Las explosiones culómbicas son un mecanismo para transformar la energía en campos electromagnéticos intensos en movimiento atómico y, por lo tanto, son útiles para la destrucción controlada de moléculas relativamente robustas. Las explosiones son una técnica destacada en el mecanizado con láser y aparecen de forma natural en determinadas reacciones de alta energía.
Mecanismo
La repulsión Coulombic de partículas que tienen la misma carga eléctrica puede romper los enlaces que mantienen unidos a los sólidos. Cuando se hace con un rayo láser estrecho, una pequeña cantidad de sólido explota en un plasma de partículas atómicas ionizadas . Puede demostrarse que la explosión de Coulomb se produce en el mismo régimen de parámetros críticos que la transición de fase superradiante, es decir, cuando las interacciones desestabilizadoras se vuelven abrumadoras y dominan los movimientos de unión del grupo sólido de fonones oscilatorios nativos que también es característico de la síntesis de diamantes .
Con su baja masa, los electrones de valencia externos responsables del enlace químico se eliminan fácilmente de los átomos, dejándolos cargados positivamente. Dado un estado mutuamente repulsivo entre los átomos cuyos enlaces químicos están rotos, el material explota en una pequeña nube de plasma de iones energéticos con velocidades más altas que las observadas en la emisión térmica. [1]
Uso Tecnológico
Una explosión de Coulomb es una alternativa "fría" a la técnica dominante de grabado con láser de ablación térmica , que depende del calentamiento local, la fusión y la vaporización de moléculas y átomos utilizando rayos menos intensos. La brevedad del pulso hasta el régimen de nanosegundos es suficiente para localizar la ablación térmica; antes de que el calor se lleve lejos, la entrada de energía (pulso) ha terminado. No obstante, los materiales sometidos a ablación térmica pueden sellar los poros importantes en la catálisis o en el funcionamiento de la batería y recristalizar o incluso quemar el sustrato, cambiando así las propiedades físicas y químicas en el sitio de grabado. Por el contrario, incluso las espumas ligeras permanecen sin sellar después de la ablación por explosión de Coulomb.
Las explosiones de Coulomb para mecanizado industrial se realizan con pulsos láser ultracortos (picosegundos o femtosegundos). Las enormes intensidades de haz requeridas (umbrales de 10 a 400 teravatios por centímetro cuadrado, dependiendo del material) son solo prácticas de generar, dar forma y entregar durante breves instantes de tiempo. [ cita requerida ] El grabado por explosión de Coulomb se puede utilizar en cualquier material para perforar agujeros, eliminar capas superficiales y texturizar y microestructurar superficies; por ejemplo, para controlar la carga de tinta en prensas de impresión. [2]
Apariencia en la naturaleza
Las imágenes de cámaras de alta velocidad de metales alcalinos que explotan en el agua han sugerido que la explosión es una explosión de culombio. [3] [4]
Durante una explosión nuclear basada en la fisión del uranio, se emiten 167 MeV en forma de explosión culómbica entre cada núcleo anterior de uranio, la energía electrostática repulsiva entre los dos núcleos hijos de fisión , se traduce en la energía cinética de los productos de fisión que resulta tanto en el impulsor principal de la radiación del cuerpo negro que genera rápidamente la formación de la bola de fuego nuclear / plasma denso caliente y, por lo tanto, también en los efectos térmicos y explosivos posteriores. [5] [6]
Al menos un artículo científico sugiere que la explosión de culombio (específicamente, la repulsión electrostática de los grupos carboxilo disociados del ácido poliglutámico) puede ser parte de la acción explosiva de los nematocitos, las células que pican en los organismos acuáticos del filo Cnidaria . [7]
Ver también
Referencias
- ^ Hashida, M .; Mishima, H .; Tokita, S .; Sakabe, S. (2009). "Ablación no térmica de politetrafluoroetileno expandido con un láser de pulso de femtosegundo intenso" (PDF) . Optics Express . 17 (15): 13116-13121. Código Bibliográfico : 2009OExpr..1713116H . doi : 10.1364 / OE.17.013116 . hdl : 2433/145970 .
- ^ Müller, D. (noviembre de 2009). "Láseres de picosegundo para micromaquinado industrial de alta calidad" . Espectros fotónicos : 46–47.
- ^ Mason, Philip E .; Uhlig, Frank; Vaněk, Václav; Buttersack, Tillmann; Bauerecker, Sigurd; Jungwirth, Pavel (26 de enero de 2015). "Explosión de coulombios durante las primeras etapas de la reacción de metales alcalinos con agua". Química de la naturaleza . 7 (3): 250-254. Código Bibliográfico : 2015NatCh ... 7..250M . doi : 10.1038 / nchem.2161 . PMID 25698335 .
- ^ "Secretos explosivos de sodio revelados" . Scientific American . 27 de enero de 2015.
- ^ Alt, Leonard A .; Forcino, Douglas; Walker, Richard I. (2000). "Eventos nucleares y sus consecuencias" (PDF) . En Cerveny, T. Jan (ed.). Consecuencias médicas de la guerra nuclear . Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU. ISBN 9780160591341.
aproximadamente el 82% de la energía de fisión se libera como energía cinética de los dos grandes fragmentos de fisión. Estos fragmentos, al ser partículas masivas y muy cargadas, interactúan fácilmente con la materia. Transfieren su energía rápidamente a los materiales de armas circundantes, que rápidamente se calientan.
- ^ " Descripción general de la ingeniería nuclear " (PDF) . Universidad Técnica de Viena. Archivado desde el original (PDF) el 15 de mayo de 2018.
Las diversas energías emitidas por evento de fisión pg 4. "167 MeV" se emite por medio de la energía electrostática repulsiva entre los 2 núcleos hijos, que toma la forma de la "cinética energía "de los productos de fisión, esta energía cinética da como resultado efectos tanto térmicos como explosivos posteriores. "5 MeV" se libera en la radiación gamma del sistema o inicial, "5 MeV" en la radiación de neutrones prompt (99,36% del total), "7 MeV" en energía retardada de neutrones (0,64%) y "13 MeV" en la desintegración beta y gamma decaimiento (radiación residual)
- ^ Berking, Stefan; Herrmann, Klaus (2006). "La formación y descarga de nematocistos se controla mediante un gradiente de protones a través de la membrana del quiste" . Investigación marina de Helgoland . 60 (3): 180–188. doi : 10.1007 / s10152-005-0019-y .