Физики Университета Вашингтона использовали лазер в качестве жидкостного охладителя

в 6:43, , рубрики: антистоксова люминисценция, Блог компании iCover.ru, доплеровское охлаждение, лазерное охлаждение, лазеры, Научно-популярное

Приветствуем вас на страницах блога iCover! В представлении многих, лазер – только лишь источник концентрированной тепловой энергии. Развеять это заблуждение пытаются физики из Университета Вашингтона, продемонстрировавшие лазер, который может использоваться как жидкостный охладитель в реальных условиях. О том, какого результата удалось достичь специалистам и какие перспективы, по мнению группы, отрывает предлагаемый метод мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.

Физики Университета Вашингтона использовали лазер в качестве жидкостного охладителя - 1

Подавляющее большинство не подготовленной аудитории воспринимает лазерный луч как направленный источник тепловой энергии, который способен отлично справляться с ролью рабочего инструмента, средства устрашения противника или использоваться, к примеру, в качестве хирургического инструмента. Сложнее представить себе, что концентрированный лазерный луч с определенными параметрами излучения при определенных условиях способен не только разрезать и испепелять, но и охлаждать. То, что подобный эффект можно воспроизвести не только в вакууме, но и в воде или в другой жидкости сумела доказать в своих экспериментах группа физиков из Университета Вашингтона под руководством Питера Паузовского (Peter J. Pauzauskie), доцента кафедры материаловедения и инженерии университета.

В ходе эксперимента ученые использовали лазер, формирующий излучение в инфракрасной части спектра. Внутрь камеры установки была залита вода и помещен нанокристалл, используемый в качестве мишени и пребывающий в воде во взвешенном состоянии. В результате облучения лазерным лучом микроскопический кристалл начинал излучать. Специфика эксперимента состояла в том, что выделяемая нанокристаллом энергия излученных фотонов превосходила поглощенную энергию фотонов инфракрасного излучения лазера, что вынуждало кристалл компенсировать возникший энергетический дефицит за счет энергии теплового движения атомов. Кристалл охлаждался, охлаждая при этом и воду вокруг себя. Результатом эксперимента стало понижение температуры воды на 2.2ºC (36ºF).

Для того, чтобы точно определить, что вода охлаждается именно вокруг “мишени”, приборы регистрировали положение тени взвешенного нанокристалла. С потерей тепла мишень замедляла свое движение близ точки захвата в оптической ловушке. Отслеживая амплитуду микродвижений нанокристалла ученые смогли сделать вывод, что он охлаждается. Факт охлаждения кристалла подтвердило и изменения цвета – с голубовато-зеленого – до красновато-зеленого.

На следующем этапе эксперимента созданный инженерами лазер сумел по такому же принципу охладить биологический раствор, используемый в качестве среды для выращивания клеток в молекулярных и генетических лабораторных опытах.

Выбор в пользу инфракрасного излучения, поясняют авторы эксперимента, не случаен, поскольку одной из возможных прикладных целей в случае успешных испытаний метода должны стать биологические объекты (Излучение инфракрасного спектра, в отличие от видимого, не вызывает клеточного ожога).

В своем пресс-релизе иccледователи перечисляют множество возможных перспективных вариантов использования предложенного ими варианта технологии лазерного охлаждения. В микроэлектронике, к примеру, такой луч мог бы быть использован для точечного охлаждения компонентов компьютерных чипов, что позволило бы предотвратить их перегрев и повысить производительность вычислений.

В биологии направленное дозированное охлаждение могло бы оказаться востребовано для понижения температуры части делящейся клетки с целью исследовать возникающие при этом хромосомные изменения. С понижением температуры интенсивность биологических процессов неизбежно падает, что дает ученым возможность отследить “ретроспективу” всего процесса в удобном временном промежутке. ”Важно, что используя излучение в предложенной нами части спектра, не придется охлаждать всю клетку целиком, рискуя убить эту крошечную единицу жизни: достаточно будет направить луч на нужный участок” – отмечает Пуазовский.

Направленный лазерный луч предложенного спектра излучения, по мнению ученых, мог бы, при необходимости, остудить даже один нейрон и, не повреждая, снизить его активность.

Производство (выращивание) кристаллов, определяющих мощность лазера, как отмечается в публикации, – процесс достаточно дорогостоящий. Кристаллы для лазеров, используемых в ”охлаждающих установках” группы Пуазовского могут быть получены "… с применением значительно более простой, дешевой, доступной и, что немаловажно, масштабируемой технологии гидротермального синтеза...".

Ограниченные возможности группы позволили получить практическое подтверждение метода, работая только с одним нанокристаллом. В перспективе, считают ученые, объем экспериментальных данных будет увеличен за счет использования нескольких, что предполагает использование лазеров большей мощности.

Практические возможности технологии впечатляют, но, вместе с тем, достаточно остро стоит вопрос энергоэффективности процесса охлаждения. И это пока одна из проблем, над которой группе еще предстоит работать.

image

"Мы заинтересованы в идеях и предложениях других учёных или представителей сферы бизнеса, — отмечает Питер Паузовский, — для расширения области применения лазерного охлаждения жидкостей с максимальной пользой для человечества".

С кратким отчетом о результатах проделанной работы вы можете ознакомиться в пресс-релизе группы на сайте университета.

P. S. Технология лазерного охлаждения в вакууме впервые была продемонстрирована в национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL) в 1995 году.

*****
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами самыми свежими новостями, обзорными статьями и другими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.

Другие наши статьи и события

Автор: iCover.ru

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля