211service.com
Hoe moleculaire frisbees nucleaire proliferatie zouden kunnen aanmoedigen?
Iedereen die met een frisbee heeft gespeeld, zal een intuïtief idee hebben hoe de hoek waaronder je ze werpt, het pad bepaalt dat ze nemen.
Naarmate frisbees kleiner worden, verandert de fysica. Op kleine schaal wordt de lucht dikker als siroop en begint traagheid een veel kleinere rol te spelen. Het is dus gemakkelijk om te denken dat er een fundamentele grens is aan hoe klein je een frisbee kunt maken.
Niet helemaal, zeggen Johannes Floss en vrienden van het Weizmann Institute of Science in Israël. Het is eigenlijk vrij eenvoudig om het traject van een draaiend molecuul te regelen, net als een frisbee.
In de afgelopen jaren zijn er een aantal technieken ontwikkeld om moleculen in een ronddraaiend gas te plaatsen met hun assen nauwkeurig uitgelijnd, als een driedimensionale reeks zwevende toppen. Deze technieken zappen allemaal de moleculen met een zorgvuldig voorbereide laserpuls om ze op een bepaalde manier te laten roteren.
Maar hoe maak je van deze tollen frisbees? De beweging van frisbees is immers in wezen het resultaat van de interactie tussen het draaiende lichaam en de lucht, maar aerodynamica kan op moleculair niveau geen rol spelen.
Het antwoord, zeggen Floss en co, is om de draaiende moleculen door een elektrisch veld te schieten dat door een andere laser wordt geproduceerd. Op voorwaarde dat het veld enige intensiteitsgradiënt heeft, zal het een rol spelen die analoog is aan lucht bij frisbeevluchten. Wanneer dat gebeurt, bepaalt de helling van de draaiende moleculen het traject dat ze afleggen.
Zoals Floss en co opmerken: een vergelijkbare techniek wordt gebruikt door frisbee-spelers die de kanteling van de draaiende schijf verfijnen om deze in een paar wachtende handen te richten.
Deze frisbeetechniek geeft een opmerkelijke controle over het pad dat de moleculen afleggen. Het traject is afhankelijk van factoren als de sterkte van het veld, de rotatiehelling en de massa van het molecuul.
Dit heeft belangrijke implicaties voor een aantal opkomende technieken, met name in gebieden waar ionisatie niet kan worden gebruikt. Moleculaire nanofabricage, waarbij minuscule structuren bijna steen voor steen worden gebouwd, moet bijvoorbeeld neutrale moleculen gebruiken omdat de opbouw van lading de vorm zou kunnen vervormen of zelfs de constructie volledig zou kunnen verhinderen.
Maar misschien wel de belangrijkste toepassing, in ieder geval op korte termijn, is isotopenscheiding. Omdat het traject afhangt van de massa van het molecuul, zal de techniek op natuurlijke wijze moleculen scheiden die verschillende isotopen bevatten.
Nucleaire wetenschappers zullen het potentieel van deze techniek voor het scheiden van het meer splijtbare uranium 235 van uranium 238 willen onderzoeken. De afgelopen jaren hebben natuurkundigen grote vooruitgang geboekt bij het scheiden van deze isotopen met behulp van lasers om selectief de ene isotoop te ioniseren en de andere neutraal te laten, waardoor ze worden gescheiden met behulp van een elektrisch veld.
De conventionele scheidingstechnieken zijn afhankelijk van gigantische centrifuges die moeilijk en duur zijn om te bouwen en vormen zo een belangrijke technologische barrière die landen met nucleaire aspiraties verhindert om hun eigen hoogverrijkt uranium te maken.
Maar er is een groeiende angst dat laserverrijking dit veel gemakkelijker zal maken. En nu is er een nieuwe techniek die het scheiden van isotopen nog makkelijker kan maken.
Dat maakt het gemakkelijk te voorspellen dat moleculaire frisbees de komende jaren in het middelpunt van de belangstelling zullen staan. Maar hoeveel we over deze toekomstige ontwikkelingen zullen horen, is veel moeilijker te zeggen.
Referentie: arxiv.org/abs/1010.0887 : Moleculaire frisbee: beweging van draaiende moleculen in inhomogene velden