Материалы портала «Научная Россия»

Самый быстрый водонагреватель в мире – 100000 градусов за 0,000000000000075 секунд

Самый быстрый водонагреватель в мире – 100000 градусов за 0,000000000000075 секунд
Ученые изучают экзотическое состояние воды с помощью рентгеновского лазера, сообщает портал Eurekalert.org.

Ученые нагрели воду с помощью мощного рентгеновского лазера от комнатной температуры до 100000 градусов Цельсия менее чем за десятую часть пикосекунды (миллионной доли миллионной доли секунды), – сообщает портал Eurekalert.org. Экспериментальная установка, которую можно считать самым быстром водонагревателем в мире, вызвала экзотическое состояние воды – изучив его, исследователи надеются узнать больше о специфических особенностях самой важной жидкости на Земле. Команда из Центра лазерно-оптических исследований (CFEL) в Германии и Уппсальского университета в Швеции сообщает о своих выводах в журнале PNAS.

Группа ученых использовала рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS (Linac Coherent Light Source) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США), воздействуя сверхинтенсивными и ультракороткими вспышками рентгеновских лучей на струю воды. Нагреть воду таким способом – не то же самое, что вскипятить ее в чайнике на газовой плите или в чашке, поместив ее в микроволновую печь. Обычно при нагревании молекулы просто «встряхиваются» сильнее и сильнее. На молекулярном уровне тепло – это движение: чем горячее, тем быстрее движутся молекулы. Энергичное рентгеновское излучение действует по-другому: оно удаляет электроны из молекул воды, тем самым разрушая баланс электрических зарядов. Внезапно атомы ощущают сильную отталкивающую силу и начинают интенсивно двигаться. За менее чем 75 фемтосекунд (75 на 10−15 секунд) вода совершает фазовый переход от жидкости к плазме. Плазма – это состояние материи, при котором электроны удалены из атомов и находятся в свободном состоянии, что порождает своего рода электрически заряженный газ. Примечательно, что структурных изменений в воде не происходило до 25 фемтосекунд после того, как рентгеновский импульс начинает ударять по ней. Но при 75 фемтосекундах изменения уже очевидны.

«Пока вода превращается из жидкости в плазму, ее плотность все еще остается такой же, как у жидкой воды, поскольку у атомов не было времени значительно продвинуться», – отмечает один из авторов исследования Олоф Йонссон (Olof Jönsson) из Уппсальского университета. Это экзотическое состояние материи можно найти в естественных условиях на Земле. Земная плазма обладает аналогичными характеристиками, что и некоторые виды плазмы на Солнце и на газовом гиганте Юпитере, но имеет более низкую плотность. Между тем, она горячее, чем ядро ​​Земли (его температура – около 6000 °C).

Ученые использовали свои измерения для моделирования процесса. В совокупности оба метода позволяют изучить экзотическое состояние воды, чтобы узнать больше об общих свойствах ценной жидкости. Вода проявляет много аномалий, связанных с плотностью, теплоемкостью и теплопроводностью, – они будут также изучены в Центре наук о воде (CWS) – в рамках будущего проекта DESY (самого крупного в Германии исследовательского центра по физике частиц), при котором работает и Центр лазерно-оптических исследований. Полученные результаты имеют большое значение для будущих исследований CWS. Они могут быть использованы и на практике. Рентгеновские лазеры часто применяют для исследования атомной структуры крошечных образцов. И знание о том, как ведет себя вода при нагревании лазером, важно для любого эксперимента с жидкостями. 

[Фото: EurekAlert]

Источник: www.eurekalert.org

cfel linac coherent light source плазма рентгеновский лазер свободные электроны состояние воды

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.