Самый быстрый водонагреватель в мире

21.05.2018

Ученые использовали один из самых мощных рентгеновских лазеров, Linac Coherent Light Source (LCLS), для того, чтобы нагреть воду от нормальной температуры до 100 тысяч градусов Цельсия за время, меньшее одной десятой доли пикосекунды. Благодаря этому лазер LCLS можно назвать самым быстрым в мире "водонагревателем", который способен поместить воду в экзотическое состояние материи, через что ученые пытаются узнать нечто новое о свойствах одного из самых изученных веществ на Земле.

Сверхкороткие импульсы рентгеновского излучения, вырабатываемые лазером на свободных электронах LCLS, были нацелены на воду, текущую тонкой струйкой. Процесс нагрева воды в данном случае кардинально отличается от ее нагрева при помощи традиционного нагревателя. Рентгеновское излучение выбивает свободные электроны из молекул воды, что нарушает баланс электрических зарядов. Атомы, потерявшие электрон, начинают отталкиваться друг от друга и разгоняются до высоких скоростей, что равнозначно повышению их температуры.

В результате описанных выше процессов, менее чем за 75 фемтосекунд (0.000 000 000 000 075 секунды) вода переходит из жидкого состояния в состояние плазмы. Напомним нашим читателям, что плазма - это своего рода газ, состоящий из свободных электронов и ионов. Но самым интересным является то, что вода, уже превратившаяся в плазму, короткое время продолжает пребывать в жидком состоянии, ведь у атомов еще попросту не было времени на то, что бы разлететься, сформировав облако газа.

Проведенные учеными измерения показывают, что вода сохраняет свою структуру на протяжении 25 фемтосекунд после "удара" импульсом лазера. Но уже через 75 фемтосекунд структура воды претерпевает кардинальные изменения. В настоящее время ученые занимаются составлением математической модели процессов, происходящих в воде во время столь быстрых превращений, и наличие такой модели сможет пролить в будущем свет на некоторые другие явления, в которых принимает участие вода.

Ученые считают, что вода в подобном состоянии может пребывать где-то в недрах газовых гигантских планет, подобных Юпитеру. Но на Земле нигде нет подходящих условий для того, чтобы вода могла пребывать там в состоянии "жидкой плазмы".

<< Назад: Универсальная молекула против всех видов простуды 21.05.2018

>> Вперед: Беспроводные наушники Audio-Technica QuietPoint ATH-ANC700BT 20.05.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Панцири креветок укрепят бетон 14.08.2022 Наночастицы из креветочных панцирей существенно улучшили качество цемента. Технология сократит отходы рыбной промышленности и выбросы углекислого газа. Исследователи Вашингтонского государственного университета и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории создали крошечные кристаллы и волокна хитина из отходов морепродуктов. Наночастицы повышают прочность цемента почти в 1,5 раза. Ученые изучили поведение наночастиц из хитина. В отличие от целлюлозы, также используемой для увеличения прочности цемента, этот материал на молекулярном уровне имеет дополнительный набор атомов. Благодаря этому ученые могут контролировать заряд на поверхности молекул и, следовательно, их поведение в цементном растворе. Исследование показало, что добавление обработанных нанокристаллов хитина в цемент улучшает его свойства, включая его консистенцию, время схватывания, прочность и долговечность. Они увидели увеличение прочности бетона на изгиб на 40% и улучшение его способности сжиматься на 12%. Кроме того, модифицированный состав твердел в час дольше. Это необходимо для увеличения дальности перевозок и строительства в жарком климате. Исследователи изучают прочность цемента под давлением. Панцири крабов, креветок и омаров состоят примерно на 20-30% из хитина, а большая часть остальных приходится на карбонат кальция, еще одну полезную добавку для цемента. При этом ежегодно в мире производится от 13 до 17,5 млн. кг отходов рыбной промышленности. Большая часть из них просто сбрасывается в море. Производство цемента является углеродсодержащим процессом, требующим использования ископаемого топлива для достижения необходимых высоких температур (1500 °C). Известняк, используемый в его производстве, также подвергается разложению, в результате которого образуется дополнительный углекислый газ. При этом классический бетон легко трескается, что снижает его долговечность. Авторы работы считают, что замена известняка на наночастицы хитина поможет сократить энергозатраты, объем мусора от морепродуктов, а также повысит долговечность и износостойкость зданий из цемента.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025