další prezentace o molekulové fyzice
"Jaderná vazebná energie" - Prvky s hmotnostními čísly od 50 do 60 mají maximální vazebnou energii (8,6 MeV/nukleon) - Hmotnostní defekt. Coulombovy síly mají tendenci jádro rozbít. Vazebná energie nukleonů na povrchu je menší než energie nukleonů uvnitř jádra. Uchim.net. Vazebná energie atomových jader. Specifická vazebná energie. Einsteinova rovnice mezi hmotností a energií:
"Struktura atomového jádra" - Geigerův počítač Oblačná komora. Radium (sálavé). aplikace radioaktivní záření. Marie Sklodowska-Curie a Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Termonukleární fúze je fúzní reakce lehkých jader. M-hmotnostní číslo - hmotnost jádra, počet nukleonů, počet neutronů M-Z. Polonium. Řetězová jaderná reakce.
"Uplatnění fotoelektrického jevu" - Státní vzdělávací instituce NPO Odborné lyceum č. 15. Historie objevu a studia fotoelektrického jevu. Vyplnila: učitelka fyziky Varlamova Marina Viktorovna. Einsteinova rovnice pro fotoelektrický jev A. Einstein. pozorování fotoelektrického jevu. Stoletov A.G. Síla saturačního proudu je úměrná intenzitě záření dopadajícího na katodu.
"Struktura jádra atomu" - A. 10 -12. Radioaktivní přeměna atomových jader. V důsledku toho se záření skládá z proudů pozitivních částic, negativních a neutrálních. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (Francouz) objevil fenomén radioaktivity. Označeno - , má hmotnost? 1:00 a náboj se rovná náboji elektronu. 5. Atom je neutrální, protože náboj jádra se rovná celkovému náboji elektronů.
"Složení atomového jádra" - Hmotnostní číslo. JADERNÉ SÍLY - přitažlivé síly, které vážou protony a neutrony v jádře. Jaderné síly. Obecná forma základní označení. Číslo poplatku. Číslo náboje se rovná náboji jádra, vyjádřenému v elementárních elektrických nábojích. Číslo náboje se rovná pořadovému číslu chemického prvku. Mnohonásobně větší než coulombské síly.
"Plazma Synthesis" - Doba výstavby je 8-10 let. Děkuji za pozornost. Výstavba a infrastruktura ITER. Vytvoření TOKAMAKU. Konstrukční parametry ITER. Vytvoření ITER (ITER). 5. Přibližné náklady 5 miliard eur. Termonukleární zbraně. Ruský příspěvek k reaktoru ITER. 2. Výhoda termojaderné energie. Energetické požadavky.
Atom vodíku zachycující elektronová mračna. A přestože moderní fyzici mohou pomocí urychlovačů určit tvar protonu, atom vodíku zřejmě zůstane nejmenším objektem, jehož obraz má smysl nazývat fotografií. Lenta.ru přináší přehled moderní metody fotografování mikrokosmu.
Přísně vzato, v dnešní době nezbylo téměř žádné běžné fotografování. Obrázky, které běžně nazýváme fotografiemi a lze je najít například v jakékoli fotografické eseji Lenta.ru, jsou ve skutečnosti počítačové modely. Světlocitlivá matice ve speciálním zařízení (tradičně se jí stále říká „kamera“) určuje prostorové rozložení intenzity světla v několika různých spektrálních rozsazích, řídicí elektronika tato data ukládá v digitální podobě a následně další elektronický obvod, založený na na těchto datech dává příkaz tranzistorům v displeji z tekutých krystalů. Film, papír, speciální řešení pro jejich zpracování - to vše se stalo exotickým. A pokud si pamatujeme doslovný význam toho slova, pak je fotografie „malba světlem“. Co tedy říci, že se to vědcům povedlo fotografovat atom, je možné pouze s značnou dávkou konvenčnosti.
Více než polovina všech astronomických snímků byla dlouho pořízena infračervenými, ultrafialovými a rentgenovými dalekohledy. Elektronové mikroskopy ozařují nikoli světlem, ale elektronovým paprskem, zatímco mikroskopy atomárních sil skenují reliéf vzorku jehlou. Existují rentgenové mikroskopy a skenery magnetické rezonance. Všechna tato zařízení nám poskytují přesné obrazy různých předmětů, a přestože zde samozřejmě není nutné hovořit o „malbě světlem“, stále si dovolíme takové obrazy nazývat fotografiemi.
Experimenty fyziků na určení tvaru protonu nebo rozložení kvarků uvnitř částic zůstanou v zákulisí; náš příběh bude omezen na rozsah atomů.
Optika nikdy nezestárne
Jak se ukázalo ve druhé polovině 20. století, optické mikroskopy mají stále prostor se vyvíjet. Rozhodující moment v biologických a lékařský výzkum byl vznik fluorescenčních barviv a metod, které umožňují selektivní značení určitých látek. Nebyl to „jen nový lak“, byla to skutečná revoluce.
Na rozdíl od běžné mylné představy fluorescence vůbec není záře ve tmě (ta se nazývá luminiscence). Jedná se o jev absorpce kvant určité energie (řekněme modrého světla), po kterém následuje emise dalších kvant s nižší energií, a tedy jiného světla (když je absorbována modrá, bude vyzařována zelená). Pokud vložíte filtr, který umožňuje procházet pouze kvantům emitovaným barvivem a blokuje světlo, které způsobuje fluorescenci, můžete vidět tmavé pozadí s jasnými skvrnami barviv a barviva zase mohou obarvit vzorek extrémně selektivně. .
Můžete například obarvit cytoskelet nervové buňky červeně, zvýraznit synapse zeleně a zvýraznit jádro modře. Můžete vytvořit fluorescenční značku, která vám za určitých podmínek umožní detekovat proteinové receptory na membráně nebo molekuly syntetizované buňkou. Metoda imunohistochemického barvení způsobila revoluci v biologické vědě. A když se genetickí inženýři naučili vyrábět transgenní zvířata pomocí fluorescenčních proteinů, zažila tato metoda znovuzrození: realitou se staly například myši s neurony natřenými různými barvami.
Inženýři navíc vymysleli (a praktikovali) metodu takzvané konfokální mikroskopie. Jeho podstata spočívá v tom, že mikroskop zaostří na velmi tenkou vrstvu a speciální clona odřízne světlo vytvářené předměty mimo tuto vrstvu. Takový mikroskop dokáže sekvenčně naskenovat vzorek shora dolů a získat stoh obrázků, což je hotový základ pro trojrozměrný model.
Použití laserů a sofistikovaných systémů řízení optického paprsku umožnilo vyřešit problém blednutí barviva a vysychání jemných biologických vzorků pod jasným světlem: laserový paprsek snímá vzorek pouze tehdy, když je to nutné pro zobrazení. A abychom neztráceli čas a úsilí na zkoumání velkého preparátu okulárem s úzkým zorným polem, inženýři navrhli automatický skenovací systém: sklenici se vzorkem můžete položit na stolek objektu moderního mikroskopu a zařízení nezávisle zachytí velkoplošné panorama celého vzorku. Zároveň v správná místa zaostří a poté slepí mnoho snímků dohromady.
Některé mikroskopy mohou pojmout živé myši, krysy nebo alespoň malé bezobratlé. Jiné poskytují mírné zvýšení, ale jsou kombinovány s rentgenovým přístrojem. Aby se eliminovalo rušení vibrací, mnohé jsou namontovány na speciálních stolech o hmotnosti několika tun uvnitř s pečlivě kontrolovaným mikroklimatem. Náklady na takové systémy převyšují náklady na jiné elektronové mikroskopy a soutěže o nejkrásnější rám se již dlouho staly tradicí. Kromě toho pokračuje zdokonalování optiky: od vyhledávání nejlepší odrůdy sklo a výběr optimálních kombinací čoček, inženýři přešli ke způsobům zaostřování světla.
Konkrétně jsme uvedli řadu technických detailů, abychom ukázali, že pokrok v biologickém výzkumu je již dlouho spojen s pokrokem v jiných oblastech. Kdyby neexistovaly počítače schopné automaticky spočítat počet obarvených buněk na několika stovkách fotografií, supermikroskopy by byly málo použitelné. A bez fluorescenčních barviv by byly všechny miliony buněk od sebe k nerozeznání, takže by bylo téměř nemožné sledovat vznik nových nebo zánik starých.
Ve skutečnosti byl prvním mikroskopem svorka s připojenou sférickou čočkou. Obdobou takového mikroskopu může být jednoduchá hrací karta s otvorem v ní a kapkou vody. Podle některých zpráv taková zařízení používali těžaři zlata na Kolymě již v minulém století.
Za limitem difrakce
Optické mikroskopy mají zásadní nevýhodu. Faktem je, že je nemožné obnovit tvar těch objektů, které se ukázaly být mnohem menší než vlnová délka z tvaru světelných vln: stejně dobře se můžete pokusit prozkoumat jemnou texturu materiálu rukou v silná svářečská rukavice.
Omezení vytvořená difrakcí byla částečně překonána a bez porušení fyzikálních zákonů. Dvě okolnosti pomáhají optickým mikroskopům ponořit se pod difrakční bariéru: skutečnost, že během fluorescence jsou kvanta emitována jednotlivými molekulami barviva (které mohou být od sebe značně vzdálené), a skutečnost, že superponováním světelných vln je možné získat jasný skvrna o průměru menším než je vlnová délka.
Při superponování na sebe se světelné vlny mohou navzájem rušit, proto jsou parametry osvětlení vzorku takové, že do světlé oblasti spadá co nejmenší plocha. V kombinaci s matematickými algoritmy, které mohou například odstranit duchy, poskytuje takové směrové osvětlení dramatické zlepšení kvality obrazu. Je možné například zkoumat intracelulární struktury optickým mikroskopem a dokonce (kombinací popsané metody s konfokální mikroskopií) získat jejich trojrozměrné obrazy.
Elektronový mikroskop před elektronickými přístroji
Aby vědci objevili atomy a molekuly, nemuseli se na ně dívat – molekulární teorie nepotřebovala objekt vidět. Ale mikrobiologie byla možná až po vynálezu mikroskopu. Proto byly mikroskopy zpočátku spojovány právě s medicínou a biologií: fyziky a chemiky, kteří studovali mnohem menší objekty spravované jinými prostředky. Když se chtěli také podívat na mikrokosmos, stala se difrakční omezení vážným problémem, zejména proto, že výše popsané metody fluorescenční mikroskopie byly stále neznámé. A nemá smysl zvyšovat rozlišení z 500 na 100 nanometrů, pokud je uvažovaný objekt ještě menší!
S vědomím, že elektrony se mohou chovat jako vlna i jako částice, vytvořili němečtí fyzici v roce 1926 elektronovou čočku. Základní myšlenka byla velmi jednoduchá a pro každého školáka srozumitelná: protože elektromagnetické pole vychyluje elektrony, lze jej použít ke změně tvaru paprsku těchto částic jejich odtažením, nebo naopak ke zmenšení průměru paprsek. O pět let později, v roce 1931, Ernst Ruska a Max Knoll postavili první elektronový mikroskop na světě. V zařízení byl vzorek nejprve osvětlen elektronovým paprskem a poté elektronová čočka rozšířila paprsek, který prošel, než dopadl na speciální luminiscenční stínítko. První mikroskop poskytl pouze 400násobné zvětšení, ale nahrazení světla elektrony otevřelo cestu k fotografování se stotisícovým zvětšením: konstruktéři museli překonat jen pár technických překážek.
Elektronový mikroskop umožnil zkoumat strukturu buněk v kvalitě, která byla dříve nedosažitelná. Ale z tohoto obrázku není možné pochopit stáří buněk a přítomnost určitých proteinů v nich a tyto informace jsou pro vědce velmi potřebné.
Elektronové mikroskopy nyní umožňují detailní fotografie virů. Existují různé modifikace zařízení, které umožňují nejen prosvítit tenké řezy, ale také je uvažovat v "odraženém světle" (samozřejmě v odražených elektronech). Nebudeme podrobně mluvit o všech možnostech mikroskopů, ale poznamenáváme, že nedávno se vědci naučili, jak obnovit obraz z difrakčního vzoru.
Dotknout se, nevidět
Další revoluce přišla na úkor dalšího odklonu od principu „osvítit a vidět“. Na povrch vzorků již nesvítí mikroskop atomárních sil, stejně jako rastrovací tunelový mikroskop. Místo toho se po povrchu pohybuje obzvlášť tenká jehla, která doslova poskakuje i na hrbolcích o velikosti jednoho atomu.
Aniž bychom zacházeli do detailů všech takových metod, poznamenáváme hlavní věc: jehlu tunelového mikroskopu lze nejen pohybovat po povrchu, ale také ji použít k přeskupení atomů z místa na místo. Vědci tak vytvářejí nápisy, kresby a dokonce i karikatury, ve kterých si nakreslený chlapec hraje s atomem. Skutečný atom xenonu tažený špičkou rastrovacího tunelového mikroskopu.
Tunelový mikroskop se nazývá proto, že využívá efekt tunelovacího proudu protékajícího jehlou: elektrony procházejí mezerou mezi jehlou a povrchem kvůli tunelovému efektu předpovídanému kvantovou mechanikou. Toto zařízení vyžaduje k provozu vakuum.
Mikroskop atomárních sil (AFM) je mnohem méně náročný na podmínky prostředí – může (s řadou omezení) pracovat bez čerpání vzduchu. V jistém smyslu je AFM nanotechnologickým nástupcem gramofonu. Jehla namontovaná na tenké a flexibilní konzolové konzole ( konzola a je zde „závorka“), pohybuje se po povrchu, aniž by na něj bylo přiváděno napětí, a sleduje reliéf vzorku stejným způsobem, jako jehla gramofonu sleduje drážky gramofonové desky. Prohnutím konzoly dochází k vychýlení zrcadla na ní upevněného, zrcadlo vychyluje laserový paprsek a to umožňuje velmi přesně určit tvar zkoumaného vzorku. Hlavní je mít poměrně přesný systém pohybu jehly a také zásobu jehel, které musí být dokonale ostré. Poloměr zakřivení na špičkách takových jehel nesmí přesáhnout jeden nanometr.
AFM umožňuje vidět jednotlivé atomy a molekuly, ale stejně jako tunelovací mikroskop neumožňuje nahlédnout pod povrch vzorku. Jinými slovy, vědci si musí vybrat mezi tím, že budou schopni vidět atomy, a tím, že budou schopni studovat celý objekt. Ani pro optické mikroskopy však nejsou vnitřky studovaných vzorků vždy přístupné, protože minerály nebo kovy většinou špatně propouštějí světlo. Navíc jsou stále potíže s fotografováním atomů – tyto objekty se jeví jako jednoduché kuličky, tvar elektronových mraků není na takových snímcích vidět.
Synchrotronové záření, ke kterému dochází při zpomalování nabitých částic rozptýlených urychlovači, umožňuje studovat zkamenělé pozůstatky pravěkých zvířat. Rotací vzorku pod rentgenovým zářením můžeme získat trojrozměrné tomogramy – takto byl například nalezen mozek uvnitř lebky ryb, které vyhynuly před 300 miliony let. Můžete se obejít bez rotace, pokud je registrace procházejícího záření fixací rentgenových paprsků rozptýlených v důsledku difrakce.
A to nejsou všechny možnosti, které rentgenové záření otevírá. Když se jím ozáří, mnoho materiálů fluoreskuje a k určení povahy fluorescence lze použít chemické složení látky: tímto způsobem vědci barví starověké artefakty, Archimédova díla vymazaná ve středověku nebo barví peří dávno vyhynulých ptáků.
Pózování atomů
Na pozadí všech možností, které poskytují rentgenové nebo optické fluorescenční metody, nová cesta Fotografování jednotlivých atomů se již nejeví jako tak velký průlom ve vědě. Podstata metody, která umožnila získat snímky prezentované tento týden, je následující: elektrony jsou vytrhávány z ionizovaných atomů a posílány do speciálního detektoru. Každý akt ionizace oddělí elektron z určité pozice a udělí jeden bod na "fotce". Poté, co vědci nashromáždili několik tisíc takových bodů, vytvořili obrázek ukazující nejpravděpodobnější místa pro nalezení elektronu kolem jádra atomu, a to je podle definice elektronový mrak.
Na závěr si řekněme, že schopnost vidět jednotlivé atomy s jejich elektronovými mračny je spíše třešničkou na dortu moderní mikroskopie. Pro vědce bylo důležité studovat strukturu materiálů, studovat buňky a krystaly a vývoj technologií z toho vyplývající umožnil dosáhnout atomu vodíku. Cokoliv méně je již ve sféře zájmu specialistů na fyziku elementárních částic. A biologové, materiální vědci a geologové mají stále prostor vylepšovat mikroskopy i při poněkud mírném zvětšení ve srovnání s atomy. Například odborníci na neurofyziologii už dlouho touží po zařízení, které dokáže vidět jednotlivé buňky uvnitř živého mozku, a tvůrci roverů by prodali svou duši za elektronový mikroskop, který by se vešel na palubu kosmické lodi a mohl pracovat na Marsu.
Pohroma z konce 20. století, která způsobila smrt Freddyho Mercuryho, každoročně unáší tisíce lidí za hranici, ze které není návratu do světa živých.
Nepřítel lidstva musí být znám, podíváme se a zapamatujeme si molekulu viru AIDS, který ve vědeckých kruzích vystupuje pod pseudonymem HIV.
To je přibližně způsob, jakým se buňky dělí na svůj vlastní druh.
Na obrázku okamžik dělení kvasinkové buňky.
Každá biologická bytost, ať už člověk nebo rostlina, se skládá z genů.
V zásadě celý řetězec genů, na kterém hodně závisí, kvůli nedostatku určitých genů se člověk snadno promění v rostlinu. Opačný proces nebyl dosud v přírodě pozorován.
Na obrázku je rostlinný gen Arabidopsis, zde je ve 3D.
Ano, tento obrázek pravděpodobně pozná každý student!
Semeno rajčat obklopené drobnými chloupky, které na dotek působí jako sliz. Chrání semeno před předčasným vysycháním.
Tady je, vytoužený sen většiny lidstva!
O jeho vlastnictví se vedly dlouhé a krvavé války, kolemjdoucí byli zabíjeni a okrádáni v bráně. Je v tom zapletena celá historie lidstva.
Zveme vás k hodnocení snímků finalistů, kteří získali titul „Fotograf roku“ od Royal Photographic Society. Vítěz bude vyhlášen 7. října a výstava nejlepších prací se bude konat od 7. října do 5. ledna ve Science Museum v Londýně.
Vydání PM
Struktura mýdlové bubliny od Kim Cox
Mýdlové bubliny optimalizují prostor uvnitř sebe a minimalizují jejich povrch pro daný objem vzduchu. Díky tomu jsou užitečným předmětem studia v mnoha oblastech, zejména v oblasti materiálové vědy. Stěny bublin jakoby stékají dolů působením gravitace: nahoře jsou tenké a dole tlusté.
„Značení na molekulách kyslíku“ od Yasmine Crawford
Snímek je součástí autorova nejnovějšího velkého projektu pro magisterské studium fotografie na Falmouthské univerzitě, kde se pozornost soustředila na myalgickou encefalomyelitidu. Crawford říká, že vytváří obrazy, které nás spojují s nejednoznačným a neznámým.
"Klid věčnosti", autor Evgeny Samuchenko
Snímek byl pořízen v Himalájích na jezeře Gosaikunda ve výšce 4400 metrů. Mléčná dráha je galaxie, která zahrnuje naši sluneční soustavu: nejasný pruh světla na noční obloze.
"Confused Flour Beetle" od Davida Spearse
Tento malý škůdce napadá obiloviny a moučné výrobky. Obrázek byl pořízen pomocí skenovacího elektronového mikrofotografie a poté kolorován ve Photoshopu.
Mlhovina Severní Amerika od Davea Watsona
Mlhovina Severní Amerika NGC7000 je emisní mlhovina v souhvězdí Labutě. Tvar mlhoviny připomíná tvar Severní Ameriky – vidět je dokonce i Mexický záliv.
Roháč od Victora Sikory
Fotograf použil světelnou mikroskopii s pětinásobným zvětšením.
Lovellův dalekohled od Marge Bradshaw
„Lovellův dalekohled v Jodrell Bank mě fascinoval od té doby, co jsem ho viděl na školním výletě,“ říká Bradshaw. Chtěla udělat nějaké podrobnější fotografie, aby ukázala jeho oblečení.
"Medúza vzhůru nohama" od Mary Ann Chilton
Místo plavání tráví tento druh čas pulzováním ve vodě. Barva medúz je výsledkem pojídání řas.
