Инстаграмм: www.instagram.com/RUKUMELKA/
Сотрудничество: @Svetlana_Ru_Srb
Last updated 1 day, 1 hour ago
Дизайнер / YouTube блогер / Спикер
Студия дизайна - https://inkbureau.ru
Мебель - https://como.salon
YouTube - https://www.youtube.com/c/ShishkinVadim
Last updated 2 months, 2 weeks ago
Пока в качестве атомов антивещества стабильно удается получать только антиводород. А может это и к лучшему?
Мы уже упоминали, что частица и античастица могут родиться одновременно в результате взаимодействия высокоэнергетического гамма-кванта с электромагнитным полем ядра. Этот процесс называется рождением пары.
Но самое интересное, что при столкновении частицы и античастицы происходит обратный процесс: обе частицы исчезнут в «ослепительной» вспышечке света, ну т.е. с образованием двух гамма-квантов, разлетающихся в противоположные стороны.
Этот процесс назвали аннигиляцией. Одними из первых аннигиляцию наблюдали для электрона и позитрона всё в том же 1933 г. знакомые нам французские физики Ирен и Фредерик Жолио-Кюри.
И, возможно, это самый наглядный процесс, демонстрирующий работу самой знаменитой формулы в мире, незабвенной Е = mc^2. Действительно, у нас были объекты: электрон и позитрон, пускай с маленькой, но массой, а получились гамма-кванты, объекты с нулевой массой, несущие большую энергию.
Нет, не так. БОЛЬШУЮ энергию. Если мы аннигилируем один грамм электронов с одним граммом позитронов, то выделится примерно 180 триллионов Дж энергии.
Это столько же энергии, сколько выделится при взрыве 43000 тонн тротила. Этот тротил будет весить примерно, как 250 синих китов. Или это столько же энергии, сколько выделится при сжигании 2-3 олимпийских бассейнов, заполненных бензином.
По-моему впечатляет: 250 китов тротила или моря бензина на одной чаше весов и пара грамм электронов с позитронами на другой.
А, ну и если где встретим свою копию из антивещества, то не спешим с обнимашками.
Итак, если у нас есть антиэлектрон (позитрон), то может есть и антипротон, т.е. протон с отрицательным зарядом?
И действительно есть. Он был открыт в 1955 г. с применением ускорителя протонов американскими физиками Эмилио Сегре и Оуэном Чемберленом. За что последние были удостоены Нобелевской премии несколько лет спустя.
А что насчет нейтрона? Нейтрон же без заряда. Есть у него античастица? Оказывается есть. Отличается она знаком своего магнитного момента.
Примерно с середины 20-го века, с развитием ускорителей античастицы поперли, как грибы после дождя. И, ох, до чего соблазнительной стала идея о том, что вдруг из этих античастиц можно составить атом? Это же будет натуральное антивещество.
В 60-70-х годах на ускорителях элементарных частиц в СССР (группа Юрия Дмитриевича Прокошкина) и США (группа Леона Ледермана) наблюдали образование антиядер антидейтерия (антипротон + антинейтрон), антитрития (антипротон + два антинейтрона) и антигелия-3 (два антипротона + антинейтрон).
Возбужденные атомы антиводорода наблюдали в конце 20-го века. Но нам-то охота «спокойных» антиатомов, чтобы самим их повозбуждать и поизучать.
Впервые их удалось получить в начале нулевых годов в ЦЕРНе. Берем протоны, разгоняем их до околосветовых скоростей на синхротроне и направляем в металлическую фольгу. В результате столкновения получаем разные новые частицы в том числе антипротоны.
Собираем и фокусируем свеженькие антипротоны электромагнитными линзами и направляем в замедлитель. Там ошалелые антипротоны подуспокоятся и их скорость упадет до 0,1 скорости света.
Тем временем наготове у нас лежат радиоактивные материалы, любезно снабжающие нас позитронами, которые мы тоже собираем в пучок.
Всё готово, самое время нарушить главное правило охотников за привидениями и скрестить лучи, ну т.е. пучки антипротонов и позитронов. За один эксперимент получается несколько тысяч атомов антиводорода, самые низкоэнергетические из которых нужно захватить в магнитную ловушку для дальнейших исследований.
В результате в магнитной ловушке оказываются десятки, а порой всего единицы атомов антиводорода. На первый взгляд даже немного забавно, что это уже большое достижение цивилизационного проекта.
В начале-середине 20-го века ученые по всему свету вовсю предсказывали и обнаруживали (или не обнаруживали) всякие элементарные частицы. Не отставал от тренда и английский физик-теоретик Поль Дирак, который в 1928 г. вывел уравнение имени себя. Уравнение описывало движение электрона, но было применимо и для других элементарных частиц.
Ковыряя свое уравнение, Дирак обнаруживает, что теоретически не исключено существование одной хитрой частицы. Свойства у этой частицы должны быть такими же как у электрона, вот только заряд должен быть не отрицательным, а положительным.
Научное сообщество идею Дирака восприняло прохладно, потому что никаких положительных электронов никто никогда и близко не наблюдал. Порешили, что просто математика чудит.
На помощь пришел американский физик Карл Андерсон, который в 1932 г. взял, да и обнаружил этот «антиэлектрон». На тот момент было известно, как электрон движется в магнитном поле. Вооружившись этим знанием Андерсон, решил посмотреть, а как повлияет магнитное поле на движение частиц космических лучей.
И вот обнаружилось, что среди множества частиц встречаются такие, которые двигаются в магнитном поле так, как двигался бы электрон с положительным зарядом. Андерсон назвал частицу «позитроном», а всем остальным пришлось признать, что уравнение Дирака работает как надо.
Неожиданно разобраться с новой частицей посчастливилось французским физикам Ирен и Фредерику Жолио-Кюри (а также независимо от них и английскому физику Патрику Блэкетту). В в 1933 г. им удалось подсмотреть, как она появляется на свет.
Они наблюдали за гамма-квантами от радиоактивного источника. Когда объект их наблюдения попадал в электромагнитное поле ядра атома некоторого вещества могло произойти удивительное событие: сам гамма-квант исчезал, а вместо него, как черти из табакерки, появлялись электрон и позитрон. Этот процесс назвали рождением пары.
В дальнейшем были найдены и другие механизмы образования позитронов. Но именно тогда в науку и фантастику начало проползать понятие загадочного и пугающего «антивещества».
В прошлый раз мы упомянули проблемы хранения водорода, пожаловались на то, как много места он занимает, да еще норовит пролезть в стенки баллона.
А вот последним обстоятельством можно было бы воспользоваться. Раз уж водород всюду лезет, то и будем хранить его в адсорбированном состоянии. Правда для физической адсорбции нам тоже не помешает пониженная температура (хотя и не настолько низкая, как в случае с водородом жидким).
Проблема здесь состоит в том, что водород, держащийся на поверхности некоторой подложки за счет Ван-дер-Ваальсовых сил (а именно они работают при физосорбции), сидит на этой самой поверхности монослоем. Т.е. как только одна молекула водорода села на поверхность, другая сверху уже не сядет.
По этой причине у материала адсорбента должна быть высокая удельная поверхность. Хорошо для этого годятся металлорганические каркасы или цеолиты.
Цеолиты способны наадсорбировать около 0,5 масс. % водорода при комнатной температуре и до 1,5-2% – при пониженной. У металлорганических каркасов показатели повыше: до 1 масс. % при комнатной температуре и 4,5-5% при жидком азоте.
Оригинальным физическим методом хранения водорода является хранение водорода в стеклянных микросферах. Представьте себе целую гору малюсеньких сфер размерами в единицы и десятки микрометров и толщиной стенки не более 1 мкм.
Эту груда «елочных шариков» под давлением «напитывается» водородом, а потом при нагреве способна весь свой поглощенный водород отдать. А отдать микросферы могут довольно много: около 15 кг водорода на кубический метр сфер.
Вот только работать с хрупкими стеклянными сферами в промышленных условиях, да еще транспортировать их – большая проблема. И здесь чуда не случилось. «Будем искать».
Радиоактивность – процесс сложный. Там тебе и альфа, бета, гамма-излучение, и деление ядра. А сегодня мы поговорим еще и про испускание запаздывающих протонов и нейтронов.
Чтобы получился нейтрон, сначала должен пройти процесс отрицательного бета-распада. Отрицательного – не в смысле нигилистического, просто испускаться будет электрон.
Испустившее электрон ядро пребывает в «стрессе», ну т.е. в возбужденном состоянии.
Некоторые из таких стрессующих ядер, вероятно, решив для себя, что побег электрона они терпеть не в состоянии, отправляют за ним вдогонку еще и нейтрон.
Испускание нейтрона всегда следует за испусканием бета-частицы, потому он и зовется запаздывающим. На этом ядро подуспокаивается.
Несмотря на свое немного обидное прозвище такой нейтрон еще может отметиться в дальнейшем, наткнуться на другое ядро и запустить цепную реакцию деления.
Похожая ситуация возникает при положительном бета-распаде, когда испускается позитрон. За ним по тому же принципу последует запаздывающий протон.
Однако радиоактивное ядро способно на штуки и позаковырестей. Советский физик Виталий Гольданский в 1960 г. предсказал двухпротонную радиоактивность, при которой ядро испускает сразу два протона.
Происходит это в ядрах с четным числом протонов. В некоторых случаях ядру бывает проще сбросить сразу пару спаренных протонов, чем эту пару разлучать. Такое вот together forever.
Такую радиоактивность наблюдали почти полвека спустя для изотопа железа – 45Fe.
А самое забавное, что раз у нас есть один механизм радиоактивности, другой механизм радиоактивности, значит недурной идеей будет предположить, что они могут быть совмещены. И в самом деле природа припасла для нас еще и запаздывающую двухпротонную радиоактивность.
Мы как-то говорили о том, что водород довольно энергоемкий. При сжигании 1 г водорода выделяется 142 кДж энергии, при сжигании 1 г бензина – около 45-47 кДж. Но это при пересчете на массу. А вот с объемом всё совсем не так радужно.
Водород – очень легкий и занимает ОЧЕНЬ много места. При обычных условиях 1 кг водорода занимает чуть больше 11 кубометров. Это целая газель с высокой крышей.
Если мы загоним водород в баллон под 200 атм, то он займет чуть больше, чем 56 л. Истратив 1 л водорода из такого баллона, мы получим около 4 МДж энергии. Сравните с 1 л бензина, который дает свыше 30 МДж, да и в баллоны никакие его закачивать не надо.
Пойдем дальше и водород наш охладим, переведем его в жидкое состояние. Тогда из одного литра мы сможем получить уже около 9 МДж энергии.
Вот только беда, на само охлаждение будет расходоваться не меньше половины всей выигранной энергии (а то и почти вся).
Также стоит сказать, что маленький и юркий водород норовит из баллона сбежать. Так протечки бывают даже в криогенных баллонах из высококачественной стали.
Бедные стальные баллоны, заполненные водородом, рискуют заработать себе водородную коррозию. Водород "пробурившийся" в стенку баллона, начинает выискивать карбиды и восстанавливать их, образуя метан. Результатом этого безобразия становится образование трещины в стенке. Поэтому для водородных баллонов сталь лучше выбирать низкоуглеродистую.
Какая уж тут водородная энергетика будущего? Безрадостная что-то складывается ситуация. Или может дело поправимо и надо только докрутить технологию?
Перенесемся на 4 млрд лет назад. Тогда наше Солнце еще не было таким жгучим и палило примерно на треть-четверть слабее, чем сейчас. В таком случае наша прекрасная голубая планета должна была бы быть покрыта льдом.
Подождите-подождите, но 4 млрд лет назад у нас был архейский период, когда было тепло, а в очень даже мокрых и совсем не замерзших морях зарождалась жизнь.
Что же это? Шах и мат, аметисты?
Действительно выглядит как нестыковка, которая даже получила собственное название – «парадокс слабого молодого Солнца».
Объяснений у этой заковыки два.
Первое: предполагается, что в то время на планете как никогда активно действовали вулканы, снабжая атмосферу своими вулканическими газами: метаном и углекислым газом.
Это приводило к тому, что пускай тепла от Солнца было меньше, но задерживалось оно в атмосфере лучше. Поблагодарим, парниковый эффект за наше счастливое детство.
Вторая причина состоит в том, что соленость океанов в то время была выше, предположительно до полутора раз. А это не только понижает температуру замерзания воды, но и влияет на ее циркуляцию, что позволяет, например, более равномерно распределять теплые потоки.
А теперь заглянем также далеко вперед.
Исходя из оценок о том, что светимость Солнца возрастает на 1% каждые 100 млн лет, можно ожидать, что через 3 млрд лет оно станет на треть ярче. Средняя температура при этом станет градусов 60, не меньше. И что же тогда?
Море вздуется бурливо,
Закипит, подымет вой,
Хлынет на берег пустой?
Да, берег к тому времени будет именно, что пустой. По крайней мере от нас.
Но вообще и берега как такового не будет. Уже через 1-1,2 млрд лет вся вода на планете диссоциирует под воздействием ультрафиолетового излучения. Безрадостная картина!
Конечно, на таких временных масштабах это только оценки и предположения, но все равно возникает чувство, что надо бы побольше ценить, что именно сейчас проживаем мы самое цветение своей планеты.
В прошлый раз мы говорили про торф. Лежит он себе такой весь углеродистый, слеживается, никого не трогает. Но на этом путь торфа не заканчивается.
Допустим взяло и образовалось на месте болота – море. И вот всё наше органическое добро постепенно тонет в толще морских отложений.
Попадая в более глубокие слои земной коры, торф испытывает высокие давления и температуры, что приводит к его углефикации. Меняется химический состав материала: всё, что не является углеродом, постепенно проходит на выход.
Оставшийся углерод несмотря на небольшое количество примесей начинает постепенно выстраиваться в характерную структуру графита.
Ископаемое, в котором почти весь углерод перешел в графитовое состояние (до 98%), называют антрацитом. Углефикация в знакомом нам каменном угле прошла на 75-90%.
Проходят многие и многие миллионы лет, море отступает, на местность набегают человеки с лопатами да кирками и начинают заботливо сложенный природой уголь добывать.
До недавнего времени доминировало представление о том, что вот берем органику, закрываем доступ к кислороду, прикладываем давление, нагреваем и сидим ждем у моря ~~погоды~~ угля.
Однако по последним данным в образовании угля могут принимать участие и микроорганизмы, которые не прочь пожить в суровых подземных условиях – термофилы.
Эти ребята откусывают от угля метоксильные группы (ОСН3) и производят метан, который скапливается в угольных пластах.
Вообще есть целая группа микроорганизмов – экстремофилов, которые предпочитают жить там, «куда Макар телят не гонял». Некоторые из них обнаруживаются на глубине до 4 км.
Невольно вспоминаются фильмы, где всякие годзиллы и прочие кинг-конги живут себе в подземных мирах и горя не знают.
Топи да болота,
Синий плат небес.
Хвойной позолотой
Взвенивает лес
По-моему, болота имеют своё очарование. Тоскливые, унылые, но в то же время таинственные и диковинные. Опять же клюква с брусникой. Однако помимо ягод есть на болотах вещи и позначительнее. Вот скажем торф.
В лесах да на полянках растительность, отжившая своё, остается на поверхности и со временем попадает в верхние слои почвы. Под воздействием кислорода в воздухе вчерашние веточки и листочки бодро разлагаются.
Другая ситуация происходит на болотах, где растительности тоже хватает. Вот только после выхода ее (растительности) срока службы она попадает в болотистые воды. И там происходит торфообразование.
В обычном пресном водоёме концентрация кислорода варьируется от 4 до 6 мг/л. В болоте она легко может быть ниже 1 мг/л. Болото – не маршрутка, и в нем форточку не открыть, вот и приходится зелени томиться в недостатке кислорода.
В таких условиях растительность не может разложиться полностью и постепенно превращается в черную, темно-коричневую массу – торф. Массовая доля растительности, которая превращается в торф, варьируется от 8 до 33%, остальное усваивается живыми организмами, минерализуется или отлетает в виде углекислого газа.
Если в обычных условиях кислород с легкостью отхватывает углероды от отмершего растения с образованием СО2, то при недостатке кислорода гораздо большая доля углерода сохраняется. Жирненькая на углероды органика замечательно горит. А значит торф стоит добывать.
С торфом вышла интересная история: он пережил пик своей популярности, выражавшейся в рекордной добыче в 80-х годах 20-го века – почти 400 млн т в год, тогда как сегодня его добывают в 20 раз меньше. Работать с углем и газом банально выгоднее.
А еще торфяные болота – это буквально естественный способ складирования углекислого газа. Может ну его это этот сarbon capture and storage, разведем болот на все и нормально? Клюквы-то сколько будет!
Если кто увлекается рукоделием, работает с деревом или занимается металлографией, то наверняка держал в руках абразивную бумагу, попросту говоря «шкурку». На каждой такой шкурке нанесена на первый взгляд загадочная маркировка: Р60, Р180, Р320 и т.д.
Чем выше номер, тем поверхность бумаги более гладкая, чем ниже – тем более шершавая. Если бумага гладкая, значит частички абразива настолько маленькие, что мы с трудом можем почувствовать пальцем, как они выпирают из связующего слоя на бумаге. Если шероховатая, то всё – наоборот.
Но почему с уменьшением размера частиц нумерация возрастает? Дело в том, что она отражает не размер частиц абразива, а число ячеек в сите, приходящееся на один квадратный дюйм его поверхности. Имеется в виду в сите, через которое был просеян абразивный порошок при его нанесении на бумагу.
Чем больше этих ячеек в сите, тем выше номер в маркировке и тем меньше будет размер (зато больше количество) частичек абразива.
Самая «мелкая» бумага, с которой мне доводилось работать – Р5000 снабжена частицами абразива размером всего 2-3 мкм. И ей нередко приходилось пользоваться, когда нужно было вывести зеркальную поверхность шлифа.
Вообще процесс шлифовки/полировки в металлографии считается одним из наименее регламентированных (так прямым текстом пишут в специализированных книжках) и наиболее приближенных к «искусству». Склонен с этим согласиться, т.к. иначе сложно объяснить, почему в одних случаях шлиф получается на раз-два, а в других выводится долгими часами.
Инстаграмм: www.instagram.com/RUKUMELKA/
Сотрудничество: @Svetlana_Ru_Srb
Last updated 1 day, 1 hour ago
Дизайнер / YouTube блогер / Спикер
Студия дизайна - https://inkbureau.ru
Мебель - https://como.salon
YouTube - https://www.youtube.com/c/ShishkinVadim
Last updated 2 months, 2 weeks ago