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75飛秒激光加熱水!10萬攝氏度

rongpuiwing 來源:激光制造網(wǎng)2018-11-22 我要評(píng)論(0 )   

瑞典烏普薩拉大學(xué)(Uppsala University)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)搞出了一個(gè)世界上加熱水最快的熱水器,有多快呢?75 飛秒(1 飛秒=千萬億

瑞典烏普薩拉大學(xué)(Uppsala University)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)搞出了一個(gè)世界上加熱水最快的熱水器,有多快呢?75 飛秒(1 飛秒=千萬億分之一秒)內(nèi)將水加熱至了 10 萬攝氏度!



最奇怪的是,水加熱到這么高的溫度居然居然沒有蒸發(fā)!



美國 SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室(SLAC National Accelerator Laboratory)提供了這個(gè)設(shè)備,X 射線成像是一種獨(dú)特而不可替代的技術(shù)。


一方面是由于 X 射線在固體中強(qiáng)大的穿透力,另一方面在于 X 射線的波長短到可以直接用于解析物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)。


所以,在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,烏普薩拉大學(xué)科研人員就利用了 X 射線自由電子激光器來探究水的未知真相。



這種激光水溫加熱法和我們在日常生活中所采用的常規(guī)熱水法是不同的。常規(guī)加熱水的時(shí)候,熱量使水分子運(yùn)動(dòng)加劇,水溫由此升高。溫度就是表征物體內(nèi)分子布朗運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)量,也就是說物體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)速度越劇烈,溫度越高。


但是此次的激光加熱則不同,它反其道而行之。強(qiáng)大的 X 射線將水分子中的電子轟了出去,因此破壞了水分子中的電荷平衡,進(jìn)而導(dǎo)致原子們在超強(qiáng)排斥力的作用下,產(chǎn)生劇烈的運(yùn)動(dòng)。



Caleman表示

日常當(dāng)中隨著水的加熱,分子越來越強(qiáng)烈地被震動(dòng)。越熱,分子的運(yùn)動(dòng)越快。據(jù)該科學(xué)家稱,使用激光加熱水的情況根本不同。激光中的X射線將電子從水分子中沖出并破壞電荷的平衡。突然間原子感受到強(qiáng)烈的排斥力并開始猛烈地移動(dòng)。水在75飛秒以內(nèi)從液體到等離子體發(fā)生相變。等離子體是一種物質(zhì)狀態(tài),其中電子已經(jīng)從原子中去除,留下一種帶電氣體。


當(dāng)水從液體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體時(shí),由于原子沒有時(shí)間顯著移動(dòng),所以它保持在液態(tài)水的密度。這是一種在地球上無法自然發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。該團(tuán)隊(duì)說,所產(chǎn)生的等離子體具有與太陽和木星上發(fā)現(xiàn)的一些等離子體相似的特性,但密度較低,不過溫度已經(jīng)超過地球核心溫度。



Olof Jonsson表示


研究員奧洛夫·瓊森教授(Olof Jonsson)教授表示,當(dāng)水變成等離子態(tài)時(shí),因?yàn)樗肿又械脑舆€未來得及產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),所以它的密度和正常液態(tài)水的密度是一樣的。這種狀態(tài)的物質(zhì)是非常罕見的,地球上之前并未出現(xiàn)過,陽和木星上倒是有一些性質(zhì)相似的等離子體,但其密度要比本次實(shí)驗(yàn)中獲得的等離子水小很多。


要知道,實(shí)驗(yàn)中水的等離子體溫度居然達(dá)到了 10 萬度,這甚至超過了地核的溫度!而且實(shí)驗(yàn)過程中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)的水在密度、比熱容、熱導(dǎo)率等等方面的表現(xiàn)都天差地別。


由此可見,水這種看起來再普通不過的物質(zhì)其實(shí)蒙著一層面紗,它擁有著不為人知的奇特性質(zhì)。


那么科學(xué)家們搞出來這么一臺(tái)熱水器是要干嘛呢?難道真是想讓人們用上更快的熱水器?當(dāng)然不是,即便是,誰買的起呢?科學(xué)家們表示,他們是想更深入的研究的特水性,因?yàn)閄射線激光器可以在極短時(shí)間內(nèi)展現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特性。

所以可以用這種辦法,水離子化并打破其所有的化學(xué)鍵,從而實(shí)現(xiàn)對水的加熱。不過按說這么高溫度的水應(yīng)該瞬間就會(huì)蒸發(fā)的,為什么這次實(shí)驗(yàn)過程中沒有蒸發(fā)還有待探索。



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