Успехи в создании боеприпасов направленного взрыва, в первую очередь кумулятивных, породили вопрос — а нельзя ли создать направленный ядерный заряд?
Александр Грек, Александр Прищепенко
В Советском Союзе действительно нашлись шарлатаны, приводившие «простые и понятные» доводы: если в кумулятивном заряде несколько килограммов взрывчатки пробивают метр брони, то 10 килотонн уж наверняка на 10 000 км дырку сделают! И если в подземной шахте такой «кумулятивный» заряд правильно заложить, то будет возможно поражать американские бункеры, пробив насквозь земной шар! В данном случае победу одержали люди, имеющие хотя бы небольшие познания в физике, и проект финансирования не получил. В неядерных кумулятивных боеприпасах все важные события происходят на расстояниях, сравнимых с размерами их заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции она бессмысленна: вблизи заряда металл превратится в плазму, а рекомбинировав — в газ, хотя поначалу и плотный.
Не имеет смысла
Вблизи взрывающейся плутониевой сборки тоже в определенной мере возможно направить энергию, что и делают в термоядерных зарядах, чтобы максимально нагреть ампулу с дейтеро-тритиевой смесью. А вот «дальнодействующий» ядерно-кумулятивный боеприпас — плод воспаленного воображения людей, далеких от оружейной физики.
Попробуем объяснить это на примере из обычной баллистики. Внимательно рассмотрим снимок, на котором запечатлена ударная волна, «выгоняемая» из ствола движущейся в нем пулей. Пуля — идеальный поршень, она гонит воздух перед собой только вперед. Если бы мы нашли способ сделать подобное при ядерном взрыве, то заставили бы двигаться всю нагретую радиационной диффузией плазму только в одном направлении, получив идеальный направленный взрыв. Однако вернемся к пуле. Пуля вытесняет из ствола воздух со сверхзвуковой скоростью, так что на фронте течения сразу образуется ударная волна. А дальше с нагретым и сжатым воздухом происходит то же, что и со всеми газами: он начинает перетекать в области с более низким давлением. Из-за растекания на теневом снимке видно некое подобие усеченного конуса с выпуклым дном, он состоит из турбулентного газа; высота конуса пропорциональна поступательной скорости газа, а основание — скорости его растекания в радиальных направлениях. А вот форма ударной волны, сформированной этим потоком даже на небольшом расстоянии от ствола, — сферическая. Диаметр отверстия, из которого происходит истечение, — характерный размер источника возмущения — можно оценить: это размер линии пересечения газового конуса с дульным срезом ствола. Сколько таких характерных размеров уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десяток? Заведомо меньше сотни.
Вернемся к ядерным зарядам. Примем характерный размер боевого блока равным метру (на самом деле он меньше). Значит, на выигрыш в плотности энергии ударной волны можно рассчитывать на дистанциях менее сотни метров от подорванного боевого блока. Но в пределах этого радиуса такой боевой блок и без всякой кумуляции гарантированно уничтожит шахту, в которой базируется межконтинентальная баллистическая ракета противника, а много ли существует более стойких к ударной волне целей? На еще больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет и вовсе ничтожной, незаметной точкой, и «растаскивание» энергии приведет к строгой сферической симметрии ударной волны. Идеально сфокусированный вначале в одном направлении ядерный взрыв станет практически неотличим от обычного, ненаправленного. Не поможет и металлическая облицовка: вблизи заряда металл превратится в плазму, а та, рекомбинировав, — в тот же газ, хотя поначалу и плотный.
Лазерный меч космического базирования
Тем не менее направленное ядерное оружие не только возможно, но и реально испытано. Это рентгеновский лазер с ядерной накачкой. И появлению его мы обязаны пресловутой СОИ — программе Стратегической оборонной инициативы, развернутой в США в 1980-х и направленной на перехват советских баллистических ракет. Учитывая огромные скорости боевых блоков в космосе, идеальным оружием для перехвата боеголовок считались лазеры, способные поражать цели буквально со скоростью света. Недостатков у лазеров было два: малая мощность и расходимость пучков. Какой бы ни была мощность, но если на мишень падает пучок излучения диаметром в несколько километров, польза от такого лазера нулевая — разве что дальномер из него сделать…
Бороться с расходимостью пучков можно только одним способом — уменьшая длину волны. Однако из фундаментальных законов физики следует, что чем короче длина волны, тем сложнее осуществить квантовое усиление излучения, или, говоря человеческим языком, построить лазер. Первые квантовые усилители (мазеры), созданные в далеких 1950-х, работали в радиодиапазоне (довольно длинные волны), через десятилетие появились работающие в оптическом диапазоне лазеры. А еще через десятилетие сформировалась теоретическая и экспериментальная база для создания лазера в рентгеновском диапазоне. Однако для использования такого лазера в качестве пушки для стрельбы по боеголовкам требовалась фантастическая энергия накачки. Дать ее мог только ядерный взрыв.
Одноразовый лазер
Идея рентгеновского лазера с ядерной накачкой неочевидна, парадоксальна и одновременно красива, как и многие другие идеи в ядерном оружии. Если близко от ядерного взрыва находится длинный и тонкий металлический стержень, то мощное излучение мгновенно превратит его в полностью ионизированную плазму, что и требуется для рабочего тела рентгеновского лазера. Само собой, плазма начнет расширяться со скоростью 50 км/с, что очень быстро для нас, но очень медленно для процессов лазерной накачки. Если начальный диаметр стержня составит доли миллиметра, то потребуется около 30 наносекунд (прямо нанотехнологии какие-то), чтобы создать условия для возникновения индуцированного излучения продолжительностью импульса не более наносекунды. За это время диаметр расширяющегося стержня еле превысит миллиметр.
Чистая физика
Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант света. Благодаря этому явлению мы видим пламя — и костра и факела ракетного двигателя. Кроме самопроизвольных переходов с одного энергетического уровня на другой, могут произойти и вынужденные, обусловленные действием на атом падающего на него излучения. Само¬произвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении — с более высоких уровней на более низкие. Вынужденные переходы могут происходить как в одном, так и в другом направлении. В случае перехода на более высокий уровень атом поглощает падающее на него излучение. При вынужденном переходе с одного из возбужденных уровней на более низкий энергетический уровень происходит излучение атомом фотона, дополнительного к тому фотону, под действием которого произошел переход. Это дополнительное излучение называется вынужденным (или индуцированным). Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами. По частоте, фазе и поляризации оно совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность вынужденного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами. Эйнштейн в 1917 году показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуцированного излучения обратно пропорционально кубу длины волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части электромагнитного спектра. Для таких коротких волн требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много! Рентгеновские лазеры — импульсные, с малой длительностью генерации. При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной. Когда плазма после ядерного взрыва начинает охлаждаться, быстрее других частиц охлаждаются электроны. После достаточного понижения температуры электронов, начинается процесс рекомбинации. Для некоторых уровней при этом и реализуются индуцированные переходы, из-за чего такой тип лазера называют рекомбинационным. Плотность электронов не должна быть слишком высокой, чтобы обеспечить условия инверсной населенности. Дело в том, что с увеличением энергии состояния населенность уровня — количество атомов в этом состоянии — уменьшается. Число переходов между двумя уровнями пропорционально населенности исходного уровня. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощение волны накачки может и преобладать над вынужденным излучением, так что волна накачки при про¬хождении через вещество ослабляется. Для усиления же нужно, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Такое возможно для атомов таких элементов, как железо, цинк, медь. Длины волн квантов, излучаемых при индуцированных переходах в этих элементах — немногим более десятка ангстрем. Подобное, очень «мягкое», излучение поглощается в субмикронных слоях металлов, так что механизм поражения им цели — тепловой взрыв на ее поверхности. Но малая длина пробега — и недостаток: поглощение в воздухе тоже значительно, поэтому и войны с применением такого поражающего фактора задумали затевать в космосе.
Какая бы то ни было оптика бесполезна для формирования, фокусировки и усиления рентгеновского излучения. Все определяется отношением поперечных размеров среды к продольным, то есть в конечном счете физическим размером исходного металлического стержня. Исходя из этого, можно посчитать совершенно секретные размеры совершенно секретных рентгеновских лазеров. Про толщину стержня мы уже писали, ну а длина определяется плотностью энергии воздействующего излучения, проще — мощностью ядерного взрыва. Необходимо, чтобы самый удаленный от заряда край стержня был бы полностью ионизован, став прозрачным для излучения. Для ядерного взрыва мощностью 30 кт этим условиям удовлетворяет длина стержня около 10 м. Ну а при такой длине сохраняющий форму стержень слишком уж тонким — намного меньше 1 мм — и не сделаешь.

Последняя версия рентгеновского лазера с ядерной накачкой У концепции рентгеновских лазеров с ядерной накачкой масса уязвимых мест. При многонаправленной архитектуре, какая применяется в «Экскалибуре», это множественные системы наведения, которые сами по себе чрезвычайно дороги. Однонаправленные «пучковые» лазеры обходятся одной системой наведения, но сталкиваются с другими проблемами. Во-первых, стержни должны быть уложены абсолютно параллельно, чтобы пучок не дал расхождения на сотнях километрах. Во-вторых, хотя сам ядерный взрыв не успеет повредить стержни, обычная взрывчатка, которой обжимают плутониевую сборку до взрыва, сделает это легко. И как с этим бороться, пока непонятно.
Ежик в космосе
Проект космического рентгеновского щита курировался легендарным «отцом» американской водородной бомбы Эдвардом Теллером и носил говорящее название «Экскалибур». Подобно мечу короля Артура, он должен был точными ударами разить вражеские боеголовки. В считаные секунды после старта советских ядерных ракет с американских субмарин стартовали противоракеты, раскрывавшие в космосе своеобразный занавес из рентгеновских лазеров. Каждая противоракетная боевая станция «Экскалибура» представляла собой около сотни подвижных металлических стержней рентгеновских лазеров, смонтированных вокруг ядерного заряда.
Каждый стержень был объединен с персональной системой захвата цели и наведения на основе небольшого телескопа. После выбора целей и наведения на каждую из них по нескольку стержней ядерный заряд подрывался, а рентгеновские лазерные лучи «ударяли» по ракетам. По расчетам, каждый стержень мог излучить энергию в 5−6 кДж на расстояние в 100 км.
Негусто и недалеко. Поэтому, тщательно взвесив все «за» и «против», американцы остановились на варианте поскромнее: образовали из всех стержней цилиндр, окружающий заряд, забыв о поражении многих целей одним взрывом — поразить бы одну!
26 марта 1983 года в подземной шахте на полигоне в штате Невада в рамках программы Cabra был произведен первый, и пока единственный, взрыв рентгеновского лазера с ядерной накачкой мощностью в 30 кт. Из этой огромной энергии лишь жалкие 130 кДж перепали острию «Экскалибура». Выпад с таким мечом получился бы не таким уж и дальним, потому что пучок излучения расходился существенно: через каждые 10 м — на доли миллиметра, а через 100 км — почти на десяток метров.
Вместо чудо-оружия получился пшик — в самом идеальном случае на одну боеголовку надо было потратить как минимум одну ядерную противоракету. А если учесть, что многие ракеты несут несколько боеголовок и вдобавок существует куча ложных целей… Да и не так просто вывести цель из строя лучом лазера, пусть даже и рентгеновским, ведь современные боеголовки способны выдерживать близкие ядерные взрывы. К тому же последовавший за первым экспериментом мораторий на ядерные испытания и вовсе перевел задачу создания рентгеновских лазеров с ядерной накачкой в область теоретических изысканий. О чем, признаться, мы особо и не жалеем. Статья «Ежик в космосе» опубликована в журнале «Популярная механика» (№10, Октябрь 2009).
Источник: https://www.popmech.ru/

Теломераза — особый фермент в организме человека, от которого зависит формирование стволовых клеток. Но если теломераза «выходит из строя», организм дает мощный сбой. Он проявляется либо в преждевременном старении, либо в возникновении раковых заболеваний. Чтобы раковые клетки в объеме 90 процентов оказались в благоприятной среде и выжили, им требуется нарушение активности фермента.
Ученые из Университета штата Мичиган провели исследование, наблюдая активность теломеразы на уровне одной молекулы с максимальной точностью. Таким образом они смогли лучше понять действие жизненно важного фермента для лечения рака.
Но разобраться с активностью теломеразы без использования уникального оборудования было бы невозможно, в этом специалистам помог оптический пинцет. Этот прибор использует мощные лазеры, создающие небольшие силы, обладающие способностью продвигать или удерживать определенные микроскопические объекты — нити ДНК, к примеру, или ферменты.
Метод использования оптического пинцета позволил вынимать «детали» из фермента и наблюдать за их работой в режиме реального времени. Благодаря этому способу ученые смогли выяснить, что по мере деления стволовых клеток хромосомы могут постепенно удлиняться. Каждый конец хромосомы при этом завершается одноразовым буфером повторяющихся последовательностей ДНК, который называется теломером.
Теломераза присоединяется к теломеру и заменяет множество последовательностей, которые теряются в момент репликации. Ранее наука считала, что фермент может делать прогрессивные расширения только за один шаг, но теперь стало ясно: теломераза остается в контакте с буфером и выравнивает правильную последовательность.
По сути, это некий ремень безопасности, который прикреплен к хромосоме. В будущем ученые планируют ингибировать теломеразу непосредственно в раковых клетках, не влияя на стволовые.
Источник: https://ekovolga.com/

Физики научились генерировать лазерные импульсы сверхмалой длительности, которые позволят исследовать электронные процессы в веществе и управлять ими
Химические реакции и другие сложные явления, происходящие в жидкостях и твердых телах, определяются их электронной структурой и движением электронов. Это очень быстрые процессы. Например, в атоме переход электронов из одного состояния в другое из-за поглощения фотона солнечного света происходит в чрезвычайно короткий отрезок времени, обычно всего несколько сотен аттосекунд (1 аттосекунда = 10 -18 с). Это настолько маленькое время, что свет с его огромной скоростью в 300 000 км/с за одну аттосекунду проходит расстояние всего лишь соответствующее типичному размеру атома.
Для изучения таких сверхбыстрых процессов нужен инструмент, способный реагировать примерно на порядок быстрее, чем собственно происходит сам процесс. Только световые лазерные импульсы со сравнимой длительностью могут быть использованы для получения снимков этого движения, тем самым позволяя его исследовать. Чем меньше их длительность, тем более быстрые процессы можно с их помощью изучать и управлять ими. Соответственно электромагнитное излучение лазера должно иметь очень высокую частоту и малую длину волны.
Электроны очень чувствительны к внешним полям, и ими можно легко управлять с помощью облучения световыми импульсами. Способность вовремя формировать нужное электрическое поле аттосекундного импульса приводит к возможности управлять процессами, в которых участвуют электроны. Это очень перспективная технология, находящаяся на грани доступного для современной физики, но обещающая предоставить новые подходы для управления химическими реакциями и для разработки электронных устройств, которые будут намного быстрее, чем используемые в настоящее время.
Подходящие интенсивные импульсы в широком диапазоне частот генерируют так называемые рентгеновские лазеры на свободных электронах, но их длительность до сих пор превышала 10 фемтосекунд (в одной фемтосекунде — 1000 аттосекунд). Так что перед физиками стояла трудная задача: заставить лазеры на свободных электронах генерировать более короткие импульсы, причём с заданными свойствами. Она тесно связана с проблемой диагностики формы и длительности таких импульсов.
Эту задачу решила международная команда исследователей, в которую вошли и российские физики. Сотрудники НИИЯФ МГУ Алексей Грум-Гржимайло и Елена Грызлова внесли определяющий вклад в теоретическое обоснование метода, экспериментально реализованного международным коллективом из нескольких стран на пока единственном в
мире рентгеновском лазере на свободных электронах FERMI (Триест, Италия), обладающем временной когерентностью.
Разработанный принцип генерации аттосекундных импульсов ультрафиолетового диапазона можно пояснить на примере звуковых сигналов. Если наложить друг на друга звуки от двух гитарных струн, то можно услышать биения громкости, то есть суммарное колебание будет иметь изменяющуюся со временем амплитуду.
Можно так подобрать колебания нескольких струн и относительные фазы (задержки) этих колебаний, что биения будут иметь вид коротких всплесков громкости с длительным периодом почти тишины между ними. Упомянутая выше временная когерентность на «гитарном языке» означает, что аккорд на этих струнах долго звучит без искажений даже при больших задержках.
Но для реализации такого сценария нужно настроить струны так, чтобы частоты их колебаний относились друг к другу, как целые числа. Роль струн в лазере на свободных электронах играют устройства, называемые ондуляторами. Они представляют собой последовательность («гребёнку») магнитов, проходя которые электронные сгустки, создаваемые линейным ускорителем, производят импульсы электромагнитного излучения. Несколько ондуляторов генерируют излучения нужных частот. Их фазы регулируются задержками электронных сгустков во времени.
Диагностика и настройка формы получающейся цепочки электромагнитных импульсов длительностью в несколько сотен аттосекунд — еще более сложная проблема. Для этого излучение от ондуляторов и инфракрасный лазерный свет определённой оптической частоты направляются на мишень (в данном случае — это газ из атомов неона). Вылетающие из атомов мишени под действием излучения электроны группируются по энергии в изолированные пики. В относительных интенсивностях этих пиков и закодирована информация о характеристиках генерируемых аттосекундных импульсов.
Проведённое исследование впервые открывает доступ к программируемым аттосекундным сигналам высокой интенсивности и путь для изучения сверхбыстрых нелинейных электронных процессов и управления ими. Это открывает новые возможности для исследований в области структурной биологии, драг-дизайна (направленного конструирования лекарственных препаратов) и медицины.
А, например, в твердых образцах аттосекундные волны, переводя электроны из внутренней зоны в зону проводимости, дадут возможность исследовать эффекты диффузии и релаксации с аттосекундным разрешением. Разработанный метод может быть внедрен и развит на других рентгеновских лазерах на свободных электронах с временной когерентностью. Проведённое исследование также повлияет на планирование и разработку новых лазеров на свободных электронах по всему миру.
Результаты, опубликованные в журнале Nature , стали возможными только благодаря тесному сотрудничеству между группой университета Фрайбурга (Германия), лаборатории Elettra (Италия), российскими теоретиками, а также теоретиками и экспериментаторами из США, Германии, Италии, Австрии, Словении, Венгрии, Японии и Швеции. По материалам МГУ и лаборатории Elettra
Источник: https://www.nkj.ru/

Принцип работы лидарных датчиков заключается в отражении света лазеров от окружающих объектов и создании трехмерного облака точек. Первый современный трехмерный лидар был создан для конкурса DARPA Grand Challenge 2005 года, основного конкурса среди беспилотных автомобилей.
В наши дни многие эксперты продолжают рассматривать лидары в качестве ключевой технологии для беспилотных машин.
Оригинальный лидар 2005 года, созданный компанией Velodyne, имел вертикальный массив из 64 лазеров, которые вращались на 360 градусов, и каждый лазер в массиве должен быть тщательно выровнен с соответствующим детектором. Эта сложность привела к тому, что цена достигла $75 000. В наши дни высококлассные лидары по-прежнему стоят десятки тысяч долларов.
Сейчас десятки стартапов пытаются создать более дешевые лидары. Многие из них пытаются снизить цену, используя один лазерный луч, который сканируется в двухкоординатной модели.
Однако другие компании, работающие с лидарами, двигаются в другом направлении: они строят лидары с тысячами лазеров. Компания Sense продает лидары с 11 000 лазеров по цене $3000. Другая компания под названием Ibeo работает над лидаром, в котором будет более 10 000 лазеров.
Для ясности отметим, что новый лидар от Ibeo еще не выпущен, а потому мы не знаем насколько хорошо он будет работать, а показатели лидаров от Sense далеки от производительности лучших лидаров от Velodyne. Дальность лидаров от Sense – от 15 до 40 метров, в то время как некоторые модели Velodyne работают на расстоянии 200 метров.
Тем не менее, генеральный директор Sense Скотт Берроуз говорит, что их компания только начинает свою работу.
Источник: http://www.nnonewsnet.ru/

Команда исследователей из Университета Центральной Флориды и Техасского университета в Далласе впервые создала полые функциональные наноматериалы, которые могут быть использованы для создания высокочувствительных биосенсоров для скрининга рака на ранних стадиях. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
Полые наноматериалы обладают хорошими оптическими свойствами, благодаря чему их можно использовать для разработки улучшенных тест-систем для раннего выявления заболеваний. В настоящее время такие технологии зачастую недостаточно чувствительны для обнаружения маркеров различных типов рака. Но новый метод, созданный американскими учеными, может изменить это.
В обычных тест-системах наночастицы золота часто используются в качестве маркеров. Они соединены с антителами и могут быть легко обнаружены из-за оптического явления, называемого локализованным поверхностным плазмонным резонансом (ЛППР). Новый метод позволяет создавать полые материалы с такими свойствами.
По сравнению с твердыми аналогами такие наноструктуры обладают гораздо более сильной активностью ЛППР, благодаря чему создают более интенсивный цветовой сигнал. Поэтому при использовании таких частиц возможно повысить предел обнаружения, например, онкомаркеров, из-за увеличения интенсивности излучаемого света.
Авторы смогли создать такие полые материалы на основе серебра, золота, палладия и платины. Они также изготовили из них сенсоры, которые смогли определить присутствие в среде онкомаркера рака предстательной железы в концентрации до 0,1 нанограмма на миллилитр. Исследователи надеются, что их платформу для синтеза полых наноматериалов можно будет использовать не только для создания биосенсоров, но и в других областях.
Источник: https://indicator.ru/

Впервые физикам удалось «удержать» отдельные атомы на месте, чтобы наблюдать их уникальное взаимодействие Как сообщает Phys.org, новый эксперимент физиков Отагского университета (Новая Зеландия) обогатил современные знания о микроскопическом мире. Учёные изучили квантовый процесс, который до сих пор объяснялся только через статистическое усреднение из экспериментов с участием большого числа атомов.
Новый метод включает в себя фиксацию и охлаждение трёх атомов до температуры около одной миллионной Кельвина с использованием высокофокусированных лазерных лучей в вакуумной камере размером с тостер. Учёные медленно объединили ловушки, содержащие атомы, для создания контролируемых взаимодействий, которые после удалось измерить.
Когда три атома сближаются, два из них образуют молекулу, и все участники процесса получают удар энергии, выделяющейся в процессе. Камера микроскопа позволила увеличить и пронаблюдать весь процесс. Результаты эксперимента показали, что для образования молекулы потребовалось гораздо больше времени, чем ожидалось, по сравнению с другими экспериментами и теоретическими расчётами.
До сих пор подобный уровень детализации был недоступен в экспериментах со многими атомами. По словам исследователей, теперь они знают больше о том, как атомы сталкиваются и взаимодействуют друг с другом. С развитием этот метод может привести к созданию и контролю отдельных молекул определённых химических веществ.
Источник: https://naukatv.ru/

Химики Даляньского института химической физики Китайской академии наук создали новый фотокаталитический метод для преобразования биополиолов и сахаров в метанол и синтез-газ. Статья о разработке опубликована в журнале Nature Communications.
Метанол считается наиболее перспективным чистым жидким топливом будущего, объемы производства которого легко масштабируются. Кроме того, это химическое вещество используется для промышленного производства этилена и пропилена. В настоящее время метанол промышленно производится из природного газа и угля.
Сегодня наиболее перспективным считается производство метанола из возобновляемых и богатых углеродом ресурсов, а не из ископаемых. Синтез биогаза для получения метанола традиционно осуществляется с помощью газификации при высокой температуре (700–1000 °C). В ходе этого процесса обычно образуется смесь CO, CO2, углеводородов и водорода, а также кокса, полукокса и гудрона.
В новой работе китайские исследователи получили из биомассы полиолы и сахара, которые затем смогли преобразовать в метанол и синтез-газ (CO+H2). Это удалось сделать с помощью облучения системы ультрафиолетовым светом при комнатной температуре. Такой «биосинтез-газ» может быть дополнительно использован для синтеза метанола.
Целлюлозу и даже необработанные древесные опилки можно конвертировать в метанол или синтез-газ после предварительной обработки водородом или водой. Исследователи также нашли эффективный катализатор нового процесса. Им оказались наностержни оксида титана с нанесенным на них слоем частиц меди. Такая система селективно расщепляет одинарную связь между двумя углеродами в сырье, способствуя образованию метанола.
Используя этот процесс, ученые смогли получить метанол вместе с H2, который можно применять для нужд водородной энергетики. Также авторы смогли получить с помощью него синтез-газ с выходом CO в газовой фазе до 90%. Оказалось возможным «настроить» содержание углекислого и угарного газов в смеси, изменяя характеристики катализатора.
Источник: https://indicator.ru/

Красноярские физики исследуют параметры закрученной структуры (так называемых роллов) в дефектном слое жидкого кристалла в составе многослойной фотонной структуры. Изучение таких моделей перспективно для применения в различных оптоэлектронных устройствах.
В качестве функциональных элементов нанофотоники, оптоэлектроники и оптического приборостроения специалисты рассматривают многослойные фотонные структуры. Внимание ученых направлено, прежде всего, на фотонную запрещенную зону (или полосу непрозрачности), которая является уникальным свойством структуры и которую можно модифицировать. Это позволяет расширить границы применения фотонных кристаллов. Нарушения периодичности приводят к возникновению в запрещенной зоне дефектных мод (спектральных окон прозрачности).
Чередование слоев фотонной структуры дает разные оптические характеристики, поэтому физики используют комбинацию разных материалов. Например, в качестве дефектного слоя красноярскими учеными взят жидкий кристалл (нематик), поскольку он формирует фотонные структуры с контролируемыми спектральными характеристиками. В нематике специалисты изучали формирование закрученной периодической структуры, или абнормальных роллов (abnormal electroconvective rolls), в частности, как происходит данная трансформация и как благодаря этому идет преобразование поляризованных спектров.
Подход, предлагаемый красноярскими физиками к исследованию фотонной структуры, может быть использован для изучения особенностей пространственно-периодических структур в жидкокристаллических системах, а в дальнейшем использоваться в перестраиваемых спектральные фильтрах, поляризационных датчиках и оптических устройствах.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ подробно изучили взаимодействие гибридных перовскитов с фокусированным лазерным излучением и усовершенствовали метод сборки перовскитных солнечных батарей при помощи лазерной резки. Результаты работы были опубликованы https://pubs.acs.org/…sami.9b21689 престижном международном журнале ACS Applied aterials & Interfaces.
Гибридные галогенидные перовскиты — новый класс полупроводниковых материалов, которые успешно используются в качестве светопоглощающего материала в солнечных батареях нового поколения — так называемых перовскитных солнечных элементах. Рекордный КПД таких солнечных элементов сегодня составляет более 25%, превышая рекордные значения для наиболее распространенных солнечных элементов на основе поликристаллического кремния.
При создании солнечных батарей большой площади распространенным подходом является разрезание большого листа солнечной батареи на более узкие полоски и их последовательное соединение – это позволяет повысить напряжение и КПД получаемого модуля. Однако при увеличении площади солнечной батареи КПД панели снижается из-за так называемых «мёртвых зон» – областей, где происходит последовательное соединение солнечных элементов и которые не участвуют в генерации электрического тока. Единственный способ уменьшить вклад мёртвых зон в общее падение КПД солнечной панели – уменьшение физического размера мёртвой зоны за счёт усовершенствования технологии лазерной резки материалов солнечного элемента.
Перовскитный солнечный элемент состоит из нескольких слоёв, при этом требуется разрезать строго определённые слои, не затронув остальные. Для эффективной реализации технологии лазерной резки необходимо глубокое понимание процессов, протекающих в гибридных перовскитах под действием лазерного излучения. В частности, излучение лазера может провоцировать каскад фотохимических реакций в глубине и на поверхности материала с выделением газообразных продуктов распада, затрудняющих управление параметрами резки.
В настоящей работе коллектив авторов провел детальное исследование протекающих термо- и фотохимических реакций под действием мощного лазерного излучения методом спектроскопии комбинационного рассеяния и определили основные продукты распада перовскита: молекулярный йод, полииодиды, иодид и оксид свинца. Учёные также обнаружили, что летучие продукты распада конденсируются на поверхности плёнок перовскита рядом с местом облучения лазерным пучком и приводят к ухудшению морфологии и изменению химического состава светопоглощающего материала. В результате размер «мёртвых зон» в процессе лазерной резки гибридных перовскитов увеличивается.
Сотрудники лаборатории предложили способ минимизации нежелательных процессов деградации плёнок перовскита с помощью применения направленного потока инертного газа в области резки. Данное решение позволило не только значительно снизить концентрацию газообразных продуктов распада перовскита вблизи поверхности пленки, но и избавиться от продукта окисления свинца (оксида свинца (II)), который является тугоплавким и накапливается в области облучения перовскита.
«Проведенное исследование позволило выявить фундаментальные особенности фото- и термохимической деградации гибридных перовскитов под действием лазерного излучения, и предложить практический подход по оптимизации методики лазерной резки гибридных перовскитов», — рассказал руководитель исследования Алексей Тарасов, кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ и старший научный сотрудник химического факультета МГУ.
Работа выполнена при участии исследователей Пекинского технологического института (BIT) и Берлинского технического университета (TU Berlin), а также при финансовой поддержке РФФИ (проект №19–53–53028/19).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Ученые Дальневосточного федерального университета в сотрудничестве с зарубежными коллегами разработали сенсорный элемент на основе модифицированных наночастиц диоксида титана, декорированных золотом. Сенсор можно применять для обнаружения опасных химических соединений в воздухе, что чрезвычайно важно для мониторинга состояния окружающей среды и работы систем безопасности на производстве.
Статья об этом опубликована в журнале Applied Surface Science. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.
Новый сенсор работает при обычной температуре, дополнительного нагрева анализируемых химических веществ не требуется. Это сложный наноматериал (нанопорошок), полученный в результате соединения материалов с противоположными свойствами: диэлектрика (диоксида титана) и металла (золота). Создать его удалось благодаря простой и экологически чистой технологии лазерной абляции в жидкости.
Ученые облучили находящиеся в воде наночастицы диоксида титана лазером и добавили к ним раствор тетрахлораурата натрия. В результате на поверхности более крупных частиц диоксида титана образовались частицы золота.
«Лазерная абляция в жидкости – эффективная технология синтеза химически чистых функциональных наноматериалов, строение и состав которых могут быть очень разнообразны. Технология привлекает своей простотой, безопасностью для окружающей среды и невысокой стоимостью. Наноматериалы, получаемые в процессе жидкофазной лазерной абляции, можно использовать не только для создания сенсоров, чувствительных к опасным газам, но и для самого широкого круга задач: от реализации хемо- и биосенсорных платформ до создания солнечных элементов нового поколения. Очень важно, что жидкая среда, в которой происходит процесс синтеза наноматериалов, является естественным барьером, препятствующим попаданию наночастиц в окружающую среду» — рассказал кандидат физико-математических наук Станислав Гурбатов, руководитель проекта по гранту РНФ, научный сотрудник научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Инженерной школы ДВФУ (Владивосток).
Ученым удалось контролировать плотность декорирующих наночастиц золота на поверхности диоксида титана. За счет этого они настроили чувствительность сенсора к молекулам различных опасных соединений: аммиака, ацетальдегида и бензола, которые достаточно широко используются в химической промышленности.
«Новый сенсорный элемент меняет электрическую проводимость при контакте с молекулами газа. Это можно легко определить с помощью обычного электрометра при комнатной температуре. Полученные наноструктуры обладают высокой чувствительностью к газам-аналитам, что в совокупности с простой технологией изготовления и возможностью проводить измерения при комнатной температуре делает их привлекательными для коммерческого использования», — рассказал руководитель научного направления профессор Сергей Кулинич, старший научный сотрудник научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Инженерной школы ДВФУ, кандидат химических наук.
Новый газовый сенсор стал первой разработкой в рамках нового направления в ИШ ДВФУ «Синтез наноматериалов методом лазерной абляции в жидкостях».
Источник:
http://www.nanonewsnet.ru/

Исследователи из Канады и Америки научились управлять лучом света при помощи другого луча без их пересечения. Они создали гель, в котором параллельные пучки взаимодействуют друг с другом, меняя характеристики окружающего вещества, и в будущем эту взаимозависимость можно будет использовать для вычислений. Работа опубликована в The Proceedings of the National Academy of Sciences.
Современные процессоры основаны на полупроводниках, при помощи которых управляют электрическим током. Если для вычислений использовать свет, а не ток, это позволит сократить энергопотребление и увеличит скорость работы. Правда, для воплощения этой идеи необходимо создание эффективного аналога полупроводников для световых лучей. Дереку Мориму (Derek R. Morim) из университета Макмастера и его коллегам удалось получить гель, который может стать основой будущих оптических логических элементов.
Обычно пучок света на своем пути рассеивается. Но молекулы нового гидрогеля обратимо полимеризуются на пути лазера. Полимеризованный гель обладает большей рефракционной способностью, чем обычный. В результате луч начинает отражаться от стенок им же создаваемого канала и двигается без рассеяния, как в нити оптоволокна. Такой луч называют самосфокусированным.
Но ключевая особенность нового гидрогеля не в этом, самофокусирование наблюдалось и ранее. Главное, что проходящий по нему свет оставляет за собой широкий след из полимеризованных молекул, и за счет этого параллельные лучи, изменяя характеристики геля вокруг себя, влияют на интенсивность друг друга на значительном расстоянии, в десять раз большем, чем ширина пучка. Это позволяет при помощи одного луча управлять другим, так же как управляющее напряжение в полупроводниковом транзисторе контролирует протекание тока. Ранее в Австралии предложили использовать акустическую память для оптических чипов. Также умный гель позволил контролировать ввод инсулина пациенту без использования электроники.
Источник: https://nplus1.ru

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск