Nổ kích thích Coulomb

Nổ kích thích coulombic là một cơ chế để chuyển đổi năng lượng trong các trường điện từ cường độ cao thành chuyển động nguyên tử và do đó rất hữu ích cho việc phá hủy có kiểm soát các phân tử tương đối mạnh. Nổ là một kỹ thuật nổi bật trong gia công dựa trên laser và xuất hiện tự nhiên trong một số phản ứng năng lượng cao nhất định.

Cơ chế

Lực đẩy Coulomb của các hạt có cùng điện tích có thể phá vỡ các liên kết giữ chất rắn lại với nhau. Khi được thực hiện với chùm tia laser hẹp, một lượng nhỏ chất rắn phát nổ thành plasma của các hạt nguyên tử ion hóa. Có thể thấy rằng nổ kích thích Coulomb xảy ra trong cùng một chế độ tham số quan trọng như sự chuyển thể siêu mạnh, tức là khi các tương tác gây mất ổn định trở nên áp đảo và chiếm ưu thế đối với các chuyển động liên kết cụm phonon dao động tự nhiên cũng là đặc trưng cho quá trình tổng hợp kim cương.
Với khối lượng thấp, các electron hóa trị bên ngoài chịu trách nhiệm cho các liên kết hóa học dễ dàng bị tước khỏi các nguyên tử, khiến chúng tích điện dương. Với trạng thái đẩy lẫn nhau giữa các nguyên tử có liên kết hóa học bị phá vỡ, vật liệu này phát nổ thành một đám mây plasma nhỏ của các ion năng lượng với vận tốc cao hơn so với phát xạ nhiệt.

Sử dụng công nghệ

Nổ kích thích Coulomb là một sự thay thế "lạnh" cho kỹ thuật khắc laser chiếm ưu thế trong quá trình mài mòn nhiệt, phụ thuộc vào quá trình đốt nóng, nóng chảy và hóa hơi của các phân tử và nguyên tử sử dụng chùm tia cường độ thấp hơn. Việc giảm xung chỉ xuống ở chế độ nano giây là đủ để nội địa hóa quá trình khử nhiệt – trước khi nhiệt được truyền đi xa, đầu vào năng lượng (xung) đã kết thúc. Tuy nhiên, các vật liệu bị loại bỏ bằng nhiệt có thể bịt kín các lỗ chân lông quan trọng trong quá trình xúc tác hoặc vận hành pin, và kết tinh lại hoặc thậm chí đốt cháy chất nền, do đó thay đổi các tính chất vật lý và hóa học tại vị trí khắc. Ngược lại, ngay cả bọt nhẹ vẫn không được tiết lộ sau khi cắt bỏ bởi nổ kích thích Coulomb.
Nổ kích thích Coulomb cho gia công công nghiệp được thực hiện với các xung laser cực ngắn (pico giây hoặc femto giây). Cường độ chùm tia cực lớn cần thiết (10-400 terawatt trên mỗi ngưỡng vuông, tùy thuộc vào vật liệu) chỉ thực tế để tạo, định hình và cung cấp thời gian rất ngắn. Khắc sử dụng nổ kích thích Coulomb có thể được sử dụng trong bất kỳ vật liệu nào để khoan lỗ, loại bỏ các lớp bề mặt, và bề mặt kết cấu và vi cấu trúc; ví dụ: để kiểm soát việc nạp mực trong máy in.

Xuất hiện trong tự nhiên

Hình ảnh camera tốc độ cao của kim loại kiềm phát nổ trong nước đã cho thấy vụ nổ là vụ nổ kích thích Coulomb.
Trong một vụ nổ hạt nhân dựa trên phân hạch của urani, 167 MeV được phát ra dưới dạng một hiện tượng nổ kích thích coulomb giữa mỗi hạt nhân trước của urani, năng lượng điện thuần phong mỹ tục giữa hai phân hạch hạt nhân con, chuyển thành động năng của các sản phẩm phân hạch mà dẫn đến cả trình điều khiển chính của bức xạ vật đen tạo ra nhanh chóng sự hình thành quả cầu lửa plasma / hạt nhân dày đặc nóng và do đó cả hiệu ứng nhiệt và vụ nổ sau này.
Ít nhất một bài báo khoa học cho rằng vụ nổ kích thích coulomb (cụ thể là lực đẩy tĩnh điện của các nhóm carboxyl phân tách của axit polyglutamic) có thể là một phần trong hành động bùng nổ của tuyến trùng, tế bào châm chích trong các sinh vật thủy sinh của ngành Thích ty bào .