Jak molekularne frisbee mogą sprzyjać proliferacji jądrowej?

Każdy, kto bawił się frisbee, będzie miał intuicyjne wyobrażenie o tym, jak kąt, pod jakim je rzucasz, determinuje drogę, którą podążają.

Jednak w miarę zmniejszania się frisbee zmienia się fizyka. W niewielkiej skali powietrze staje się gęstsze jak syrop, a bezwładność zaczyna odgrywać znacznie mniejszą rolę. Łatwo więc pomyśleć, że istnieje fundamentalna granica tego, jak małe można zrobić frisbee.

Niezupełnie, mówią Johannes Floss i kumple z Instytutu Nauki Weizmanna w Izraelu. W rzeczywistości dość łatwo jest kontrolować trajektorię wirującej cząsteczki, tak jak frisbee.

W ostatnich latach pojawiło się wiele technik ustawiania cząsteczek w wirującym gazie z precyzyjnie ustawionymi osiami, jak trójwymiarowy układ pływających wierzchołków. Wszystkie te techniki uderzają w cząsteczki starannie przygotowanym impulsem laserowym, aby wprawić je w ruch obrotowy w określony sposób.

Ale jak zamienić te bączki we frisbee? W końcu ruch frisbee jest zasadniczo wynikiem interakcji między wirującym ciałem a powietrzem, ale aerodynamika nie może odgrywać roli na poziomie molekularnym.

Odpowiedź brzmi: Floss i co mają wystrzelić wirujące cząsteczki przez pole elektryczne wytworzone przez inny laser. Pod warunkiem, że pole ma pewien gradient natężenia, będzie odgrywać rolę analogiczną do powietrza w locie frisbee. Kiedy tak się stanie, nachylenie wirujących cząsteczek określi trajektorię, którą przyjmą.

Jak zwracają uwagę Floss i współpracownicy: Podobną technikę stosują gracze Frisbee, którzy precyzują nachylenie wirującego dysku, aby skierować go na parę czekających rąk.

Ta technika frisbee daje niezwykłą kontrolę nad ścieżką, jaką podążają molekuły. Trajektoria zależy od takich czynników jak siła pola, nachylenie rotacji i masa cząsteczki.

Ma to ważne implikacje dla wielu nowych technik, szczególnie w obszarach, w których nie można zastosować jonizacji. Na przykład nanoprodukcja molekularna, w której maleńkie struktury budowane są niemal cegła po cegle, musi wykorzystywać neutralne cząsteczki, ponieważ nagromadzenie ładunku może zniekształcić kształt, a nawet całkowicie uniemożliwić budowę.

Ale być może najważniejszym zastosowaniem, przynajmniej w krótkim okresie, będzie separacja izotopów. Ponieważ trajektoria zależy od masy cząsteczki, technika ta w naturalny sposób oddziela cząsteczki zawierające różne izotopy.

Naukowcy jądrowi będą chcieli zbadać potencjał tej techniki do oddzielania bardziej rozszczepialnego uranu 235 od uranu 238. W ostatnich latach fizycy poczynili ogromne postępy w oddzielaniu tych izotopów za pomocą laserów do selektywnej jonizacji jednego izotopu, pozostawiając drugi neutralny, co pozwala im być oddzielone za pomocą pola elektrycznego.

Konwencjonalne techniki separacji opierają się na gigantycznych wirówkach, które są trudne i drogie w budowie, a zatem tworzą ważną barierę technologiczną, która uniemożliwia krajom aspirującym do energii jądrowej wytwarzanie własnego wysoko wzbogaconego uranu.

Istnieje jednak coraz większa obawa, że ​​wzbogacenie laserowe znacznie ułatwi ten proces. A teraz jest nowa technika, która może jeszcze bardziej ułatwić rozdzielanie izotopów.

To sprawia, że ​​łatwo jest przewidzieć, że molekularne frisbee staną się przedmiotem intensywnego zainteresowania w ciągu najbliższych kilku lat. Ale to, ile usłyszymy o tych przyszłych wydarzeniach, jest znacznie trudniejsze do powiedzenia.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1010.0887 : Molecular Frisbee: Ruch wirujących cząsteczek w niejednorodnych polach

ukryć