Hvordan molekylære frisbees kunne tilskynde til nuklear spredning

Enhver, der har leget med en frisbee, vil have en intuitiv idé om, hvordan den vinkel, du kaster dem i, bestemmer den vej, de tager.

Efterhånden som frisbees bliver mindre, ændres fysikken dog. I en lille skala bliver luften tykkere som sirup, og inerti begynder at spille en meget mindre rolle. Så det er nemt at tro, at der er grundlæggende grænser for, hvor lille du kan lave en frisbee.

Ikke helt, siger Johannes Floss og kammerater ved The Weizmann Institute of Science i Israel. Det er faktisk ret ligetil at kontrollere banen for et roterende molekyle ligesom en frisbee.

I de senere år er der dukket en række teknikker op til at sætte molekyler i en gas, der snurrer med deres akser præcist justeret, som en tredimensionel række af flydende toppe. Disse teknikker zapper alle molekylerne med en omhyggeligt forberedt laserpuls for at få dem til at rotere på en bestemt måde.

Men hvordan forvandler man disse snurretoppe til frisbees? Frisbees bevægelse er jo i det væsentlige resultatet af samspillet mellem den roterende krop og luft, men aerodynamik kan ikke spille en rolle på molekylært niveau.

Svaret siger Floss og co er at affyre de roterende molekyler gennem et elektrisk felt produceret af en anden laser. Forudsat at feltet har en vis intensitetsgradient, vil det spille en rolle analogt med luft i frisbeeflyvning. Når det sker, vil hældningen af ​​de roterende molekyler bestemme den bane, de tager.

Som Floss og co påpeger: En lignende teknik bruges af frisbee-spillere, der finjusterer hældningen af ​​den roterende skive for at dirigere den ind i et par ventende hænder.

Denne frisbee-teknik giver bemærkelsesværdig kontrol over den vej, molekylerne tager. Banen afhænger af faktorer som feltets styrke, rotationshældningen og molekylets masse.

Dette har vigtige konsekvenser for en række nye teknikker, især i områder, hvor ionisering ikke kan anvendes. For eksempel skal molekylær nanofabrikation, hvor bittesmå strukturer bygges næsten mursten for mursten, bruge neutrale molekyler, fordi opbygningen af ​​ladning kan forvrænge formen eller endda forhindre konstruktion helt.

Men måske den vigtigste anvendelse, i det mindste på kort sigt, vil være isotopadskillelse. Da banen afhænger af molekylets masse, vil teknikken naturligt adskille molekyler, der indeholder forskellige isotoper.

Atomforskere vil gerne undersøge denne tekniks potentiale til at adskille det mere spaltelige uran 235 fra uran 238. I de senere år har fysikere gjort store fremskridt med at adskille disse isotoper ved hjælp af lasere til selektivt at ionisere den ene isotop, mens de efterlader den anden neutral, hvilket giver dem mulighed for at adskille disse isotoper. adskilles ved hjælp af et elektrisk felt.

De konventionelle adskillelsesteknikker er afhængige af gigantiske centrifuger, der er svære og dyre at bygge og dermed udgør en vigtig teknologibarriere, der forhindrer lande med nukleare aspirationer i at fremstille deres eget højt berigede uran.

Men der er en voksende frygt for, at laserberigelse vil gøre denne proces meget lettere. Og nu er der en ny teknik, der kunne gøre isotopadskillelse endnu nemmere.

Det gør det nemt at forudsige, at molekylære frisbees vil blive fokus for intens interesse i de næste par år. Men hvor meget vi vil høre om denne fremtidige udvikling er meget sværere at sige.

Ref: arxiv.org/abs/1010.0887 : Molecular Frisbee: Bevægelse af spindemolekyler i uhomogene felter

skjule