Az aranyolvasztás lézerekkel megtarthatja a kulcsot a Vénusz felszínének túléléséhez

Az arany nagyon csinos ipari alkalmazásokkal rendelkezik. A NASA arra használja, hogy megvédje az űrhajósokat a kozmikus sugárzástól, övezve az űrruha sisakjait. A kereskedelmi elektronika arany és a lemez érintkezési pontjait is használja a statikus és korrózió megelőzésére. De ez csak a kezdet, mondja egy kutatócsoport a Stanfordban, akik lézersugarakkal aranyozzák az aranyat, hogy megértsék, hogy a fényes fém milyen mértékben képes.

„Most már tényleg láthatjuk, hogy mi történik az atomi skálán” - mondja Siegfried Glenzer, a SLAC nagy energia-sűrűségű osztályának igazgatója. fordítottja. - Ez elég jelentős.

Az atomi skálán az arany megjelenítéséhez számos technológiai áttörés volt szükséges, de pontosan ez az, amit a Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) nemzeti gyorsító laboratóriumában tettünk, és amely olyan eszközt fejlesztett ki, amely egy olyan eszközt fejlesztett ki, amely képes figyelni, hogy mi történik az egyes atomokkal 100 femtoszekundumot meghaladó időkerettel (ami egy milliárdmillió század századát jelenti).

„Korábban” - mondja Glenzer. „Mi volt mikroszkópjaink, és egyre több javított eszközünk volt, de ez most már az első alkalom, hogy meglátjuk, milyen atomok vannak, ahol az atomok ülnek, majd mérik hogyan mozognak az atomok - ahol az atomok mennek, amikor izgatjuk az anyagot.

Az "Excite" itt egy udvarias kifejezés az arany robbantására egy impulzusos ultraibolya sugárral, amíg el nem éri a Föld köpenyében mélyen közeledő hőmérsékleteket, olvadt külső magja közelében. (Az arany kb. 3500K ± 500 K-ra vagy körülbelül 4900-6700 Fahrenheit-ra emelkedik. Az arany olvadáspontja 1948 Fahrenheit-fok.)

Ahhoz, hogy ténylegesen megragadják az aranyat, ami megolvadt, alapvetően egy pontos, „lassú mozgáskamerát” kellett gyártaniuk. Az atomi skálán ez azt jelenti, hogy a SLAC csapata sok hihetetlenül gyorsan mozgó elektronot dobott le az olvadó aranyból, majd mért, hogy miként viselkedtek az elektronok, az ultraszürke elektron diffrakció (UED).

Glenzer szerint: „Lézersugarat fújtál rézre, kivonsz az elektronokat, elkapod az elektront egy elektromágneses mezőben, és így tovább. Akkor felgyorsítod ezeket.

Glenzer csoportja a Stanford Linac koherens fényforrás (LCLS) létesítményéből ténylegesen kölcsönözte a szabad elektronlézert.

- Olyan volt, mint egy tartalék fegyver, és megengedtük, hogy ezt a tartalék fegyvert használjuk az UED építéséhez.

Amit tudunk tanulni az olvadó arany

Szóval, hogy hogyan olvad az arany, amikor egy ultraibolya lézerrel meggyújtja? Amit a csoport felfedezett, az, hogy a jól szervezett kristályos rácsművészetben állandóan elhelyezkedő atomokkal rendelkező aranyrégiók végül megolvadtak, miután az összes homogénebb régió az elsődlegesen megolvadt. Egy kicsit olyan, mint a jégkockák, ha valaha láttad, hogy a jégbotok gyorsabban olvadnak meg, mint a nagy jégtömbök.

Ahhoz, hogy megértsük, hogy ezek a kristályrácshibák az arany első törésében, majd megolvadnak - és általában általánosan reagálnak az energia bombázására - segítenek a tudósoknak és mérnököknek jobb védő arany anyagokat kialakítani az űrutazáshoz, valamint a jövőbeli fúziós reaktor kísérletekhez.

„A világűrben a környezet meglehetősen durva” - mondja Mianzhen Mo, a Stanford-i posztdoktori kutató, aki a „meleg sűrű arany” molekuláris geometriájára összpontosított, és központi szerepet játszott ebben az aranyolvasztó kutatásban. - Rendkívül energikus részecskék, ionok és protonok. Tehát ezek a részecskék, mint például az űrhajójuk -, és ezek a kölcsönhatások, a bombázás, valójában megváltoztathatják az anyagi tulajdonságokat.

Mo elmondta fordítottja elvárja, hogy az UED megfigyelési módszereit más, űr- és egyéb szélsőséges körülményekhez tervezett speciális anyagokkal is használják. Példaként említette a szilícium-karbid félvezetőket, amelyeket a Stanford-féle Samira Motiwala a NASA-val vizsgáltak egy olyan próbában, amely a Venus 864 fokos Fahrenheit felületén képes túlélni.

„Korábban” - mondja Glenzer. Azt hiszem, ez egy orosz próba volt. Két percig élt, majd vége volt.

„És a Vénusz feltételei még mindig meglehetősen rendben vannak a fúziós reaktorokhoz képest. A fúziós reaktorok sokkal extrémebbek lennének.

A csúcstechnológiájú anyagok azonban nem az egyetlen tudományos kutatási terület, amelyre az UED előnye származhat. Glenzer és Mo kutatása, amelyet Stanford az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma nevében végzett, és melyet múlt pénteken tettek közzé Tudomány, más területekre is kiterjeszthetik, ahol hasznos lehet az ultragyors (és nagyon apró) atomtevékenységek megfigyelése a molekuláris reakciók során.

„Az emberek elkezdték az UED-et a biológiában fontos kémiai reakciók, tanulmányi reakciók tanulmányozására is” - mondja Glenzer. - Azt hiszem, ez csak a kezdet.