Topirea aurului cu ajutorul laserului poate ține cheia pentru a supraviețui suprafeței lui Venus

Aurul are o mulțime de aplicații industriale destul de reci. NASA o folosește pentru a proteja astronauții de radiația cosmică prin căptușirea vizierelor caselor lor de protecție. Electronicele comerciale folosesc de asemenea puncte de contact de aur la plăci pentru a preveni starea și coroziunea. Dar acest lucru poate fi doar inceputul, spune un grup de cercetatori de la Stanford, care bat de aur cu fascicule laser pentru a intelege toata amploarea a ceea ce metalul stralucitor poate face cu adevarat.

"Acum vedem ce se întâmplă pe scară atomică", spune fizicianul de plasmă Siegfried Glenzer, directorul diviziei Density High Energy din SLAC, Invers. - Asta e destul de important.

Vizualizarea aurului la scară atomică a necesitat o serie de descoperiri tehnologice, dar exact așa a făcut Laboratorul Național de Accelerator de la Centrul Accelerator Linear de la Stanford (SLAC), un lucru care a necesitat dezvoltarea unui dispozitiv care să poată privi ce se întâmplă cu acei atomi individuali de aur la un interval de timp de aproape 100 de femtosecunde (adică 100 de milioane de miliarde de secundă).

"Anterior", spune Glenzer, "am avut microscoape și am avut instrumente din ce în ce mai bune, dar acum e prima dată când putem vedea ce fac atomii, unde stau atomii și apoi măsoară modul în care se deplasează atomii - în care atomii merg așa cum exersăm materialul ".

"Excite", aici, este un termen politicos pentru aruncarea aurului cu un fascicul de pulsuri ultraviolete până când ajunge la temperaturile care se apropie de cele adânci din mantaua Pământului, lângă miezul său topit topit. (Aurul ajunge la aproximativ 3500K ± 500 K - sau între aproximativ 4900 și 6700 grade Fahrenheit. Punctul de topire al aurului este de 1948 de grade Fahrenheit.)

Pentru a surprinde efectiv ceea ce se întâmplase cu aurul care se topea, ei trebuiau să producă în mod esențial o cameră precisă, "mișcare înceată". Ce înseamnă asta la scară atomică este faptul că echipa de la SLAC a adunat o mulțime de electroni incredibil de rapid în mișcare de pe aurul topit și apoi a măsurat modul în care s-au comportat acești electroni, un proces numit difracție electronică ultra-rapidă (UED).

Potrivit lui Glenzer, "Trageți un fascicul laser pe cupru, extrageți electroni, prindeți acești electroni într-un câmp electromagnetic și așa mai departe. Atunci accelerezi asta.

Grupul lui Glenzer a împrumutat de fapt, laserul cu electroni liberi de care au nevoie de la instalația de lumină coerentă de la Linac (LCLS) din Stanford.

"Au avut, ca o armă de rezervă, și ni sa permis să folosim arma de rezervă pentru a construi UED."

Ce putem învăța prin topirea aurului

Deci, cum se topește aurul când o lansezi cu un laser ultraviolet? Ceea ce grupul a descoperit a fost faptul că regiunile de aur cu atomi distanțați în mod constant într-o rețea zăcăminte cristalină bine organizată s-au topit, după ce toate regiunile mai dezorganizate dintre acele zone omogene s-au topit mai întâi. Sunt cam cuburi de gheață, dacă ați văzut vreodată niște bucăți de gheață care se topesc mai repede decât blocurile mari de gheață.

Înțelegerea modului în care aceste linii de rupere a cristalului în aur vor fractura și apoi se vor topi - și ar reacționa în general la bombardamentele energetice - ar trebui să ajute oamenii de știință și inginerii să proiecteze materiale de aur mai bune pentru călătoriile în spațiu, precum și pentru experimentele viitoare ale reactorului de fuziune.

"În spațiul cosmic, mediul este destul de aspru", spune Mianzhen Mo, cercetător postdoctoral la Stanford, care sa concentrat pe geometria moleculară a "aurului dens cald" și care a jucat un rol esențial în această cercetare de topire a aurului. "Sunt particule super-energetice, ioni și protoni. Deci, acele particule vor ataca, de exemplu, navele tale spațiale - iar aceste interacțiuni, bombardamentul, pot schimba efectiv proprietățile materialelor.

Mo a spus Invers se așteaptă ca metodele de observație ale UED să fie utilizate și cu alte materiale de specialitate concepute pentru spațiu și alte condiții extreme. De exemplu, el a menționat semiconductori din carbura de siliciu pe care ansamblul Stanford Samira Motiwala îl investighează cu NASA pentru a fi folosiți într-o probă capabilă să supraviețuiască pe suprafața de 864 de grade Fahrenheit a lui Venus.

"Anterior, spune Glenzer, au trimis un dispozitiv la Venus. Cred că a fost o probă rusă. A supraviețuit timp de două minute și apoi sa terminat."

"Și, de fapt, condițiile de pe Venus sunt încă destul de bine în comparație cu reactoarele de fuziune. Reactoarele de fuziune ar fi mult mai extreme."

Materialele de înaltă tehnologie nu sunt singura zonă de cercetare științifică care ar putea beneficia de UED. Studiul lui Glenzer și Mo, realizat de Stanford în numele Departamentului de Energie al Biroului de Științe al Statelor Unite, și publicat vineri, Ştiinţă, s-ar putea extinde și în alte domenii în care observarea activităților atomice ultra-rapide (și foarte mici) în timpul reacțiilor moleculare ar putea fi folositoare.

Oamenii au inceput sa utilizeze UED si sa studieze reactiile chimice, sa studieze reactiile care sunt importante in biologie ", spune Glenzer. "Cred că acesta este doar începutul."