muita esityksiä molekyylifysiikasta
"Ydinsidosenergia" - Elementeillä, joiden massaluvut ovat 50 - 60, on suurin sitoutumisenergia (8,6 MeV/nukleoni) - Massavika. Coulombin voimilla on taipumus rikkoa ydin. Pinnalla olevien nukleonien sitoutumisenergia on pienempi kuin ytimen sisällä olevien nukleonien sitoutumisenergia. Uchim.net. Atomiytimien sitoutumisenergia. Spesifinen sitoutumisenergia. Einsteinin yhtälö massan ja energian välillä:
"Atomin ytimen rakenne" - Geiger-laskuri Pilvikammio. Radium (säteilevä). Sovellus radioaktiivista säteilyä. Marie Sklodowska-Curie ja Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Termonukleaarinen fuusio on kevyiden ytimien fuusioreaktio. M-massaluku - ytimen massa, nukleonien lukumäärä, neutronien lukumäärä M-Z. Polonium. Ydinketjureaktio.
"Valosähköisen vaikutuksen soveltaminen" - Valtion oppilaitos NPO Professional Lyceum nro 15. Valosähköisen vaikutuksen löytämisen ja tutkimuksen historia. Täydentäjä: fysiikan opettaja Varlamova Marina Viktorovna. Einsteinin yhtälö valosähköiselle efektille A. Einstein. valosähköisen vaikutuksen tarkkailu. Stoletov A.G. Kyllästysvirran voimakkuus on verrannollinen katodille tulevan säteilyn voimakkuuteen.
"Atomin ytimen rakenne" - A. 10 -12. Atomiytimien radioaktiivinen muunnos. Näin ollen säteily koostuu positiivisten hiukkasten virroista, negatiivisista ja neutraaleista. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (ranskalainen) löysi radioaktiivisuuden ilmiön. Merkitään - , onko massaa? 1a.u.m ja varaus on yhtä suuri kuin elektronin varaus. 5. Atomi on neutraali, koska ytimen varaus on yhtä suuri kuin elektronien kokonaisvaraus.
"Atomin ytimen koostumus" - Massaluku. YDINVOIMAT - houkuttelevat voimat, jotka sitovat protoneja ja neutroneja ytimessä. Ydinvoimat. Yleinen muoto ydinnimitykset. Maksun numero. Varausluku on yhtä suuri kuin ytimen varaus, joka ilmaistaan perussähkövarauksina. Varausnumero on yhtä suuri kuin kemiallisen alkuaineen järjestysnumero. Monta kertaa suurempi kuin Coulombin voimat.
"Plasmasynteesi" - Rakennusaika on 8-10 vuotta. Kiitos huomiostasi. ITERin rakentaminen ja infrastruktuuri. TOKAMAKin luominen. ITERin suunnitteluparametrit. ITERin (ITER) luominen. 5. Kustannukset noin 5 miljardia euroa. Lämpöydinaseet. Venäjän panos ITER-reaktoriin. 2. Lämpöydinenergian etu. Energiavaatimukset.
Vetyatomi vangitsee elektronipilviä. Ja vaikka nykyaikaiset fyysikot voivat jopa määrittää protonin muodon kiihdyttimien avulla, vetyatomi jää ilmeisesti pienimmäksi esineeksi, jonka kuvaa on järkevää kutsua valokuvaksi. Lenta.ru esittelee yleiskatsauksen nykyaikaisia menetelmiä valokuvaamalla mikrokosmosta.
Tarkkaan ottaen tavallista valokuvaamista ei nykyään ole juurikaan jäljellä. Kuvat, joita kutsumme tavallisesti valokuviksi ja jotka löytyvät esimerkiksi mistä tahansa Lenta.ru-valokuvaesseestä, ovat itse asiassa tietokonemalleja. Erikoislaitteessa oleva valoherkkä matriisi (perinteisesti sitä kutsutaan edelleen "kameraksi") määrittää valon intensiteetin tilajakauman useilla eri spektrialueilla, ohjauselektroniikka tallentaa nämä tiedot digitaalisessa muodossa ja sitten toinen elektroninen piiri, joka perustuu antaa näille tiedoille komennon nestekidenäytön transistoreille. Kalvo, paperi, erikoisratkaisut niiden käsittelyyn - kaikesta tästä on tullut eksoottista. Ja jos muistamme sanan kirjaimellisen merkityksen, niin valokuvaus on "valomaalausta". Joten mitä sanoa, että tiedemiehet onnistuivat valokuvaamaan atomi, on mahdollista vain kohtuullisella määrällä konventionaalisuutta.
Yli puolet kaikista tähtitieteellisistä kuvista on jo pitkään otettu infrapuna-, ultravioletti- ja röntgenteleskoopeilla. Elektronimikroskoopit eivät säteilytä valolla, vaan elektronisuihkulla, kun taas atomivoimamikroskoopit skannaavat näytteen kohokuviota neulalla. On röntgenmikroskoopit ja magneettikuvausskannerit. Kaikki nämä laitteet antavat meille tarkkoja kuvia erilaisista kohteista, ja huolimatta siitä, että tässä ei tietenkään ole tarpeen puhua "valomaalauksesta", sallimme itsemme kutsua tällaisia kuvia valokuviksi.
Fyysikkojen kokeet protonin muodon tai kvarkkien jakautumisen määrittämiseksi hiukkasten sisällä jäävät kulissien taakse; tarinamme rajoittuu atomien mittakaavaan.
Optiikka ei vanhene koskaan
Kuten 1900-luvun jälkipuoliskolla kävi ilmi, optisilla mikroskoopeilla on vielä tilaa kehittyä. Ratkaiseva hetki biologisissa ja lääketieteellinen tutkimus oli fluoresoivien väriaineiden ja menetelmien ilmaantuminen, jotka mahdollistavat tiettyjen aineiden valikoivan leimauksen. Se ei ollut "vain uusi maali", se oli todellinen vallankumous.
Vastoin yleistä väärinkäsitystä fluoresenssi ei ole ollenkaan hehkua pimeässä (jälkimmäistä kutsutaan luminesenssiksi). Tämä on ilmiö, jossa tietyn energian kvantit (esimerkiksi sininen valo) imeytyvät, minkä jälkeen lähetetään muita alhaisemman energian kvantteja ja vastaavasti erilaista valoa (kun sininen absorboituu, vihreä säteilee). Jos laitat suodattimen, joka päästää vain väriaineen emittoiman kvantin läpi ja estää fluoresenssia aiheuttavan valon, näet tumman taustan kirkkaine väripilkkuineen, ja väriaineet puolestaan voivat värjätä näytteen erittäin valikoivasti. .
Voit esimerkiksi värjätä hermosolun sytoskeleton punaiseksi, korostaa synapsit vihreällä ja korostaa ytimen sinisellä. Voit tehdä fluoresoivan leiman, jonka avulla voit havaita kalvon proteiinireseptoreita tai solun syntetisoimia molekyylejä tietyissä olosuhteissa. Immunohistokemiallinen värjäysmenetelmä on mullistanut biologian tieteen. Ja kun geenitekniikat oppivat valmistamaan siirtogeenisiä eläimiä fluoresoivilla proteiineilla, tämä menetelmä koki uudestisyntymisen: esimerkiksi hiiristä, joiden neuronit oli maalattu eri väreillä, tuli todellisuutta.
Lisäksi insinöörit keksivät (ja harjoittivat) niin sanotun konfokaalimikroskopian menetelmää. Sen olemus piilee siinä, että mikroskooppi keskittyy erittäin ohueen kerrokseen ja erityinen kalvo katkaisee tämän kerroksen ulkopuolella olevien esineiden luoman valon. Tällaisella mikroskoopilla voidaan skannata näytettä peräkkäin ylhäältä alas ja saada kuvapino, joka on valmiina pohjana kolmiulotteiselle mallille.
Lasereiden ja kehittyneiden optisten säteen ohjausjärjestelmien avulla on voitu ratkaista värin haalistuminen ja herkkien biologisten näytteiden kuivuminen kirkkaassa valossa: lasersäde skannaa näytteen vain silloin, kun se on tarpeen kuvantamista varten. Ja jotta ei tuhlata aikaa ja vaivaa suuren valmisteen tutkimiseen kapealla näkökentällä varustetun okulaarin läpi, insinöörit ehdottivat automaattista skannausjärjestelmää: voit laittaa lasin näytteen kanssa nykyaikaisen mikroskoopin objektitasolle, ja laite ottaa itsenäisesti laajan panoraaman koko näytteestä. Samaan aikaan sisään oikeita paikkoja se tarkentaa ja liimaa sitten monta kehystä yhteen.
Jotkut mikroskoopit voivat ottaa käyttöön eläviä hiiriä, rottia tai ainakin pieniä selkärangattomia. Toiset lisäävät hieman, mutta ne yhdistetään röntgenlaitteeseen. Tärinähäiriöiden eliminoimiseksi monet niistä on asennettu useita tonneja painaville erikoispöydille, joissa on tarkasti valvottu mikroilmasto. Tällaisten järjestelmien hinta ylittää muiden elektronimikroskooppien kustannukset, ja kauneimman kehyksen kilpailuista on tullut pitkään perinne. Lisäksi optiikan parantaminen jatkuu: hausta parhaat lajikkeet lasin ja optimaalisten linssiyhdistelmien valinnassa, insinöörit siirtyivät valon tarkentamiseen.
Olemme erityisesti listanneet joukon teknisiä yksityiskohtia osoittaaksemme, että biologisen tutkimuksen edistyminen on pitkään yhdistetty muiden alueiden edistymiseen. Jos ei olisi tietokoneita, jotka pystyisivät automaattisesti laskemaan värjäytyneiden solujen määrän useissa sadoissa valokuvissa, supermikroskoopeista ei olisi juurikaan hyötyä. Ja ilman fluoresoivia väriaineita kaikki miljoonat solut olisivat mahdottomia erottaa toisistaan, joten uusien muodostumista tai vanhojen kuolemaa olisi lähes mahdotonta seurata.
Itse asiassa ensimmäinen mikroskooppi oli puristin, johon oli kiinnitetty pallomainen linssi. Tällaisen mikroskoopin analogi voi olla yksinkertainen pelikortti, johon on tehty reikä ja vesipisara. Joidenkin raporttien mukaan kultakaivostyöntekijät käyttivät tällaisia laitteita Kolymassa jo viime vuosisadalla.
Diffraktiorajan yli
Optisilla mikroskoopeilla on perustavanlaatuinen haittapuoli. Tosiasia on, että niiden esineiden muotoa, jotka osoittautuivat paljon pienemmiksi kuin aallonpituus, on mahdotonta palauttaa valoaaltojen muodosta: voit yhtä hyvin yrittää tutkia materiaalin hienoa rakennetta kädelläsi. paksu hitsauskäsine.
Diffraktion aiheuttamat rajoitukset on osittain voitettu ja fysiikan lakeja rikkomatta. Kaksi seikkaa auttavat optisia mikroskooppeja sukeltamaan diffraktioesteen alle: se, että fluoresenssin aikana yksittäiset väriainemolekyylit lähettävät kvantteja (jotka voivat olla melko kaukana toisistaan) ja se, että valoaaltoja asettamalla on mahdollista saada kirkas valo. täplä, jonka halkaisija on pienempi kuin aallonpituus.
Toistensa päälle asetettuna valoaallot pystyvät kumoamaan toisensa, joten näytteen valaistusparametrit ovat sellaiset, että pienin mahdollinen alue putoaa kirkkaalle alueelle. Yhdessä matemaattisten algoritmien kanssa, jotka voivat esimerkiksi poistaa haamukuvia, tällainen suunnattu valaistus parantaa kuvanlaatua dramaattisesti. On mahdollista esimerkiksi tutkia solunsisäisiä rakenteita optisella mikroskoopilla ja jopa (yhdistämällä kuvattu menetelmä konfokaalimikroskopiaan) saada niiden kolmiulotteiset kuvat.
Elektronimikroskooppi ennen elektronisia instrumentteja
Atomien ja molekyylien löytämiseksi tutkijoiden ei tarvinnut katsoa niitä – molekyyliteorian ei tarvinnut nähdä objektia. Mutta mikrobiologia tuli mahdolliseksi vasta mikroskoopin keksimisen jälkeen. Siksi mikroskoopit yhdistettiin aluksi nimenomaan lääketieteeseen ja biologiaan: fyysikot ja kemistit, jotka tutkivat paljon pienempiä esineitä, joita hoidettiin muilla keinoin. Kun haluttiin tarkastella myös mikrokosmosta, diffraktiorajoituksista tuli vakava ongelma, varsinkin kun edellä kuvatut fluoresenssimikroskoopin menetelmät olivat vielä tuntemattomia. Ja ei ole mitään järkeä nostaa resoluutiota 500 nanometristä 100 nanometriin, jos tarkasteltava kohde on vielä pienempi!
Saksalaiset fyysikot loivat elektronilinssin vuonna 1926, koska tiesivät, että elektronit voivat käyttäytyä sekä aaltona että hiukkasena. Sen taustalla oleva ajatus oli hyvin yksinkertainen ja jokaiselle koululaiselle ymmärrettävä: koska sähkömagneettinen kenttä poikkeuttaa elektroneja, sen avulla voidaan muuttaa näiden hiukkasten säteen muotoa vetämällä niitä eri suuntiin tai päinvastoin pienentää hiukkasten säteen muotoa. palkin halkaisija. Viisi vuotta myöhemmin, vuonna 1931, Ernst Ruska ja Max Knoll rakensivat maailman ensimmäisen elektronimikroskoopin. Laitteessa näyte valaistiin ensin elektronisäteellä, jonka jälkeen elektronilinssi laajensi läpi kulkenutta sädettä ennen kuin se putosi erityiselle luminoivalle näytölle. Ensimmäinen mikroskooppi antoi vain 400-kertaisen suurennuksen, mutta valon korvaaminen elektroneilla avasi tien satojatuhansia kertoja suurennokselle kuvaamiseen: suunnittelijoiden täytyi voittaa vain muutama tekninen este.
Elektronimikroskoopilla oli mahdollista tutkia solujen rakennetta sellaisessa laadussa, jota ei aiemmin ollut saavutettu. Mutta tästä kuvasta on mahdotonta ymmärtää solujen ikää ja tiettyjen proteiinien esiintymistä niissä, ja tämä tieto on erittäin tarpeellista tutkijoille.
Elektronimikroskoopit mahdollistavat nyt lähikuvia viruksista. Laitteista on olemassa erilaisia muunnoksia, jotka eivät salli vain paistaa ohuiden osien läpi, vaan myös tarkastella niitä "heijastuneessa valossa" (tietenkin heijastuneissa elektroneissa). Emme puhu yksityiskohtaisesti kaikista mikroskooppien vaihtoehdoista, mutta huomaamme, että viime aikoina tutkijat ovat oppineet palauttamaan kuvan diffraktiokuviosta.
Kosketa, älä näe
Toinen vallankumous tapahtui "valaise ja katso" -periaatteesta poikkeamisen kustannuksella. Atomivoimamikroskooppi, samoin kuin pyyhkäisytunnelimikroskooppi, eivät enää paista näytteiden pinnalle. Sen sijaan pinnan poikki liikkuu erityisen ohut neula, joka kirjaimellisesti pomppii jopa yhden atomin kokoisiin kuoppiin.
Menemättä kaikkien tällaisten menetelmien yksityiskohtiin, panemme merkille pääasia: tunnelimikroskoopin neulaa ei voida vain siirtää pintaa pitkin, vaan sitä voidaan käyttää myös atomien järjestämiseen paikasta toiseen. Näin tiedemiehet luovat kirjoituksia, piirroksia ja jopa sarjakuvia, joissa piirretty poika leikkii atomilla. Todellinen ksenonatomi, jota vetää pyyhkäisytunnelimikroskoopin kärki.
Tunnelointimikroskoopiksi kutsutaan siksi, että se käyttää neulan läpi kulkevan tunnelointivirran vaikutusta: elektronit kulkevat neulan ja pinnan välisen raon läpi kvanttimekaniikan ennustaman tunnelointivaikutuksen vuoksi. Tämä laite vaatii tyhjiön toimiakseen.
Atomivoimamikroskooppi (AFM) on paljon vähemmän vaativa ympäristöolosuhteille - se voi (useita rajoituksia lukuun ottamatta) toimia ilman ilman pumppausta. Tietyssä mielessä AFM on gramofonin nanoteknologian seuraaja. Neula, joka on asennettu ohueen ja joustavaan ulokekannattimeen ( uloke ja siellä on "suluke"), liikkuu pintaa pitkin syöttämättä siihen jännitettä ja seuraa näytteen kohokuviota samalla tavalla kuin gramofonineula seuraa gramofonilevyn uria. Ulokkeen taivutus saa siihen kiinnitetyn peilin poikkeamaan, peili poikkeaa lasersäteen, jolloin tutkittavan näytteen muoto voidaan määrittää erittäin tarkasti. Tärkeintä on, että sinulla on melko tarkka järjestelmä neulan siirtämiseen sekä neulojen tarjonta, joiden on oltava täysin teräviä. Tällaisten neulojen päiden kaarevuussäde ei saa ylittää yhtä nanometriä.
AFM mahdollistaa yksittäisten atomien ja molekyylien näkemisen, mutta tunnelointimikroskoopin tapaan se ei anna sinun katsoa näytteen pinnan alle. Toisin sanoen tutkijoiden on valittava näkevätkö atomit vai voivatko tutkia koko objektia. Optisissa mikroskoopeissakaan tutkittujen näytteiden sisäosat eivät kuitenkaan aina ole saavutettavissa, koska mineraalit tai metallit läpäisevät valoa yleensä huonosti. Lisäksi atomien kuvaamisessa on edelleen vaikeuksia - nämä esineet näyttävät yksinkertaisilta palloilta, elektronipilvien muoto ei näy sellaisissa kuvissa.
Synkrotronisäteily, joka syntyy kiihdyttimien hajottamien varautuneiden hiukkasten hidastuessa, mahdollistaa esihistoriallisten eläinten kivettyneiden jäänteiden tutkimisen. Kääntelemällä näytettä röntgensäteiden alla saadaan kolmiulotteisia tomogrammeja - näin esimerkiksi 300 miljoonaa vuotta sitten sukupuuttoon kuolleiden kalojen aivot löydettiin kallon sisältä. Pystyt ilman kiertoa, jos läpäisevän säteilyn rekisteröinti tapahtuu kiinnittämällä diffraktiosta hajallaan olevat röntgensäteet.
Ja tämä ei ole kaikki röntgensäteiden avaamat mahdollisuudet. Sillä säteilytettäessä monet materiaalit fluoresoivat, ja fluoresenssin luonteen perusteella voidaan määrittää kemiallinen koostumus aineet: tällä tavalla tiedemiehet värjäävät muinaisia esineitä, keskiajalla pyyhittyjä Arkhimedesen teoksia tai värjäävät kauan sukupuuttoon kuolleiden lintujen höyheniä.
Atomien esittäminen
Kaikkien röntgen- tai optisten fluoresenssimenetelmien tarjoamien mahdollisuuksien taustalla uusi tapa Yksittäisten atomien kuvaaminen ei enää tunnu niin suurelta läpimurrolta tieteessä. Tällä viikolla esiteltyjen kuvien saamisen mahdollistaneen menetelmän ydin on seuraava: ionisoiduista atomeista poimitaan elektroneja ja lähetetään erityiseen ilmaisimeen. Jokainen ionisaatiotoiminto irrottaa elektronin tietystä paikasta ja antaa yhden pisteen "valokuvassa". Kerättyään useita tuhansia tällaisia pisteitä, tutkijat muodostivat kuvan, joka näyttää todennäköisimpiä paikkoja elektronin löytämiseksi atomin ytimen ympäriltä, ja tämä on määritelmän mukaan elektronipilvi.
Lopuksi sanotaan, että kyky nähdä yksittäisiä atomeja elektronipilvineen on enemmän kuin kirsikka kakun päällä modernissa mikroskopiassa. Tutkijoille oli tärkeää tutkia materiaalien rakennetta, tutkia soluja ja kiteitä, ja tästä syntyvä teknologioiden kehitys mahdollisti vetyatomin saavuttamisen. Kaikki vähempi on jo alkuainehiukkasfysiikan asiantuntijoiden kiinnostuksen kohteena. Ja biologeilla, materiaalitieteilijöillä ja geologeilla on vielä tilaa parantaa mikroskooppeja jopa melko vaatimattomalla suurennuksella atomeihin verrattuna. Esimerkiksi neurofysiologian asiantuntijat ovat pitkään halunneet laitetta, joka näkee yksittäisiä soluja elävien aivojen sisällä, ja roverien luojat myivät sielunsa elektronimikroskoopista, joka mahtuisi avaruusalukseen ja voisi toimia Marsissa.
1900-luvun lopun vitsaus, joka aiheutti Freddy Mercuryn kuoleman ja kuljetti vuosittain tuhansia ihmisiä sen rajan yli, että elävien maailmaan ei ole paluuta.
Ihmiskunnan vihollinen on tunnettava, katsomme ja muistamme AIDS-viruksen molekyylin, joka tiedepiireissä kulkee salanimellä HIV.
Tämä on suunnilleen tapa, jolla solut jakautuvat omaksi lajikseen.
Kuvassa hiivasolun jakautumishetki.
Jokainen biologinen olento, olipa sitten ihminen tai kasvi, koostuu geeneistä.
Periaatteessa koko geeniketju, josta paljon riippuu, tiettyjen geenien puutteen vuoksi ihminen muuttuu helposti kasveiksi. Käänteistä prosessia ei ole vielä havaittu luonnossa.
Kuvassa kasvigeeni on Arabidopsis, tässä se on 3D:nä.
Kyllä, luultavasti jokainen opiskelija tunnistaa tämän kuvan!
Tomaatin siemen, jota ympäröivät pienet karvat, jotka tuntuvat kosketettaessa limalta. Suojaa siemeniä ennenaikaiselta kuivumiselta.
Tässä se on, ihmiskunnan enemmistön kaivattu unelma!
Tämän hallussapidosta käytiin pitkiä ja verisiä sotia, ohikulkijoita tapettiin ja ryöstettiin portissa. Koko ihmiskunnan historia on mukana tässä.
Kutsumme sinut arvioimaan kuvia finalisteista, jotka hakevat Royal Photographer Societyn "Vuoden valokuvaajaksi" -titteliä. Voittaja julkistetaan 7. lokakuuta, ja parhaiden teosten näyttely pidetään 7. lokakuuta - 5. tammikuuta Science Museumissa Lontoossa.
Painos PM
Saippuakuplarakenne, Kim Cox
Saippuakuplat optimoivat tilan sisällään ja minimoivat pinta-alansa tietylle ilmamäärälle. Tämä tekee niistä hyödyllisen tutkimuskohteen monilla aloilla, erityisesti materiaalitieteen alalla. Kuplien seinämät näyttävät valuvan alas painovoiman vaikutuksesta: ne ovat ylhäältä ohuita ja alhaalta paksuja.
Yasmine Crawfordin "Marking on Oxygen Molecules".
Kuva on osa kirjoittajan viimeistä suurta projektia valokuvauksen maisterin tutkintoon Falmouthin yliopistossa, jossa keskityttiin myalgiseen enkefalomyeliittiin. Crawford sanoo luovansa kuvia, jotka yhdistävät meidät moniselitteiseen ja tuntemattomaan.
"Ikuisuuden rauha", kirjailija Jevgeni Samuchenko
Kuva on otettu Himalajalla Gosaikunda-järvellä 4400 metrin korkeudessa. Linnunrata on galaksi, johon kuuluu aurinkokuntamme: epämääräinen valojuova yötaivaalla.
David Spearsin "Confused Flour Beetle".
Tämä pieni tuhokuoriainen saastuttaa viljat ja jauhotuotteet. Kuva on otettu pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja väritetty sitten Photoshopissa.
Dave Watsonin Pohjois-Amerikan sumu
Pohjois-Amerikan sumu NGC7000 on säteilysumu Cygnuksen tähdistössä. Sumun muoto muistuttaa Pohjois-Amerikan muotoa - voit nähdä jopa Meksikonlahden.
Victor Sikoran polttarikuoriainen
Valokuvaaja käytti valomikroskopiaa viisinkertaisella suurennuksella.
Lovell-teleskooppi Marge Bradshaw
"Olen kiehtonut Jodrell Bankin Lovell-teleskooppia siitä lähtien, kun näin sen koulumatkalla", sanoo Bradshaw. Hän halusi ottaa yksityiskohtaisempia kuvia näyttääkseen kulumisestaan.
Mary Ann Chiltonin "Jellyfish Upside Down".
Uimisen sijaan tämä laji viettää aikaansa sykkien vedessä. Meduusoiden väri on seurausta levien syömisestä.
