Главная страница
qrcode

мгновение. Дейтерий


Скачать 50.54 Mb.
НазваниеДейтерий
Анкормгновение.pdf
Дата29.11.2017
Размер50.54 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаmgnovenie.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#49550
Каталогid3436904

С этим файлом связано 21 файл(ов). Среди них: Джеймс Трефил, 200 законов мироздания.doc, Trefil_Dzheyms_200_zakonov_mirozdania.pdf, file.gif, file.gif, mgnovenie.pdf, В поисках смысла жизни вместе с Мартином Иденом.docx и ещё 11 файл(а).
Показать все связанные файлы


+
+
+
+
+
+
Дейтерий
Гелий
Реакция
синтеза
Тритий
Нейтрон
D
T
4
He
n
M
L
K
Ядро
Оже-
электрон
Первичный
электрон
Внешний
фотон
детектор
область тени
возбужденное ядро
атомы
кристалла
дочерние
частицы
d
Методы изучения быстропротекающих процессов
1 ис = 10
–24
с
ФОТО- И ВИДЕОСЪЕМКА
ПРОЦЕССЫ, ДЛЯЩИЕСЯ ЕДИНИЦЫ МИЛЛИСЕКУНД, МОЖНО ЗАПЕЧАТЛЕТЬ
НА ОБЫЧНЫЙ ФОТОАППАРАТ. Минимальная выдержка в хороших цифровых камерах составляет долю миллисекунды. Для изучения микросекундных явлений используют специальные сверхскоростные видеокамеры, позволяющие делать сотни тысяч кадров в секунду. Рекорд на 2010 год: 6 миллионов кадров в секунду.
На изображении показаны последовательные кадры микроскопического взрыва на поверхности кристалла под действием мощного лазерного импульса. Интервал между кадрами составляет 163 нс.
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 взрывы
 ударная деформация тел
ЧИСЛА
 сотни миллисекунд — вспышка молнии
 200 мс — время реакции человека на визуальный сигнал
 < 20 мс — время высвечивания кадра в телевизорах и мониторах

1 мс — длительность нервного импульса
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 развитие трещин
 разрушение напряженных материалов
 биофизические явления
ЧИСЛА
 250–500 мкс — самая короткая выдержка в типичных цифровых фотокамерах
 5–10 мкс — время полного сворачивания коротких белковых молекул
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 время жизни возбужденных состояний атомов
перескоки атомов по поверхности тел
 процессы в крупных молекулах
ЧИСЛА
 100 нс — формирование трещин при разрушении хрупкого материала
 10 нс — колебание электрического и магнитного полей в радиоволне с частотой 100 МГц (FM-диапазон)
 1/4 нс — время между столкновениями молекул газа при нормальных условиях
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 вращение молекул
 переходные процессы в полупроводниках
 образование и разрыв химических связей
ЧИСЛА
 200 пс — рабочий цикл процессора с тактовой частотой 5 ГГц
 < 100 пс — ультразвуковые волны с таким периодом распространяются в воде почти вдвое быстрее, чем обычный звук
 около 1 пс — время жизни тяжелых элементарных частиц: «очарованных» и «прелестных» адронов
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 самые быстрые химические реакции
 фемтомагнетизм: изменение магнитных свойств вещества при поглощении короткой лазерной вспышки
ЧИСЛА
 < 200 фс — спустя такое время светочувствительные белки родопсины начинают реагировать на свет
 10–20 фс — период колебаний молекулы воды
 1,5–3 фс — период колебания электрического и магнитного полей в световой волне
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 движение внутренних электронов в тяжелых атомах
 вылет электрона из атома при поглощении фотона
ЧИСЛА
 сотни аттосекунд — время перестройки электронной структуры атома при выбивании из него внутреннего электрона
 < 80 ас — самые короткие импульсы излучения в далеком УФ-диапазоне
 2 ас — время жизни нейтронодефицитных изотопов сверхтяжелого 124-го элемента
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 ядерные реакции
ЧИСЛА
 десятки зептосекунд — длительность самых быстрых реакций деления сверхтяжелых ядер
 4 зс — время жизни нейтроноизбыточного ядра
10
He
ТИПИЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 рождение и распад самых нестабильных элементарных частиц
 возникновение и распад кварк- глюонной плазмы в столкновении тяжелых ядер
ЧИСЛА
 десятки йоктосекунд — время жизни кварк-глюонной плазмы
 5–10 ис — самая короткая световая вспышка (фотоны, рожденные при столкновении двух ядер сверхвысокой энергии)
 0,3 ис — время жизни топ-кварка
Миллисекунды
ТЕЛА
ВЕЩЕСТВО
АТОМЫ
АТОМНЫЕ ЯДРА
Микросекунды Наносекунды
Пикосекунды
Фемтосекунды Аттосекунды
Зептосекунды Йоктосекунды
1 мс = 10
–3
с
1 пс = 10
–12
с
1 ас = 10
–18
с
1 зс = 10
–21
с
1 фс = 10
–15
с
1 мкс = 10
–6
с
1 нс = 10
–9
с
СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ
ВРЕМЯ ЖИЗНИ САМЫХ НЕСТАБИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ НЕ ПРЕВОСХОДИТ
ОДНОЙ ЙОКТОСЕКУНДЫ. Такие частицы рождаются в столкновениях обычных частиц и тут же распадаются. Столь короткие времена удается измерить только косвенно — с помощью соотношения неопределенностей. Это квантовое соотношение гласит: если частица живет очень мало, то ее масса должна быть не строго фиксирована, а «размазана» в некотором интервале. Неопределенность массы можно измерить экспериментально, и чем она больше, тем меньше время жизни частицы.
МЕТОД НАКАЧКИ-ЗОНДИРОВАНИЯ
ЭТО ГЛАВНЫЙ СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ МЕНЬШЕ
МИКРОСЕКУНДЫ. Рабочий инструмент метода — очень короткий лазерный импульс.
На его пути ставится полупрозрачное зеркало, разделяющее его на два импульса
(«импульс накачки» и «зондирующий импульс»), которые идут по двум разным путям и попадают на изучаемый объект. Мощный импульс накачки запускает в объекте какой-то процесс (например, колебание атомов), а тут же пришедший зондирующий световой импульс как бы запечатлевает состояние объекта спустя ничтожное время после начала процесса.
Но это — однократный «снимок». Чтобы увидеть развитие процесса во времени, на пути одного из лучей стоит устройство, способное задерживать световой импульс на короткое время (нано-, пико- или фемтосекунды). В результате два импульса попадают на объект с легко настраиваемой задержкой по времени. Повторяя эксперимент много раз с разными задержками, можно получить серию снимков и увидеть процесс в динамике.
МЕТОД ТЕНЕЙ
ЭТОТ МЕТОД ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЯДЕРНЫХ
РЕАКЦИЙ. Атомное ядро на большой скорости влетает в кристалл, сталкивается с одним из ядер вещества, сливается с ним и на короткое время порождает тяжелое нестабильное ядро.
Из-за закона сохранения импульса оно продолжает лететь вперед и распадается уже не в самой плоскости кристалла, а сбоку от нее на расстоянии d.
При распаде ядра дочерние частицы могут вылетать в разные стороны, но если d очень мало, они не смогут лететь ровно вдоль плоскостей кристалла, а будут отклоняться на какой-то угол.
В результате детектор, регистрирующий продукты распада, увидит самую настоящую тень от кристаллической плоскости. Чем быстрее распадается ядро, тем меньше d и тем сильнее видна тень.
NaI
Na
+
I
[NaI]
Полупрозрачное зеркало
Лазер
Образец
Луч
зондирования
Задержка
импульса
Луч накачки
Короткий
лазерный
импульс
Нестабильная
частица
ДИССОЦИАЦИЯ МОЛЕКУЛЫ ЙОДИСТОГО НАТРИЯ
Получив энергию, достаточную для
разрыва химической связи, молекула
вначале совершает несколько колебаний
и лишь затем разваливается на отдельные
атомы.
ФОНОНЫ —
синхронные волнообразные колебания
атомов кристаллической решетки.
Их типичный период лежит
в пикосекундном диапазоне.
1
2
3
4
Узнайте больше на сайте
http://elementy.ru/posters
Некоммерческий проект | При поддержке Фонда Дмитрия Зимина «Династия»
© ИГ
ОРЬ ИВАНОВ — ав то р плак ат а, 2011. © О
ЛЬГ
А ПРИВА
ЛОВА, ФЕ
ДОР Ш
УМИЛОВ — ди зайн, иллюс трации, 2011.
ОДНА СЕКУНДА — это мгновение для человека и целая эпоха с точки зрения атомов и электронов.
В веществе возникают и затухают колебания, атомы дрожат и обмениваются электронами, в атомных ядрах непрерывно сталкиваются протоны и нейтроны — и всё это умещается в крошечный осколок одной секунды. Современная физика, словно замедляя бег времени в миллиарды раз, позволяет заглянуть в этот мир быстропротекающих процессов.
ОЖЕ-ЭФФЕКТ
Фотон большой энергии выбивает из атома
внутренний электрон. На пустующее место
тут же «падает» один из внешних
электронов, испуская при этом фотон.
Этот фотон может поглотиться прямо
внутри того же атома, выбивая наружу
еще один электрон.
РЕАКЦИЯ ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА
Ядра дейтерия и трития сливаются
и на выходе дают альфа-частицу
(ядро гелия-4) и нейтрон.
ПАДЕНИЕ КАПЛИ ВОДЫ
с высоты 3 см на гладкий стол. Удар об него
порождает рябь, которая бежит
по поверхности капли.
МОЛЕКУЛА БЕЛКА ВИЛЛИНА
полностью сворачивается в наиболее
энергетически выгодную форму примерно
за 5 мкс. С помощью современных
суперкомпьютеров этот процесс удается
полностью проследить в численном
моделировании.
ПРИМЕСНЫЕ АТОМЫ
не лежат неподвижно на поверхности
кристалла, а перемещаются по ней
прыжками, пока не попадут в «яму» или
не слипнутся друг с другом. При комнатной
температуре время между прыжками —
порядка нескольких наносекунд.
ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ ДВУХ ЯДЕР ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ
рождается сверхгорячий и сверхплотный
комок ядерной материи — кварк-глюонная
плазма, которая спустя короткое время
распадается на обычные частицы.
Сверхзвуковая пуля разбивает горящую лампу накаливания за долю
миллисекунды
. В точке,
где пуля впервые касается стекла, возникает область высокого давления. За считанные
микросекунды
она превращается в сеть трещин. Всё это происходит так быстро, что нить
накаливания не успевает остыть и, даже оторванная, продолжает светиться. Ток в нити
прекращается спустя долю
наносекунды
после отрыва, но электроны и ионы нагретого
вещества продолжают сталкиваться и излучать свет — колебания электромагнитного поля
с периодом несколько
фемтосекунд
.
C
M
Y
CM
MY
CY
CMY
K

перейти в каталог файлов


связь с админом