Ученые недавно разработали самый быстрый в мире водонагреватель, который обладает такой мощностью, что он может нагревать воду от комнатной температуры до 100 000 градусов по Цельсию менее чем за десятую часть пикосекунды или миллионную долю секунды. Исследователи выбросили молекулы воды мощным рентгеновским лучом, чтобы создать экзотическое состояние воды. Исследования, проведенные в Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики, помогают ученым лучше понять особенности, наблюдаемые с водой при различных температурах и далеко за пределами ее точки плазмы.
Печи и духовки являются наиболее традиционными методами нагрева, которые обычно используются. В течение тысяч лет люди нагревали различные объекты, передавая тепло от одного объекта к другому. Микроволновая печь улучшила процесс с интересной техникой, излучением. Точнее, микроволновое излучение. Микроволны являются формой электромагнитного излучения, которая обычно используется в радио, телевидении и сотовых устройствах, среди многих других устройств. Микроволны не способны удалять атомы из своих электронов. Внутри микроволновой печи волны работают на частотах, которые мгновенно поглощаются молекулами воды. Каждая молекула поглощает волны и заставляет их вибрировать. Энергия, которую они получают оттуда, поглощается окружающими молекулами, заставляя молекулы-мишени вибрировать. Затем энергия распространяется по всему объекту, вызывая повышение его температуры.
Последняя система основана на механизме, который на первый взгляд напоминает традиционную микроволновую печь. Электромагнитные волны попадают в водоем, который изначально мгновенно поглощает энергию. Калеман, главный исследователь Центра свободных лазерных исследований электронов, сказал: «Это, конечно, не обычный способ кипятить воду. Обычно, когда вы нагреваете воду, молекулы будут все сильнее и сильнее дрожать ». Это не обычная техника для нагрева воды. Когда температура быстро повышается, электрон в молекулах становится слишком возбужденным, чтобы ядро могло их удержать. Электроны высвобождаются из атома и оставляют после себя пару водорода и одну частицу кислорода в виде положительно заряженных частиц.
Процесс повторяется несколько раз, в результате чего масса воды быстро накапливает положительный заряд. Положительные заряды в воде отталкивают друг друга и заставляют двигаться в противоположных направлениях. Это приводит к массивному выделению энергии в форме тепла. Калеман сказал: «Наше отопление принципиально другое. Энергичное рентгеновское излучение удаляет электроны из молекул воды, тем самым разрушая баланс электрических зарядов. Тогда внезапно атомы чувствуют сильную отталкивающую силу и начинают бурно двигаться ». Менее чем за 75 миллионов долей миллиардной секунды вода меняет свою фазу с жидкой на плазменную. Тем не менее, изменения происходят так быстро, что у воды нет возможности выпариться. Олоф Йонссон, соавтор исследования, сказал: «Хотя вода превращается из жидкости в плазму, она все еще остается при плотности жидкой воды, поскольку атомы еще не успели значительно переместиться. По своим характеристикам он похож на некоторые плазмы Солнца и газового гиганта Юпитер, но имеет меньшую плотность. Между тем, оно горячее, чем ядро Земли “.
Благодаря исследованиям ученый надеется лучше понять, как вода взаимодействует с окружающей средой. Эта конкретная ниша исследования основана на веществе, которое необходимо для нашего существования. Nicusor Timneanu, соавтор сказал: «Исследование дает нам лучшее понимание того, что мы делаем с различными образцами. Также важно учитывать их наблюдения при разработке методов визуализации отдельных молекул или других мелких частиц с помощью рентгеновских лазеров ». Йонссон сказал: «Вода действительно является странной жидкостью, и если бы не ее особенные характеристики, многие вещи на Земле не были бы такими, какие они есть, особенно жизнь».
