Coulombova exploze - Coulomb explosion
Coulombické exploze jsou mechanismem pro transformaci energie v intenzivních elektromagnetických polích na atomový pohyb, a jsou tedy užitečné pro řízenou destrukci relativně robustních molekul. Exploze jsou prominentní technikou v laserovém obrábění a přirozeně se objevují v určitých vysokoenergetických reakcích.
Mechanismus
Coulombic odpuzování částic, které mají stejný elektrický náboj může rozbít vazby, které drží pohromadě pevné látky. Když se provádí s úzkým laserovým paprskem, malé množství pevných exploduje do plazmy z ionizovaných atomových částic. Může být ukázáno, že Coulombova exploze probíhá ve stejném kritickém parametrovém režimu jako superradiantní fázový přechod, tj. Když se destabilizační interakce stanou zdrcujícími a dominují nad nativními oscilačními fononovými vazebnými pohyby tuhého klastru, což je také charakteristické pro diamantovou syntézu .
S jejich nízkou hmotností jsou vnější valenční elektrony zodpovědné za chemické vazby z atomů snadno odizolovány, takže zůstávají kladně nabité. Vzhledem k vzájemně odpudivému stavu mezi atomy, jejichž chemické vazby jsou rozbité, materiál exploduje do malého plazmového oblaku energetických iontů s vyššími rychlostmi, než je vidět na tepelné emisi.
Technologické využití
Coulombská exploze je „studenou“ alternativou dominantní laserové leptací techniky tepelné ablace , která závisí na lokálním zahřívání, tavení a odpařování molekul a atomů pomocí méně intenzivních paprsků. Stručná stručnost pulsu až do režimu nanosekund je dostatečná k lokalizaci tepelné ablace - než je teplo vedeno daleko, energetický vstup (puls) skončil. Nicméně tepelně ablované materiály mohou utěsnit póry důležité při katalýze nebo provozu na baterie a rekrystalizovat nebo dokonce spálit substrát, čímž se změní fyzikální a chemické vlastnosti v místě leptání. Naproti tomu i lehké pěny zůstávají po ablaci Coulombovým výbuchem neutěsněné.
Coulombovy exploze pro průmyslové obrábění se provádějí ultra krátkými (pikosekundovými nebo femtosekundovými) laserovými pulzy. Obrovské požadované intenzity paprsku (prahy 10–400 terawattů na čtvereční centimetr, v závislosti na materiálu) jsou praktické pouze pro generování, tvarování a dodávání na velmi krátké okamžiky. Výbuchové leptání Coulomb lze použít v jakémkoli materiálu k vrtání otvorů, odstraňování povrchových vrstev a povrchů textur a mikrostruktur; např. pro řízení plnění inkoustu v tiskových lisech.
Vzhled v přírodě
Vysokorychlostní kamerové systémy s explozemi alkalických kovů ve vodě naznačují, že exploze je coulombská exploze.
Během jaderného výbuchu na základě štěpení uranu, 167 MeV je emitováno ve formě proudovou exploze mezi každé předchozí jádra uranu, odpudivé elektrostatické energie mezi dvěma štěpení dceřinných jader , se přenese do kinetické energie z produktů štěpení , že výsledkem je jak primární hybná síla záření černého tělesa, která rychle generuje horkou hustou tvorbu plazmatické/ jaderné ohnivé koule, a tedy i pozdější účinky výbuchu a tepla.
Alespoň jeden vědecký článek naznačuje, že coulombská exploze (konkrétně elektrostatické odpuzování disociovaných karboxylových skupin kyseliny polyglutamové) může být součástí výbušného působení nematocytů, bodavých buněk ve vodních organismech kmene Cnidaria .
Coulombovo zobrazení výbuchu
Molekuly jsou drženy pohromadě rovnováhou náboje mezi negativními elektrony a kladnými jádry. Když je vytlačeno více elektronů, buď laserovým ozařováním nebo bombardováním pomocí vysoce nabitých iontů, zbývající, vzájemně odpudivá jádra se rozletí v Coulombově explozi. Strukturu jednoduchých molekul plynné fáze lze určit sledováním trajektorií fragmentů.