Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.981 RSS
  Май 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
22.05.2006
06:54:21
17:08:35
23
23.05.2006
05:36:43
14:30:30
24
24.05.2006
05:30:51
15:31:14
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.981 подписчиков
+9 за неделю
←   Все выпуски   →

Жесткое облучение и высокие давления приводят к необычным превращениям вещества


Конкурс ответов на детские вопросы. Участвовать могут все. Главный приз — цифровой фотоаппарат.

Жесткое облучение и высокие давления приводят к необычным превращениям вещества

29.05.2006

При бомбардировке тяжелыми ионами под высоким давлением графит испытывает неожиданные структурные превращения (изображение с сайта scifun.chem.wisc.edu)
При бомбардировке тяжелыми ионами под высоким давлением графит испытывает неожиданные структурные превращения (изображение с сайта scifun.chem.wisc.edu)

Немецкие ученые открыли новый тип фазовых переходов. В их экспериментах облучение тяжелыми ионами твердых материалов под высоким давлением приводило к неожиданным структурным изменениям вещества.

Известные со школы три агрегатных состояния вещества — газ, жидкость и твердое тело, — дают лишь очень слабое представление о всём многообразии реализующихся в природе структур. Одно и то же вещество в твердом состоянии в зависимости от давления и температуры может существовать в совершенно разных термодинамических фазах. Например, у самой обычной воды известно уже 12 разных кристаллических фаз (то есть 12 типов льда) и подозревается наличие как минимум двух разных жидких фаз.

При изменении температуры или давления твердого вещества может произойти фазовый переход из одной фазы в другую. Он сопровождается перестройкой кристаллической решетки, изменениями термодинамических параметров, и иногда при этом меняется даже внешний вид и цвет тела (как это имеет место, например, в твердом кислороде).

На днях немецкие физики сообщили об открытии совершенно нового способа вызывать фазовые переходы в твердом веществе. Как описывается в их статье U. A. Glasmacher et al., Physical Review Letters, 96, 195701 (17 May 2006), высокое давление и одновременное облучение тяжелыми ионами способны вызвать в образце превращения, невозможные при одном только высоком давлении или при одном лишь действии радиации.

В экспериментах немцев, проведенных на ускорителе тяжелых ионов в Дармштадте, пучок энергетических ионов урана выводился из ускорителя и направлялся на помещенный в камеру образец. В обычных условиях высокоэнергетический ион, проходя через вещество, тратит часть энергии на торможение и производит разрушения вдоль своего пути. В результате кристаллический образец после облучения ионами оказывается пронизан параллельными и очень узкими (10 нм) канальцами, заполненными аморфным веществом. При умеренных дозах облучения эти тонкие канальцы расположены достаточно далеко друг от друга и на общую структуру и свойства материала почти не влияют.

Однако если тот же эксперимент провести под высоким давлением, то картина оказывается совершенно иной. Как показали опыты немцев, при облучение графитового кристаллика под давлением 80 тысяч атмосфер никаких канальцев уже не образуется. Вместо этого происходит полное перемешивание материала. Электронные микроснимки показывают, что кристаллические плоскости во всём графитовом образце разворачиваются после облучения под хаотическими углами: графит переходит в аморфное состояние.

Это явление неожиданно по двум причинам. Во-первых, совершенно непонятно, как редкие, пролетающие далеко друг от друга ионы умудряются «вскопать» весь образец целиком. Известно лишь, что существенную роль в этом играет высокое давление. Как выяснилось, без него даже при тысячекратной дозе облучения ничего подобного не происходит.

Во-вторых, если физики и ожидали увидеть фазовый переход в этой ситуации, то вовсе не в аморфную фазу. Дело в том, что при таких давлениях (и при комнатной температуре) самой стабильной формой углерода является алмаз. Графит в этих условиях менее стабилен, и потому ожидалось, что если уж перестройка кристаллической решетки началась, то она должна превратить образец в алмазный порошок. В эксперименте же получилась, фактически, зола.

Такое поведение свойственно не только графиту. Немцы провели серию похожих экспериментов с цирконием (см. пресс-релиз группы, PDF, 57 Кб) и обнаружили, что и в этом случае совместное действие облучения и высокого давления приводит к новым структурным превращениям.

Теоретикам теперь придется, по всей видимости, очень потрудиться, чтобы объяснить такое поведение материала. Перед прикладной физикой тем временем открываются заманчивые перспективы. Эксперименты немцев фактически доказали, что небольшое облучение тяжелыми ионами может играть роль катализатора, спускового механизма для новых структурных превращений веществ, находящихся под давлением. Возможно, таким путем удастся создать материалы с новыми характеристиками или упростить уже имеющийся технологический процесс. Наконец, не исключено, что эти исследования будут полезными и для гео- и астрофизики: ведь подобные процессы могут иметь место в центре планет.

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 
Только на «Элементах»: лекция нобелевского лауреата Дэвида Гросса Грядущие революции в фундаментальной физике

Предыдущие новости

26.05 Новый метод лечения рака объединяет вирусы с клетками иммунной системы

Селективно убивать раковые клетки можно с помощью специфических онколитических вирусов. Однако против таких «полезных» вирусов восстает наша собственная иммунная система. Антивирусные барьеры могут быть преодолены, если для доставки онколитического вируса к раковым опухолям использовать сами клетки иммунной системы.

26.05 На описание нового вида плезиозавра японские палеонтологи потратили 38 лет

В то время как в молекулярной биологии статья трехлетней давности уже считается устаревшей, в других областях исследования замедляются из-за отсутствия финансирования. Так, только на днях вышла статья с описанием нового вида плезиозавра, найденного в 1968 году старшеклассником Тадаши Судзуки в 200 км к северу от Токио.

25.05 Способность к сложному коллективному поведению может возникнуть благодаря единственной мутации

В экспериментах по искусственной эволюции удалось зарегистрировать мутацию, в результате которой бактерии Myxococcus xanthus приобрели сразу два полезных свойства: способность к образованию плодовых тел и защищенность от паразитов. Мутация состояла в замене одного нуклеотида в регуляторной области гена.

24.05 Открыты трехмерные солитоны

После тридцатилетнего поиска найдены нелинейные дифференциальные уравнения, обладающие трехмерными солитонными решениями. Ключевой стала идея «комплексификации» времени, которая может найти дальнейшие приложения в теоретической физике.

24.05 После удаления 15% генов бактерии становятся совсем ручными

Кишечная палочка E.coli — излюбленный объект генных инженеров, используемый в качестве универсальной биохимической фабрики. После долгих лет работы наконец удалось вывести породу кишечной палочки, практически лишенную способности сопротивляться их манипуляциям. Для этого у бактерий было удалено 15% генома.

23.05 Чтобы жить, глубоководные черви заражаются полезными бактериями

Глубоководные черви вестиментиферы могут существовать только в симбиозе с автотрофными бактериями. Считалось, что личинки вестиментифер, изначально лишенные бактерий, заглатывают их с пищей. Однако новое исследование показало, что симбиотические бактерии внедряются в личинку непосредственно через кожу, напоминая процесс заражения патогенными микроорганизмами.

22.05 Одна из причин старения может быть устранена

Американские ученые обнаружили, что белок ламин А играет важную роль в старении не только у больных прогерией (преждевременным старением), но и у здоровых людей, и разработали метод, позволяющий устранить некоторые симптомы старения. К сожалению, этот метод пока применим только для отдельных клеток, но не для целого организма.

22.05 Когда нельзя выбирать самцов, можно выбрать детей

Самки большинства видов животных активно выбирают самцов, руководствуясь, к примеру, размером хвоста или песней и окраской. Однако в определенных случаях самка может сделать выбор уже после оплодотворения, инвестируя в потомство разное количество энергии в зависимости от «качества» самца. Такой скрытый выбор самок был изучен на примере европейского пресноводного рака.

22.05 «Хоббиты» с острова Флорес не были микроцефалами

Новые анатомические данные подтверждают, что ископаемые карликовые гоминиды, обнаруженные в 2004 году на острове Флорес, — это особый вид людей, а вовсе не уроды-микроцефалы, как считают некоторые скептически настроенные ученые.
В избранное