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Beobachtung der Molekulardynamik chemischer Reaktionen in Echtzeit

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Ein laufendes NIST (Nationales Institut für Standards und Technologie) Das Projekt nähert sich einem der dringendsten Ziele der modernen Wissenschaft: Die Fähigkeit, die detaillierte Dynamik chemischer Reaktionen zu beobachten - auf der räumlichen Skala von Molekülen, Atomen und Elektronen sowie auf der Zeitskala von Pikosekunden oder noch kürzer.

Die Forscher haben eine äußerst ungewöhnliche, kompakte und relativ kostengünstige Röntgenquelle für ein Bildgebungssystem entwickelt und demonstriert, mit der bald die Art von „molekularen Filmen“ hergestellt werden kann, die Wissenschaftler und Ingenieure benötigen. "Ich glaube, dass wir in der Lage sein werden, interatomare Abstände mit einer Genauigkeit unter dem Angström zu messen", sagt er Joel Ullom von der Quantum Devices Group in der PML-Abteilung für Quantenelektronik und Photonik, Principal Investigator für das Verbundprojekt und Leiter des Teams, das die Röntgenquelle erstellt hat. "Und wir werden in der Lage sein, Aktivitäten auf atomarer Ebene mit Pikosekundenauflösung während chemischer Reaktionen zu beobachten."

Die "Röntgenquelle ist ein neuartiges Tischsystem, das Pikosekundenpulse von Röntgenstrahlen erzeugt, ein heiliger Gral unter Wissenschaftlern, die versuchen, die präzise Echtzeitbewegung von Elektronen, Atomen und Molekülen aufzuklären", sagt er Marla Dowell, Leiter der Sources and Detectors Group von PML. "Letztendlich wird dieser Tischansatz in der Lage sein, sich mit weitaus teureren und aufwändigeren Synchrotron-Techniken zu messen."

Das Funktionsprinzip beginnt mit einem gepulsten Infrarot (IR) -Laserstrahl, der in zwei Teile geteilt wird. Der erste Teil dient zur Photoanregung eines untersuchten Materials und startet eine chemische Reaktion. Der zweite Teil wird in eine Vakuumkammer geleitet, über der sich ein Wasserreservoir befindet, dessen winzige Öffnung zur Kammer führt. Wasser wird in einem 0,2 mm breiten Strahl in die Kammer gezogen und der Laserstrahl wird auf das strömende Wasserstrahlziel fokussiert.

[caption id = "Anhang_1198" align = "aligncenter" width = "300"] Nahaufnahme eines Wasserstrahlziels (vertikale Linie, ~ 0,2 mm breit) zur Erzeugung von Pikosekunden-Röntgenpulsen. [Bildquelle: Jens Uhlig][/Bildbeschriftung]

„Dadurch wird ein Plasma auf dem Ziel entzündet“, sagt Ullom, „und einige der Elektronen aus der Ionisation werden - aufgrund der sehr großen elektrischen Felder des Lasers - zurück in das Wasserziel beschleunigt. Dort erfahren sie die gleiche abrupte Verzögerung wie Elektronen in einer herkömmlichen Röntgenröhre. Der IR-Strahl hat sehr wenig Energie pro Photon. Was sich jedoch aus der Interaktion mit dem Ziel ergibt, sind Röntgenstrahlen mit Energien 10.000 mal höher. Dann kollimieren wir den Röntgenstrahl so, dass er auf die interessierende Probe trifft. “ Die Röntgenstrahlen passieren dann die Probe und gelangen in eine separate Kryokammer, in der supraleitende Röntgendetektoren das Absorptionsspektrum aufzeichnen.

Im September zeigte das Team, dass die Röntgenquelle über erhebliche Zeitintervalle stabil war. Der nächste Schritt besteht darin, damit Wissenschaft zu betreiben. "Wir sind sehr an photoaktiven Materialien, Komponenten für Solarzellen der nächsten Generation und Katalysatoren interessiert", sagt Ullom. "Wir werden mit Modellsystemen beginnen und von dort aus fortfahren.


Schau das Video: ARTEN VON GASBRENNERN. (Juli 2022).


Bemerkungen:

  1. Eadlyn

    Die Eigenschaften stützen sich

  2. Kishakar

    Tut mir leid, dachte ich, und lösche die Nachrichten

  3. Pityocamptes

    Du liegst absolut richtig. Darin ist mir auch etwas angenehm diese Vorstellung, da stimme ich dir voll und ganz zu.

  4. Farry

    Ich bin endgültig, es tut mir leid, aber ich schlage vor, eine andere vorbei zu gehen.

  5. Mathers

    Matchloses Thema, es ist für mich interessant :)

  6. Bak

    Ich denke, Sie geben den Fehler zu. Ich kann es beweisen.



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