kiti pristatymai apie molekulinę fiziką
„Branduolinė surišimo energija“ – Elementai, kurių masės skaičiai yra nuo 50 iki 60, turi didžiausią surišimo energiją (8,6 MeV/nukleonui). – Masės defektas. Kulono jėgos linkusios sulaužyti branduolį. Nukleonų jungimosi energija paviršiuje yra mažesnė nei nukleonų branduolio viduje. Uchim.net. Atominių branduolių surišimo energija. Specifinė surišimo energija. Einšteino masės ir energijos lygtis:
"Atomo branduolio struktūra" - Geigerio skaitiklis Debesų kamera. Radis (spinduliuojantis). Taikymas radioaktyvioji spinduliuotė. Marie Sklodowska-Curie ir Pierre'as Curie. Bekerelis Antuanas Henri – 1897 m Termobranduolinė sintezė yra lengvųjų branduolių sintezės reakcija. M masės skaičius – branduolio masė, nukleonų skaičius, neutronų skaičius M-Z. Polonis. Grandininė branduolinė reakcija.
„Fotoelektrinio efekto taikymas“ – Valstybinė mokymo įstaiga NPO Profesinis licėjus Nr.15. Fotoelektrinio efekto atradimo ir tyrimo istorija. Baigė: fizikos mokytoja Varlamova Marina Viktorovna. Einšteino fotoelektrinio efekto lygtis A. Einšteinas. fotoelektrinio efekto stebėjimas. Stoletovas A.G. Prisotinimo srovės stipris yra proporcingas katodą patenkančios spinduliuotės intensyvumui.
„Atomo branduolio sandara“ – A. 10 -12. Radioaktyvioji atomų branduolių transformacija. Vadinasi, spinduliuotė susideda iš teigiamų dalelių, neigiamų ir neutralių, srautų. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (prancūzas) atrado radioaktyvumo reiškinį. Žymima - , turi masę? 1a.u.m. o krūvis lygus elektrono krūviui. 5. Atomas yra neutralus, nes branduolio krūvis lygus bendrajam elektronų krūviui.
„Atomo branduolio sudėtis“ – masės skaičius. BRANDUOLINĖS JĖGOS – patrauklios jėgos, jungiančios protonus ir neutronus branduolyje. Branduolinės pajėgos. Bendra forma pagrindinių pavadinimų. Mokesčio numeris. Krūvio skaičius lygus branduolio krūviui, išreikštam elementariais elektros krūviais. Krūvio skaičius yra lygus cheminio elemento eilės skaičiui. Daug kartų didesnės už Kulono pajėgas.
"Plazmos sintezė" - Statybos laikotarpis yra 8-10 metų. Ačiū už dėmesį. ITER statyba ir infrastruktūra. TOKAMAK kūrimas. ITER projektavimo parametrai. ITER (ITER) sukūrimas. 5. Apytikslė kaina 5 milijardai eurų. Termobranduoliniai ginklai. Rusijos indėlis į ITER reaktorių. 2. Termobranduolinės energijos pranašumas. Energijos reikalavimai.
Vandenilio atomas, gaudantis elektronų debesis. Ir nors šiuolaikiniai fizikai greitintuvų pagalba gali nustatyti net protono formą, vandenilio atomas, matyt, liks pačiu mažiausiu objektu, kurio atvaizdą prasminga vadinti fotografija. Lenta.ru pateikia apžvalgą šiuolaikiniai metodai fotografuojant mikrokosmosą.
Griežtai kalbant, šiais laikais įprastos fotografijos beveik nebeliko. Vaizdai, kuriuos įprastai vadiname nuotraukomis ir kuriuos galime rasti, pavyzdžiui, bet kuriame Lenta.ru nuotraukų esė, iš tikrųjų yra kompiuteriniai modeliai. Šviesai jautri matrica specialiame įrenginyje (tradiciškai ji vis dar vadinama „kamera“) nustato šviesos intensyvumo erdvinį pasiskirstymą keliuose skirtinguose spektro diapazonuose, valdymo elektronika išsaugo šiuos duomenis skaitmenine forma, o tada kita elektroninė grandinė, pagrįsta pagal šiuos duomenis duoda komandą skystųjų kristalų ekrane esantiems tranzistoriams. Plėvelė, popierius, specialūs jų apdorojimo sprendimai – visa tai tapo egzotika. O jei prisiminsime pažodinę žodžio reikšmę, tai fotografija yra „šviesos tapyba“. Taigi, ką pasakyti, kad mokslininkams pavyko fotografuoti atomas, yra įmanomas tik esant tam tikram susitarimui.
Daugiau nei pusė visų astronominių vaizdų jau seniai buvo daromi infraraudonųjų, ultravioletinių ir rentgeno spindulių teleskopais. Elektroniniai mikroskopai apšvitina ne šviesa, o elektronų pluoštu, o atominės jėgos mikroskopai nuskaito mėginio reljefą adata. Yra rentgeno mikroskopai ir magnetinio rezonanso skeneriai. Visi šie įrenginiai mums suteikia tikslius įvairių objektų vaizdus ir nepaisant to, kad čia, žinoma, nereikia kalbėti apie „šviesos tapybą“, vis tiek leidžiame sau tokius vaizdus vadinti fotografijomis.
Fizikų eksperimentai, skirti nustatyti protono formą ar kvarkų pasiskirstymą dalelių viduje, liks užkulisiuose; mūsų istorija apsiribos atomų mastu.
Optika niekada nesensta
Kaip paaiškėjo XX amžiaus antroje pusėje, optiniai mikroskopai dar turi kur tobulėti. Lemiamas momentas biologinėse ir medicininiai tyrimai buvo fluorescencinių dažų ir metodų, leidžiančių pasirinktinai žymėti tam tikras medžiagas, atsiradimas. Tai nebuvo „tiesiog nauji dažai“, tai buvo tikra revoliucija.
Priešingai paplitusiai klaidingai nuomonei, fluorescencija nėra švytėjimas tamsoje (pastarasis vadinamas liuminescencija). Tai yra tam tikros energijos kvantų (tarkime, mėlynos šviesos) sugerties reiškinys, vėliau išspinduliuojant kitus mažesnės energijos kvantus ir atitinkamai kitokią šviesą (susigėrus mėlynai, skleis žalia spalva). Jei įdėsite filtrą, kuris praleidžia tik dažų skleidžiamus kiekius ir blokuoja šviesą, sukeliančią fluorescenciją, galite pamatyti tamsų foną su ryškiomis dažų dėmėmis, o dažai, savo ruožtu, gali itin selektyviai nuspalvinti mėginį. .
Pavyzdžiui, nervinės ląstelės citoskeletą galite nuspalvinti raudonai, sinapses paryškinti žalia spalva, branduolį – mėlyna spalva. Galite pagaminti fluorescencinę etiketę, kuri tam tikromis sąlygomis leis aptikti baltymų receptorius ant membranos arba ląstelės sintezuojamas molekules. Imunohistocheminio dažymo metodas padarė perversmą biologijos moksle. Ir kai genų inžinieriai išmoko pagaminti transgeninius gyvūnus su fluorescenciniais baltymais, šis metodas atgimė: pavyzdžiui, pelės su skirtingomis spalvomis nudažytais neuronais tapo realybe.
Be to, inžinieriai sugalvojo (ir taikė) vadinamosios konfokalinės mikroskopijos metodą. Jo esmė slypi tame, kad mikroskopas fokusuoja labai ploną sluoksnį, o speciali diafragma nupjauna šviesą, kurią sukuria už šio sluoksnio esantys objektai. Toks mikroskopas gali nuosekliai nuskaityti mėginį iš viršaus į apačią ir gauti vaizdų šūsnį, kuris yra paruoštas trimačio modelio pagrindas.
Lazerių ir sudėtingų optinio pluošto valdymo sistemų panaudojimas leido išspręsti dažų blukimo ir subtilių biologinių mėginių džiūvimo ryškioje šviesoje problemą: lazerio spindulys mėginį nuskaito tik tada, kai tai būtina vaizdavimui. Ir tam, kad nebūtų gaištas laikas ir jėgų tiriant didelį preparatą per siauro matymo lauko okuliarą, inžinieriai pasiūlė automatinę nuskaitymo sistemą: ant šiuolaikinio mikroskopo objekto scenos galite uždėti stiklinę su pavyzdžiu, prietaisas savarankiškai užfiksuos didelio masto viso mėginio panoramą. Tuo pačiu metu, in tinkamas vietas jis sufokusuos ir tada suklijuos daug kadrų.
Kai kuriuose mikroskopuose gali tilpti gyvos pelės, žiurkės ar bent jau maži bestuburiai. Kiti šiek tiek padidina, tačiau yra derinami su rentgeno aparatu. Siekiant pašalinti vibracijos trukdžius, daugelis jų montuojami ant specialių keletą tonų sveriančių stalų patalpose su kruopščiai kontroliuojamu mikroklimatu. Tokių sistemų kaina lenkia kitų elektroninių mikroskopų kainą, o gražiausio kadro konkursai jau seniai tapo tradicija. Be to, optikos tobulinimas tęsiasi: nuo paieškų geriausios veislės stiklą ir optimalių lęšių derinių parinkimą, inžinieriai perėjo prie šviesos fokusavimo būdų.
Mes specialiai išvardijome keletą techninių detalių, siekdami parodyti, kad biologinių tyrimų pažanga jau seniai buvo siejama su pažanga kitose srityse. Jei nebūtų kompiuterių, galinčių automatiškai suskaičiuoti nudažytų ląstelių skaičių keliuose šimtuose nuotraukų, supermikroskopai būtų mažai naudingi. O be fluorescencinių dažiklių visi milijonai ląstelių nesiskirtų viena nuo kitos, tad sekti naujų formavimąsi ar senų žūtį būtų beveik neįmanoma.
Tiesą sakant, pirmasis mikroskopas buvo spaustukas su pritvirtintu sferiniu lęšiu. Tokio mikroskopo analogas gali būti paprasta žaidimo korta su joje padaryta skylute ir vandens lašeliu. Remiantis kai kuriais pranešimais, tokius prietaisus aukso kasėjai Kolymoje naudojo jau praėjusiame amžiuje.
Už difrakcijos ribos
Optiniai mikroskopai turi esminį trūkumą. Faktas yra tai, kad iš šviesos bangų formos neįmanoma atkurti tų objektų, kurie pasirodė esantys daug mažesni už bangos ilgį, formos: lygiai taip pat galite pabandyti ranka apžiūrėti smulkią medžiagos tekstūrą. stora suvirinimo pirštinė.
Difrakcijos sukurti apribojimai buvo iš dalies įveikti ir nepažeidžiant fizikos dėsnių. Dvi aplinkybės padeda optiniams mikroskopams pasinerti po difrakcijos barjeru: tai, kad fluorescencijos metu kvantus išskiria atskiros dažų molekulės (kurios gali būti gana toli viena nuo kitos), ir tai, kad sudėjus šviesos bangas galima gauti ryškią dėmė, kurios skersmuo mažesnis už bangos ilgį.
Kai šviesos bangos yra viena ant kitos, jos gali viena kitą panaikinti, todėl pavyzdžio apšvietimo parametrai yra tokie, kad į šviesiąją sritį patektų kuo mažesnis plotas. Kartu su matematiniais algoritmais, kurie, pavyzdžiui, gali pašalinti dubliavimą, toks kryptingas apšvietimas žymiai pagerina vaizdo kokybę. Pasidaro įmanoma, pavyzdžiui, ištirti tarpląstelines struktūras optiniu mikroskopu ir netgi (aprašytą metodą derinant su konfokaline mikroskopija) gauti jų trimačius vaizdus.
Elektroninis mikroskopas prieš elektroninius instrumentus
Norint atrasti atomus ir molekules, mokslininkams nereikėjo į juos žiūrėti – molekulinei teorijai objekto matyti nereikėjo. Tačiau mikrobiologija tapo įmanoma tik išradus mikroskopą. Todėl iš pradžių mikroskopai buvo siejami būtent su medicina ir biologija: fizikai ir chemikai, tyrinėję daug mažesnius objektus, valdomus kitomis priemonėmis. Kai jie taip pat norėjo pažvelgti į mikrokosmosą, difrakcijos apribojimai tapo rimta problema, ypač todėl, kad aukščiau aprašyti fluorescencinės mikroskopijos metodai vis dar nebuvo žinomi. Ir nėra prasmės didinti skiriamąją gebą nuo 500 iki 100 nanometrų, jei nagrinėjamas objektas yra dar mažesnis!
Žinodami, kad elektronai gali elgtis ir kaip banga, ir kaip dalelė, fizikai iš Vokietijos 1926 metais sukūrė elektroninį lęšį. Jo idėja buvo labai paprasta ir suprantama bet kuriam moksleiviui: kadangi elektromagnetinis laukas nukreipia elektronus, juo galima pakeisti šių dalelių pluošto formą jas atitraukiant arba, priešingai, sumažinti dalelių skersmenį. sija. Po penkerių metų, 1931 m., Ernstas Ruska ir Maxas Knollas pastatė pirmąjį pasaulyje elektroninį mikroskopą. Įrenginyje mėginys pirmiausia buvo apšviestas elektronų pluoštu, o po to elektroninis lęšis išplėtė spindulį, kuris praėjo, kol jis nukrito ant specialaus liuminescencinio ekrano. Pirmasis mikroskopas padidino tik 400 kartų, tačiau šviesos pakeitimas elektronais atvėrė kelią fotografuoti su padidinimu šimtus tūkstančių kartų: dizaineriams tereikėjo įveikti keletą techninių kliūčių.
Elektroninis mikroskopas leido ištirti ląstelių struktūrą tokia kokybe, kokios anksčiau nebuvo galima pasiekti. Tačiau iš šio paveikslo neįmanoma suprasti ląstelių amžiaus ir tam tikrų baltymų buvimo jose, o ši informacija yra labai reikalinga mokslininkams.
Dabar elektroniniai mikroskopai leidžia fotografuoti virusus iš arti. Įrenginių yra įvairių modifikacijų, leidžiančių ne tik šviesti per plonas dalis, bet ir jas svarstyti „atspindintoje šviesoje“ (žinoma, atspindėtuose elektronuose). Mes nekalbėsime išsamiai apie visas mikroskopų galimybes, tačiau pastebime, kad neseniai mokslininkai išmoko atkurti vaizdą pagal difrakcijos modelį.
Palieskite, nematote
Kita revoliucija įvyko tolesnio nukrypimo nuo principo „apšviesk ir pamatyk“ sąskaita. Atominės jėgos mikroskopas, taip pat skenuojantis tunelinis mikroskopas mėginių paviršiuje nebešviečia. Vietoj to, paviršiumi juda ypač plona adata, kuri tiesiogine prasme atsimuša net į vieno atomo dydžio iškilimus.
Nesigilindami į visų tokių metodų detales, atkreipiame dėmesį į pagrindinį dalyką: tunelinio mikroskopo adatą galima ne tik perkelti išilgai paviršiaus, bet ir panaudoti atomams pertvarkyti iš vienos vietos į kitą. Taip mokslininkai kuria užrašus, piešinius ir net karikatūras, kuriose nupieštas berniukas žaidžia su atomu. Tikras ksenono atomas, traukiamas skenuojančio tunelinio mikroskopo galiuko.
Tunelinis mikroskopas vadinamas todėl, kad jame naudojamas adata tekančios tunelinės srovės efektas: elektronai praeina pro tarpą tarp adatos ir paviršiaus dėl kvantinės mechanikos numatytų tuneliavimo efektų. Šiam įrenginiui veikti reikalingas vakuumas.
Atominės jėgos mikroskopas (AFM) yra daug mažiau reiklus aplinkos sąlygoms – jis gali (su tam tikrais apribojimais) veikti be oro siurbimo. Tam tikra prasme AFM yra nanotechnologijų gramofono įpėdinis. Ant plono ir lankstaus konsolinio laikiklio pritvirtinta adata ( konsolė ir yra „laikiklis“), juda išilgai paviršiaus, nenaudodama jo įtampos ir seka mėginio reljefą taip pat, kaip gramofono adata eina išilgai gramofono įrašo griovelių. Dėl konsolės lenkimo ant jo pritvirtintas veidrodis nukrypsta, veidrodis nukreipia lazerio spindulį ir tai leidžia labai tiksliai nustatyti tiriamo pavyzdžio formą. Svarbiausia, kad būtų pakankamai tiksli adatos judinimo sistema, taip pat adatų atsargos, kurios turi būti visiškai aštrios. Tokių adatų galiukų kreivio spindulys negali viršyti vieno nanometro.
AFM leidžia matyti atskirus atomus ir molekules, tačiau, kaip ir tunelinis mikroskopas, neleidžia žiūrėti po mėginio paviršiumi. Kitaip tariant, mokslininkai turi pasirinkti, ar gali matyti atomus, ar gebėti tyrinėti visą objektą. Tačiau net ir optiniams mikroskopams tirtų mėginių vidus ne visada pasiekiamas, nes mineralai ar metalai dažniausiai prastai praleidžia šviesą. Be to, vis dar kyla sunkumų fotografuojant atomus – šie objektai atrodo kaip paprasti rutuliukai, tokiuose vaizduose elektronų debesų formos nesimato.
Sinchrotroninė spinduliuotė, atsirandanti lėtėjant greitintuvų išsklaidytoms įkrautoms dalelėms, leidžia ištirti suakmenėjusias priešistorinių gyvūnų liekanas. Sukdami mėginį rentgeno spinduliais, galime gauti trimates tomogramas – taip, pavyzdžiui, prieš 300 milijonų metų išnykusios žuvies kaukolės viduje buvo rastos smegenys. Galite apsieiti be sukimosi, jei perduodama spinduliuotė registruojama fiksuojant rentgeno spindulius, išsibarsčiusius dėl difrakcijos.
Ir tai dar ne visos galimybės, kurias atveria rentgeno spinduliai. Švitinant juo, daugelis medžiagų fluorescuoja, o fluorescencijos pobūdis gali būti naudojamas nustatyti cheminė sudėtis medžiagos: tokiu būdu mokslininkai spalvina senovinius artefaktus, viduramžiais ištrintus Archimedo darbus arba nuspalvina seniai išnykusių paukščių plunksnas.
Atomų pozavimas
Atsižvelgiant į visas rentgeno ar optinės fluorescencijos metodų teikiamas galimybes, naujas būdas Atskirų atomų fotografavimas nebeatrodo toks didelis mokslo proveržis. Metodo, kuris leido gauti šią savaitę pristatytus vaizdus, esmė tokia: iš jonizuotų atomų atplėšiami elektronai ir siunčiami į specialų detektorių. Kiekvienas jonizacijos veiksmas ištraukia elektroną iš tam tikros padėties ir „nuotraukoje“ suteikia vieną tašką. Sukaupę kelis tūkstančius tokių taškų, mokslininkai sudarė paveikslą, kuriame pavaizduotos labiausiai tikėtinos vietos elektronui rasti aplink atomo branduolį, o tai pagal apibrėžimą yra elektronų debesis.
Apibendrinant, tarkime, kad galimybė matyti atskirus atomus su jų elektronų debesimis labiau primena šiuolaikinės mikroskopijos vyšnią ant torto. Mokslininkams buvo svarbu tirti medžiagų struktūrą, tirti ląsteles ir kristalus, o dėl to atsiradusios technologijos leido pasiekti vandenilio atomą. Viskas, kas mažiau, jau yra elementariųjų dalelių fizikos specialistų interesų sfera. Biologai, medžiagų mokslininkai ir geologai vis dar turi kur patobulinti mikroskopus net ir naudojant gana kuklų padidinimą, palyginti su atomais. Pavyzdžiui, neurofiziologijos ekspertai jau seniai norėjo turėti prietaisą, galintį matyti atskiras ląsteles gyvų smegenų viduje, o roverių kūrėjai parduotų savo sielas už elektroninį mikroskopą, kuris tilptų erdvėlaivyje ir galėtų veikti Marse.
XX amžiaus pabaigos rykštė, sukėlusi Fredžio Merkurio mirtį, kasmet pernešdama tūkstančius žmonių už negrįžimo į gyvųjų pasaulį ribos.
Žmonijos priešas turi būti žinomas, žiūrime ir prisimename AIDS viruso molekulę, kuri mokslo sluoksniuose vadinama ŽIV pseudonimu.
Maždaug taip ląstelės dalijasi į savo rūšį.
Nuotraukoje mielių ląstelės dalijimosi momentas.
Bet kuri biologinė būtybė, ar žmogus, ar augalas, yra sudaryta iš genų.
Iš esmės visa genų grandinė, nuo kurios daug kas priklauso, dėl tam tikrų genų trūkumo žmogus lengvai virsta augalu. Atvirkštinis procesas gamtoje dar nepastebėtas.
Nuotraukoje augalo genas yra Arabidopsis, čia jis yra 3D.
Taip, tikriausiai bet kuris studentas atpažins šį paveikslėlį!
Pomidorų sėkla, apsupta smulkių plaukelių, kurie liečiant jaučiasi kaip gleivės. Sėklos apsauga nuo priešlaikinio išdžiūvimo.
Štai ji, ilgai laukta daugumos žmonijos svajonė!
Dėl šio turėjimo vyko ilgi ir kruvini karai, vartuose buvo žudomi ir apiplėšiami praeiviai. Į tai įtraukta visa žmonijos istorija.
Kviečiame įvertinti finalininkų, pretenduojančių į Karališkosios fotografijos draugijos „Metų fotografo“ titulą, nuotraukas. Nugalėtojas bus paskelbtas spalio 7 d., o geriausių darbų paroda vyks spalio 7 – sausio 5 dienomis Mokslo muziejuje Londone.
Leidimas PM
Kim Cox muilo burbulo struktūra
Muilo burbuliukai optimizuoja erdvę savo viduje ir sumažina jų paviršiaus plotą tam tikram oro kiekiui. Tai daro juos naudingu studijų objektu daugelyje sričių, ypač medžiagų mokslo srityje. Atrodo, kad burbuliukų sienelės teka žemyn, veikiamos gravitacijos: viršuje jos plonos, o apačioje – storos.
Yasmine Crawford „Žymėjimas ant deguonies molekulių“.
Vaizdas yra naujausio didelio autoriaus projekto, skirto fotografijos magistro studijoms Falmuto universitete, dalis, kur pagrindinis dėmesys buvo skiriamas mialginiam encefalomielitui. Crawfordas sako kuriantis vaizdinius, kurie mus sieja su dviprasmiškumu ir nežinomybe.
„Amžinybės ramybė“, autorius Jevgenijus Samuchenko
Nuotrauka daryta Himalajuose prie Gosaikundos ežero 4400 metrų aukštyje. Paukščių Takas yra galaktika, apimanti mūsų saulės sistemą: neaiškus šviesos ruožas naktiniame danguje.
Davido Spearso „Sumišęs miltų vabalas“.
Šis mažas kenkėjas vabalas užkrečia javus ir miltinius produktus. Vaizdas buvo nufotografuotas nuskaitymo elektroniniu mikrografu ir nuspalvintas „Photoshop“.
Šiaurės Amerikos ūkas, Dave'as Watsonas
Šiaurės Amerikos ūkas NGC7000 yra skleidžiamas ūkas Cygnus žvaigždyne. Ūko forma primena Šiaurės Amerikos formą – galima pamatyti net Meksikos įlanką.
Elninis vabalas, Viktoras Sikora
Fotografas naudojo šviesos mikroskopiją su penkių kartų padidinimu.
Lovell teleskopas, kurį sukūrė Marge Bradshaw
„Mane žavėjo Lovell teleskopas Jodrell Banke nuo tada, kai pamačiau jį mokyklos išvykoje“, - sako Bradshaw. Ji norėjo padaryti keletą detalesnių nuotraukų, kad parodytų jo drabužius.
Mary Ann Chilton „Medūza aukštyn kojomis“.
Užuot plaukiojusi, ši rūšis laiką leidžia pulsuodama vandenyje. Medūzų spalva yra dumblių valgymo rezultatas.
