piemēram, viņš minēja silīcija karbīda pusvadītājus, ko Stanfordas allejs Samira Motiwala ir pētījis ar NASA, lai to izmantotu zondē, kas spēj izdzīvot 864 grādos pēc Fārenheita virsmas Venus.

"Agrāk," saka Glenzer, "viņi nosūtīja ierīci Venus. Es domāju, ka tas bija krievu zonde. Tas izdzīvoja divas minūtes, un tad tas beidzās. ”

„Un, faktiski, Venusas apstākļi joprojām ir diezgan labi, salīdzinot ar kodolsintēzes reaktoriem. Kodolsintēzes reaktori būtu daudz ekstrēmāki. ”

Tomēr augsto tehnoloģiju materiāli nav vienīgā zinātniskās izpētes joma, kas varētu gūt labumu no UED. Glenzer un Mo pētījumi, ko veica Stanforda ASV Enerģētikas ministrijas Zinātnes ministrijas vārdā un publicēti pagājušajā piektdienā Zinātne, varētu paplašināties arī citās jomās, kur ērta (un ļoti niecīga) atomu aktivitāšu novērošana molekulārās reakcijas laikā varētu būt noderīga.

„Cilvēki ir sākuši lietot UED arī, lai pētītu ķīmiskās reakcijas, pētījuma reakcijas, kas ir svarīgas bioloģijā,” saka Glenzer. "Es domāju, ka tas ir tikai sākums."