Юный техник, 2000 № 03 - [3]
РОССИЙСКИЕ КРЕСЛА ДЛЯ АМЕРИКАНСКИХ ПИЛОТОВ. Судя по всему, на перспективных американских истребителях «Локхид-Мартин Ф-22» будут устанавливаться серийные катапультируемые сиденья российского производства. Именно они позволили спастись двум российским пилотам во время недавней аварии в Ле Бурже (подробности см. в «ЮТ» № 8 за 1999 г.).
Попытки же американской промышленности разработать собственные катапульты четвертого поколения оказались неудачны. Конструкция, изначально предназначавшаяся для Ф-22, не смогла обеспечить безопасную эвакуацию пилотов при скоростях. превышающих 450 узлов (830 км/ч). Российские же катапульты дают возможность покидать самолет на скорости до 700 узлов (1300 км).
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Как секунда стала вечностью…
Согласитесь, сегодня трудно представить телетрансляцию футбольного матча без замедленных повторов наиболее острых моментов. Теперь такая возможность открылась и перед химиками. Они тоже подобно болельщикам страстно желают проследить за движением — только не мяча, а частиц во время реакции.
В демонстрации замедленного движения атомов и молекул в химических реакциях преуспел лауреат Нобелевской премии 1999 года по химии Ахмед Зевайл из Калифорнийского технологического института (США). Он стал первым человеком на Земле, который увидел, что же происходит на самом деле, когда разрываются отдельные химические связи и образуются новые.
Коллега и друг лауреата, профессор Цюрихского университета Уве Хубер, полагает, что в данном случае речь идет о гонке, которая продолжается уже несколько столетий. Ученые соревнуются с химическими реакциями — кто быстрее.
И в данном случае Зевайл вышел победителем. Своими исследованиями лауреат заложил основы новой отрасли знаний — фемтохимии.
Фемто… (от латинского femten — пятнадцать) не что иное, как приставка к наименованию единицы физической величины. В числовом выражении это 10>-15. Чтобы хоть как-то представить себе ничтожно малый отрезок времени, равный фемтосекунде, скажем, что она настолько же меньше секунды, насколько та, в свою очередь, меньше 32 млн. лет! Даже лазерный луч, движущийся, как известно, со скоростью света, за 100 фемтосекунд успевает продвинуться всего лишь на… 0,03 мм!
Зевайлу удалось как бы «заморозить» весьма быстротекущие процессы в некоторых реакциях, пронаблюдать и зарегистрировать их.
Понятно, что для этого ему пришлось разработать специальную методику и сконструировать аппаратуру, которую эксперты назвали «самой быстрой кинокамерой в мире».
Сам Зевайл, поясняя суть дела, вспомнил о знаменитой серии снимков скачущей галопом лошади, снятой в свое время фотографом Эдвардом Майбриджем. Для съемки Майбридж использовал несколько камер, затворы которых срабатывали от нитей, протянутых через беговую дорожку. По мере того, как лошадь бежала, она обрывала то одну, то другую нить, и фотозатворы срабатывали, фиксируя ту или иную фазу бега.
Схема временных масштабов, иллюстрирующая продолжительность различных процессов.
Так выглядит ячейка фемтоспектроскопа, в которой проводились опыты.
Зевайл пошел тем же путем, но только в другой стезе — он решил «наблюдать молекулы в полете».
Созданный им так называемый фемтоспектроскоп — лазерное устройство, способное посылать очень короткие световые импульсы. Вспышка одного лазера запускает реакцию, второй лазер регистрирует изменения с интервалами в 10 фемтосекунд. В результате спектограф фиксирует возникновение и распад химических связей в каждый последующий момент…
Такой прием позволил ученому сразу на много порядков увеличить разрешающую способность современной аппаратуры и наблюдать за движением атомов в молекулах во время химических реакций.
Вид скоротечной химической реакции в свете лазерной вспышки.
Фемтоспектроскопия с ее стробоскопическим освещением химических процессов и стала основой фемтохимии — науки, открывающей возможность целенаправленного управления даже самыми быстротекущими реакциями, подобными взрыву…
Как известно, скорости химических реакций разнятся значительно: сравните, например, время, за которое гвоздь покрывается ржавчиной, и время, за которое взрывается динамит. Но у всех есть нечто общее — скорость их, как правило, возрастает с повышением температуры (по мере того, как движение молекул становится все более интенсивным).
При обычном столкновении двух молекул чаще всего ничего не происходит — они просто отскакивают друг от друга. Но когда температура повышается настолько, что столкновения становятся достаточно сильными, молекулы вступают в реакцию друг с другом, поскольку существовавшие прежде химические связи рвутся и образуются новые.
Специалисты долгое время полагали, что претендующая на участие в реакции молекула прежде всего должна быть активирована. Иными словами, она должна быть переведена в некоторое возбужденное состояние, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Величина его определяется силами, которые удерживают атомы в составе молекулы. Потенциальный барьер химической реакции — по существу аналогичен силе гравитации, которую должна преодолеть запущенная с Земли ракета, прежде чем она будет захвачена полем тяготения Луны.
