Кулоновские взрывы представляют собой механизм преобразования энергии интенсивных электромагнитных полей в движение атомов и, таким образом, полезны для контролируемого разрушения относительно устойчивых молекул. Взрывы - распространенный метод лазерной обработки и естественным образом проявляются в определенных высокоэнергетических реакциях.
Механизм [ править ]
Кулоновское отталкивание частиц , имеющее один и тот же электрический заряд может разорвать связи , которые удерживают твердые частицы вместе. Когда это сделано с узким лазерным лучом, небольшим количеством твердых взрывается в плазму из ионизированных атомных частиц. Можно показать, что кулоновский взрыв происходит в том же режиме критических параметров, что и сверхизлучательный фазовый переход, т.е. когда дестабилизирующие взаимодействия становятся подавляющими и преобладают над собственными колебательными фононными связующими движениями твердого кластера, что также характерно для синтеза алмаза .
Обладая малой массой, внешние валентные электроны, ответственные за химические связи , легко отделяются от атомов, оставляя их положительно заряженными. При условии взаимного отталкивания между атомами, химические связи которых разорваны, материал взрывается в небольшое плазменное облако энергичных ионов с более высокими скоростями, чем наблюдается при тепловом излучении. [1]
Технологическое использование [ править ]
Кулоновский взрыв - это «холодная» альтернатива преобладающему методу термического травления - термической абляции , который зависит от локального нагрева, плавления и испарения молекул и атомов с использованием менее интенсивных лучей. Краткости импульса только до наносекундного режима достаточно для локализации термической абляции - до того, как тепло уйдет далеко, подвод энергии (импульс) закончился. Тем не менее, термически обработанные материалы могут закрывать поры, важные для катализа или работы батареи, и перекристаллизовывать или даже сжигать подложку, изменяя таким образом физические и химические свойства в месте травления. Напротив, даже легкие пены остаются открытыми после абляции кулоновским взрывом.
Кулоновские взрывы для промышленной обработки производятся ультракороткими (пикосекундными или фемтосекундными) лазерными импульсами. Требуемая огромная интенсивность луча (пороговые значения 10–400 тераватт на квадратный сантиметр, в зависимости от материала) практична только для генерации, формы и доставки в течение очень коротких промежутков времени. [ необходима цитата ] Кулоновское травление взрывом может использоваться в любом материале для просверливания отверстий, удаления поверхностных слоев, текстуры и микроструктуры поверхностей; например, для управления загрузкой чернил в печатные машины. [2]
Внешний вид в природе [ править ]
Высокоскоростное изображение взрыва щелочных металлов в воде, сделанное камерой, показало, что это кулоновский взрыв. [3] [4]
Во время ядерных взрыва , основанных на делении урана, 167 МОВ излучаются в виде кулоновских взрыва между каждым предварительным ядром урана, отталкивающая электростатическая энергия между два делением дочерних ядрами , переводит в кинетическую энергию из продуктов деления того, что приводит как к первичному драйверу излучения черного тела, которое быстро генерирует образование горячей плотной плазмы / ядерного огненного шара, так и к последующим взрывам и тепловым эффектам. [5] [6]
По крайней мере, одна научная статья предполагает, что кулоновский взрыв (в частности, электростатическое отталкивание диссоциированных карбоксильных групп полиглутаминовой кислоты) может быть частью взрывного действия нематоцитов, жалящих клеток в водных организмах типа Cnidaria . [7]
См. Также [ править ]
- Лазерная гравировка
- Лазерная абляция
- Лазерная резка
- Туннельная ионизация
- Список статей по плазме (физике)
Ссылки [ править ]
- ^ Хашида, М .; Mishima, H .; Tokita, S .; Сакабе, С. (2009). «Нетепловая абляция расширенного политетрафторэтилена с помощью мощного фемтосекундного импульсного лазера» (PDF) . Оптика Экспресс . 17 (15): 13116–13121. Bibcode : 2009OExpr..1713116H . DOI : 10,1364 / OE.17.013116 . hdl : 2433/145970 .
- Перейти ↑ Müller, D. (ноябрь 2009 г.). «Пикосекундные лазеры для высококачественной промышленной микрообработки» . Спектры фотоники : 46–47.
- ^ Мейсон, Филип Э .; Улиг, Франк; Ванек, Вацлав; Баттерсэк, Тиллманн; Бауэркер, Сигурд; Юнгвирт, Павел (26 января 2015 г.). «Кулоновский взрыв на ранних стадиях реакции щелочных металлов с водой». Химия природы . 7 (3): 250–254. Bibcode : 2015NatCh ... 7..250M . DOI : 10.1038 / nchem.2161 . PMID 25698335 .
- ^ «Взрывоопасные секреты натрия раскрыты» . Scientific American . 27 янв 2015.
- ^ Альт, Леонард А .; Форчино, Дуглас; Уокер, Ричард I. (2000). «Ядерные события и их последствия» (PDF) . В Червени, Т. Ян (ред.). Медицинские последствия ядерной войны . Типография правительства США. ISBN 9780160591341.
примерно 82% энергии деления выделяется в виде кинетической энергии двух больших осколков деления. Эти фрагменты, будучи массивными и сильно заряженными частицами, легко взаимодействуют с веществом. Они быстро передают свою энергию окружающим оружейным материалам, которые быстро нагреваются.
- ^ " Обзор ядерной техники " (PDF) . Технический университет Вены. Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2018 года
. Различные энергии, излучаемые при делении, стр. 4.
«167 МэВ»
испускается посредством отталкивающей электростатической энергии между двумя дочерними ядрами, которая принимает форму «кинетической энергия »продуктов деления, эта кинетическая энергия приводит как к более позднему взрыву, так и к тепловым эффектам.
«5 МэВ»
выделяется в мгновенном или начальном гамма-излучении,
«5 МэВ» -
в излучении мгновенных нейтронов (99,36% от общего количества),
«7 МэВ» -
в энергии запаздывающих нейтронов (0,64%) и
«13 МэВ»
при бета-распаде и гамма-распаде (остаточное излучение)
- ^ Беркинг, Стефан; Херрманн, Клаус (2006). «Формирование и выделение нематоцист контролируется градиентом протонов через мембрану кисты» . Морские исследования Гельголанда . 60 (3): 180–188. DOI : 10.1007 / s10152-005-0019-у .
