RW Space

Самый быстрый водонагреватель в мире превращает воду в плазму за триллионную долю секунды.

Ученые нашли способ нагревать воду от комнатной температуры до 100 000 градусов Цельсия менее чем за десятую часть пикосекунды. В лабораторных условиях они пропускают чрезвычайно интенсивные и ультракороткие вспышки рентгеновских лучей в струе воды и создают новое экзотическое состояние воды, которое невозможно было достичь обычными методами. Одна пикосекунда составляет одну триллионную или одну миллионную долю миллионной доли секунды. Это делает рентгеновский лазер самым быстрым водонагревателем в мире.

«Не обычный способ кипятить вашу воду. Обычно, когда вы нагреваете воду, молекулы просто движутся быстрее и быстрее», — объяснил Карл Калман из Центра свободной электроники (CFEL) в Стенфортде. «Наш нагрев принципиально отличается. Энергичное рентгеновское излучение удаляет электроны из молекул воды, тем самым разрушая баланс электрических зарядов. Таким образом, внезапно атомы ощущают сильную отталкивающую силу и начинают двигаться».

Вода состоит из атомов и молекул, и все молекулы находятся в постоянном движении. Когда к воде добавляется больше тепла, молекулы движутся быстрее. Менее 75 фемтосекунд, это 75 миллионных долей миллиардной доли секунды или 0,000 000 000 000 075 секунд, вода превращается из жидкости в плазму. Плазма — это состояние материи, где электроны удалены из атомов, что приводит к своего рода электрически заряженному газу. Состояние характеризуется уникальными способностями и естественно не встречается на Земле.

«Но пока вода превращается из жидкости в плазму, она все еще остается при плотности жидкой воды, поскольку у атомов не было времени значительно продвинуться», — сказал соавтор Олоф Йонссон из Университета Уппсалы. «Она имеет схожие характеристики, как некоторые плазмы на Солнце и на газовом гиганте Юпитере, но более низкую плотность».

Чтобы подтвердить свои измерения, исследователи также использовали симуляции процесса. Вместе измерения и симуляции позволили им узнать больше о специфических характеристиках воды. Моделирование практически не обнаружило структурных изменений в воде до 25 фемтосекунд после удара рентгеновского импульса. Но при 75 фемтосекундах изменения становятся очевидными. Этот процесс открывает новые пути для экспериментов с нагретыми образцами химического вещества.

«Исследование дает нам лучшее представление о том, что мы делаем с разными образцами», — сказал соавтор Никосор Тимнену из Университета Уппсалы. «Наблюдения также важны для разработки методов создания одиночных молекул или других крошечных частиц с помощью рентгеновских лазеров».