Нагреть за пикосекунду!

Учёные предложили способ, как нагреть воду до 600 градусов Цельсия за триллионную долю секунды! Речь, правда, идёт о микрограммах вещества. Метод основан на использовании ультракоротких, но мощных импульсов терагерцового излучения.

Облако молекул воды, нагретых до 600 градусов Цельсия. Результат численного моделирования.
Облако молекул воды, нагретых до 600 градусов Цельсия. Результат численного моделирования.

Такие импульсы могут генерироваться в некоторых случаях в так называемых лазерах на свободных электронах. Эти лазеры вообще-то обычно предназначены для генерации рентгеновского излучения (а между терагерцовым излучением и рентгеновским лежат инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый диапазоны электромагнитных волн), но вместе с тем генерируют и короткие терагерцовые всплески.

Оценки показывают, что строящийся сейчас Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European X-ray Free-Electron Laser, European XFEL) будет способен производить терагерцовые импульсы длительностью 250 фемтосекунд (фемтосекунда — это одна триллиардная, то есть 10-15 секунды) с энергией 25 мДж. Интересно, что длительность такого импульса сравнима с длиной волны.

Сгенерированные импульсы можно сфокусировать в пятно диаметром около 1 мм, достигнув интенсивности излучения на уровне 1010 Вт/см2. Если фокусировка происходит в воде, которая, как известно, эффективно поглощает терагерцовое излучение, то, как показывает численное моделирование, за время действия импульса произойдёт нагрев микрограмма воды от 0 до 600 градусов Цельсия.

При этом вода, конечно же, перейдёт в состояние перегретого пара, однако потребуется почти миллисекунда, чтобы её объём значительно изменился — именно столько времени требуется молекуле воды, чтобы сдвинуться на расстояние порядка миллиметра. За эту миллисекунду в нагретом объёме будут идти необычные химические реакции, которые и представляют особый интерес для исследователей.

Пока что идея подтверждена только численным моделированием, результаты которого представлены в недавно опубликованной статье, но учёные планируют проверить её в эксперименте уже в ближайшее время. Ну что ж, пожелаем им удачи и будем следить за новостями.


Источник: Heating Water To 600 Degrees Celsius In One Trillionth Of A Second | Popular Science

comments powered by Disqus