Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №32/2004

НОВОСТИ НАУКИ

Ионизация ксенона

Возможно, кто-то воспримет это как химический оксиморон (греч. – остроумно-глупое), т.е. соединение несочетаемого. Примеры: «горячий снег», «средний оптимум», «живой труп» и т.д. Мы с химического детства знаем, что атомы благородных газов имеют идеальную электронную оболочку, которая...
И все же каждый элемент, в том числе и ксенон, характеризуется ионизационным потенциалом, который в случае ксенона равен всего лишь 12,1 эВ. Поэтому ксенон ионизируется фотонами лазерного света с энергией 12,7 эВ. Но это происходит с отдельными атомами ксенона.
А в Гамбурге сотрудники научного центра с помощью мощного синхрофазотрона осуществили ионизацию ксеноновых кластеров, т. е. «гроздей» атомов, использовав для этого весьма кратковременные импульсы мягких рентгеновских лучей, генерируемых знаменитым лазером на свободных электронах.
Преимущество использования рентгеновских лучей – в их чрезвычайно малой длине волны, что позволяет им легко проникать сквозь тело человека или чемоданы в аэропорту на таможенном контроле. Ионизацию одиночного атома ксенона осуществляет отдельный фотон. Ксеноновые же кластеры поглощают до 400 эВ энергии, т.е. в среднем около 30 фотонов. Столь мощное поглощение приводит к «перегреву» кластера: его атомы, поглотив достаточное количество энергии, испускают электроны, а сам он мгновенно распадается в результате кулоновского «взрыва».
Лазер на свободных электронах обладает тем преимуществом, что способен усиливать спонтанную (случайную) эмиссию коротковолновых источников рентгеновского излучения. К числу достоинств такого лазера относятся также кратковременность импульсов, высокая энергия пиков, необычайная когерентность излучения. Столь благоприятное сочетание желательных свойств используется учеными наряду с высокой чувствительностью метода ядерного магнитного резонанса для непосредственного изучения механизмов химических реакций, а также конформаций биомолекул.
В Гамбурге ионизацию ксеноновых кластеров осуществляли с помощью импульсов продолжительностью около 100 фемтосекунд (1 фс = 10–15 с) с длиной волны 98 нанометров
(1 нм = 10–9 м). Плотность ионизирующего энергетического потока составляла 7•1013 Вт/см2.
В результате такого мощного воздействия рентгеновских импульсов на кластер положительно заряженные ионы ксенона распределялись вперемешку с электронами, т.е. образовывалась плазма.
Исследователи намереваются продолжить изучение процесса ионизации кластеров с помощью еще более коротких по времени импульсов. Вполне возможно, что получение плазмы таким способом приблизит нас к овладению термоядерным синтезом…

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Nature, 2002, № 6915, p. 482)