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2018년 5월 16일 수요일

세계에서 가장 빠른 히터



(Simulation of the movement of the water molecules and atoms in the first 70 femtoseconds of the intense X-ray pulse. The experimental data were used to validate the theoretical modelling of the dynamics. Credit: Carl Caleman, CFEL/DESY and Uppsala University)
 ​과학자들이 x선 자유 전자 레이저(X-ray free-electron laser )를 이용해서 75펨토초 (0.000 000 000 000 075 seconds) 극단적으로 짧은 시간에 물의 온도를 섭씨 10만도까지 올리는데 성공했습니다. 이는 미국의 SLAC 국립 입자 가속기 연구소의 Linac Coherent Light Source LCLS를 이용해 달성한 기록으로 극한적인 상태에서 일어나는 물질의 변화를 구하는데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
 물론 이는 물을 단순히 가열해서 얻을 수 있는 결과가 아닙니다. 섭씨 수천도 이상의 고온에서 분자와 원자는 플라스마 형태로 변하게 됩니다. 높은 열에너지로 인해 전자와 원자핵이 따로 움직이는 상태가 되는 것입니다. 사실 플라스마는 우주에서 가장 흔한 물질의 상태입니다. 따라서 물을 섭씨 10 만도로 가열하면 더 이상 물 분자의 상태를 유지할 수 없게 됩니다.
​ Carl Caleman from the Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) 및 Uppsala University (Sweden)의 합동 연구팀은 본래는 불가능한 수준까지 물 분자의 온도를 높이기 위해 액체 상태의 물의 제트에 X선 자유 전자 레이저를 발사해 물 분자를 아주 짧은 시간 동안 섭씨 10만도까지 고온 상태로 만드는데 성공했습니다. 물론 이 시간이 지나면 플라스마 상태로 전이해 더 이상 물 분자가 아니게 되지만, 잠시간이라도 상태를 연구할 수 있는 기회를 얻은 것입니다.
  시간은 0.1 피코초(Picosecond, 1/100만X100만 분의 1초) 정도로 짧지만, 그래도 아예 없는 것보다는 나은 결과를 가져올 수 있습니다. 이런 비슷한 상태는 지구에서는 생길 수 없지만, 목성의 중심부처럼 매우 고온 고압 상태에서는 발생할 수 있다고 합니다.


 연구팀은 이를 세계에서 가장 빠른 히터(world's fastest heater)라고 설명했는데, 물론 일반적으로 사용하는 히터는 아니지만 물을 따뜻하게 만드는 속도로는 역대 최고 기록임에 분명합니다.



 참고


Ultrafast non-thermal heating of water initiated by an X-ray Free-Electron Laser; Kenneth R. Beyerlein, H. Olof Jönsson, Roberto Alonso-Mori , Andrew Aquila, Saša Bajt, Anton Barty, Richard Bean, Jason E. Koglin, Marc Messerschmidt, Davide Ragazzon, Dimosthenis Sokaras, Garth J. Williams, Stefan Hau-Riege, Sébastien Boutet, Henry N. Chapman, Nicusor Tîmneanu, and Carl Caleman; Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1711220115
  


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