Физики научились охлаждать отрицательные ионы
Немецкие физики за две минуты охладили облако отрицательных ионов кислорода от 13000 до 3800 кельвин, отсеивая «горячие» ионы с помощью лазера. Поскольку для отрицательных ионов стандартные методы охлаждения не работают, этот результат является своеобразным рекордом. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.
В настоящее время экспериментаторы отлично умеют получать ультрахолодные газы, состоящие из отдельных атомов или положительно заряженных ионов. Как правило, температура таких газов находится на уровне нескольких десятых или сотых долей кельвина, а в некоторых случаях опускается ниже одной миллионной кельвина. Чтобы добиться таких низких температур, ученые полагаются на лазерное охлаждение, а точнее — на эффект Доплера и спонтанное комбинационное рассеяние. Грубо говоря, с помощью лазера физики возбуждают атомы и заставляют их терять энергию. Подробнее про лазерное охлаждение можно прочитать в новости «Лазерное охлаждение помогло получить бозе-конденсат взаимодействующих фотонов» или статье «Демон Максвелла: наука невозможного», а также послушать в рассказе физика Владимира Мележика.
К сожалению, для отрицательных ионов (анионов) стандартные методы лазерного охлаждения не подходят. В самом деле, чтобы получить отрицательный ион, нужно присоединить к атому один или несколько дополнительных электронов. Поскольку потерять такие электроны очень легко, возбужденные состояния большинства анионов нестабильны. Проще говоря, если посветить на такой ион с помощью лазера, он просто развалится (а не замедлится, как это происходит с положительно заряженными ионами). Ситуацию еще больше осложняет тот факт, что стартовая температура ионов, пойманных в ловушку, обычно составляет около десяти тысяч градусов.
В то же время, с помощью ультрахолодного газа анионов можно охлаждать другие отрицательные частицы — достаточно погрузить частицы в «ванну» из ультрахолодного газа и немного подождать. В частности, это один из немногих способов получить холодную антиматерию, необходимую для сверхточной проверки слабого принципа эквивалентности. Поэтому научиться охлаждать облака анионов очень важно.
Группа физиков под руководством Албана Келлербауера (Alban Kellerbauer) обратила хрупкость анионов на пользу и всего за две минуты охладила их до температуры 3800 кельвин. Для этого ученые воспользовались методом, который около тридцати лет назад предложила французский физик Энн Крубилье (Anne Crubellier). Этот метод полагается на два соображения о поведении анионов, удерживаемых с помощью электрического поля. Во-первых, «горячие» анионы с более высокой кинетической энергией в среднем находятся дальше от центра ловушки, чем холодные ионы. Во-вторых, если облучить анионы лазером, они потеряют электрон, перестанут чувствовать удерживающее электрическое поле и вскочат за пределы ловушки. Следовательно, если облучать облако анионов на некотором расстоянии от центра ловушки, средняя температура облака постепенно будет уменьшаться.
Чтобы проверить этот метод на практике, исследователи загрузили в ловушку Пауля порядка двадцати тысяч анионов кислорода O− со средней температурой около 13 тысяч кельвинов.
Получившееся облако атомов напоминало сильно вытянутую сигару диаметром около половины миллиметра. Затем ученые просветили облако зеленым лазером (длина волны 532 нанометра) и экспериментально подобрали оптимальное расстояние, на котором скорость охлаждения была наибольшей. Как и ожидалось, эксперимент практически идеально совпал с теоретически предсказанным расстоянием d≈1,5 миллиметра. Чтобы измерить конечную температуру облака и число атомов, которое в нем содержится, ученые открывали ловушку и пропускали оставшиеся частицы сквозь микроканальную пластину.
В результате ученые обнаружили, что под действием лазера облако быстро охлаждалось, причем скорость охлаждения увеличивалась одновременно с повышением мощности лазера. Когда лазер был выключен, за две минуты облако успевало охладиться до 8700 кельвин за счет теплообмена с небольшим количеством остаточного воздуха (давление в ловушке не превышало 10−7 паскаль). Когда же лазер работал на полную мощность, за то же время температура облака падала до 3800 кельвин.
При этом в ловушке оставалось всего около одной восьмой от исходного числа частиц.
Конечно, 3800 кельвин группы Келлербауера выглядит довольно блекло по сравнению с нанокельвинами, которые можно получить для положительных ионов. Тем не менее, в будущем ученые собираются довести конечную температуру облака до 100 кельвинов — температуры, при которой начинает работать доплеровское охлаждение. Теоретически этот способ позволяет всего за несколько секунд охладить анионы до десятых долей микрокельвина. Если физикам удастся это сделать, то отрицательные и положительные ионы будут работать на равных.
Холодные атомные газы часто помогают физикам исследовать более сложные системы. В частности, с помощью таких газов ученые изготавливают сверхточные часы и квантовые компьютеры, создают пространственно-временные кристаллы и сверхтекучие твердые тела, моделируют излучение Хокинга и космологическую инфляцию. Как правило, температура газов в таких экспериментах не превышает десятой доли кельвина.
Дмитрий Трунин
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Отрицательный ион — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Cтраница 2
Отрицательные ионы окружены положительными, а положительные — отрицательными, как облаком. Это облако мешает ионам свободно двигаться в растворе, отсюда и наблюдаемая на практике различная степень электролитической диссоциации. Вам ясна основная идея. [16]
Отрицательные ионы ( анионы) перемещаются к положительному электроду ( аноду) и превращаются в нейтральные атомы с выделением кислорода и кислотных остатков. [17]
Отрицательные ионы образуются при присоединении медленного электрона к молекуле, обладающей большим сродством к электрону. [18]
Отрицательные ионы бомбардируют люминесцентные экраны, что вызывает разрушение зерен люминофора, потерю яркости и появление темных пятен на люминофорном покрытии.
Возникновение газового разряда приводит к пробоям и утечкам между электродами и их расплавлению.
[19]
Отрицательные ионы будут заметны, если ионизация создается хорошо проникающим ионизатором ( например, рентгеновскими лучами) в большом объеме газа, при высоком давлении и в отсутствие электрического поля. В этих условиях состав газа имеет большое значение. Понятно также, почему примеси кислорода или паров воды к инертным газам или к азоту и водороду резко меняют их проводимость. Захват электронов нейтральными молекулами может играть видную роль в процессе деионизации газа после окончания разряда. [20]
Отрицательные ионы, образованные тем или иным путем, например в электрическом разряде, выводятся из области ионизации и подвергаются масс-спектрометрическому анализу. Пучок ионов требуемой массы освещается монохроматическим светом известной, постепенно возрастающей частоты. [21]
Отрицательный ион образуется при присоединении к материальной частице избыточных электронов.
| Тетродный электронный прожектор. 12 Телевизионная техника.| Потенциалы вблизи катода. [23] |
Отрицательные ионы, эмитируемые катодом, фокусируются и отклоняются электрическими полями так же, как и электроны. Магнитные поля оказывают значительно меньшее влияние на тяжелые ионы. Следовательно, в трубках с магнитным отклонением и магнитной или электростатической фокусировкой может образоваться пятно вблизи центра экрана в. Для устранения этого пятна применяются электронные прожекторы с ионными ловушками. [24]
Отрицательный ион образуется при присоединении к материальной частице избыточных электронов.
Не все атомы образуют отрицательные ионы. Легче всего их образуют так называемые электроотрицательные элементы: галоиды, кислород и др., обладающие значительным сродством с электроном.
[25]
| Ионный источник. [26] |
Отрицательные ионы на выходе масс-спектрометра регистрируются электрометрическим усилителем с предельной чувствительностью 10 — 15 А / дел. [27]
Отрицательные ионы при столкновении с окислителями отдают целиком свои избыточные электроны и тем легче, чем их больше. Так, ионы с одним избыточным электроном — более слабые восстановители, чем ионы с большим числом избыточных электронов. [28]
Отрицательный ион R2 — может координировать вокруг себя нейтральные атомы этого же элемента. Чем меньше радиус иона R2 -, тем сильнее выражен а способность к комплексообразованию. [29]
Отрицательные ионы приобретают скорость в противоположном направлении, но так как они несут отрицательные заряды, их вклад в плотность тока J прибавляется к вкладу от положительных ионов.
[30]
Страницы: 1 2 3 4
Отрицательные ионы создают положительные вибрации
В воздухе есть что-то, что может поднять вам настроение — вдохните запах отрицательных ионов.
Автор Denise Mann
6 мая 2002 г. — В воздухе что-то есть, и хотя это может быть не любовь, некоторые говорят, что это лучшая вещь — отрицательные ионы.
Отрицательные ионы — это невидимые молекулы без запаха и вкуса, которые мы в изобилии вдыхаем в определенных средах. Думайте о горах, водопадах и пляжах. Считается, что когда отрицательные ионы достигают нашего кровотока, они вызывают биохимические реакции, которые повышают уровень химического вещества серотонина, помогающего облегчить депрессию, снять стресс и повысить нашу дневную энергию.
Вот несколько причин, по которым генераторы отрицательных ионов продаются в магазинах и по всему Интернету, но действительно ли они работают так же хорошо, как антидепрессанты? Могут ли они также облегчить аллергию, отфильтровывая пылевых клещей и перхоть?
Еще слишком рано говорить наверняка, говорят эксперты WebMD, но это не значит, что за этой концепцией не стоит какая-то здравая наука.
Наука 101
Ионы — это молекулы, которые приобрели или потеряли электрический заряд. . Они создаются в природе, когда молекулы воздуха распадаются на части из-за солнечного света, радиации и движения воздуха и воды. Возможно, вы испытали на себе силу отрицательных ионов, когда в последний раз ступали на пляж или шли под водопадом. В то время как часть эйфории вызывает просто пребывание в этих чудесных условиях и вдали от обычного давления дома и работы, говорят, что воздух, циркулирующий в горах и на пляже, содержит десятки тысяч отрицательных ионов — намного больше, чем в обычном доме. или офисные здания, которые содержат десятки или сотни, и многие регистрируют ровный ноль.
«Действие прибоя создает отрицательные воздушные ионы, и мы также видим это сразу после весенних гроз, когда люди сообщают о приподнятом настроении», — говорит исследователь ионов Майкл Терман, доктор философии, из Колумбийского университета в Нью-Йорке.
Фактически, исследования Колумбийского университета людей с зимней и хронической депрессией показывают, что генераторы отрицательных ионов облегчают депрессию так же, как и антидепрессанты.
«Самое приятное то, что побочных эффектов относительно нет, но нам все еще нужно выяснить подходящие дозы и на каких людей это действует лучше всего», — говорит он.
Витамины воздуха?
Вообще говоря, отрицательные ионы увеличивают приток кислорода к мозгу; Это приводит к повышению бдительности, уменьшению сонливости и увеличению умственной энергии», — говорит Пирс Дж. Ховард, доктор философии, автор книги «Руководство пользователя для мозга: ежедневные приложения от Mind Brain Research » и директор по исследованиям в Центре прикладных когнитивных наук. в Шарлотте, Северная Каролина,
«Они также могут защищать от микробов в воздухе, что приводит к уменьшению раздражения из-за вдыхания различных частиц, которые вызывают у вас чихание, кашель или раздражение горла».0003
Каждый третий из нас, кто чувствителен к их воздействию, может почувствовать, что отрицательные ионы ходят по воздуху. Вы один из них, если чувствуете себя мгновенно обновленным в тот момент, когда открываете окно и вдыхаете свежий влажный воздух.
«Вы можете быть одним из них, если вы чувствуете сонливость, когда находитесь рядом с кондиционером, но сразу же чувствуете себя освеженным и бодрым, когда выходите на улицу или опускаете окно автомобиля», — говорит Ховард WebMD. «Кондиционер истощает атмосферу отрицательными ионами, но генератор ионов повторно высвобождает ионы, которые удаляют кондиционеры».
Генерация отрицательных ионов
Фактически, в каждом доме есть встроенный естественный ионизатор — душ.
Но когда дело доходит до генератора отрицательных ионов, рекламу которого вы видели в местной газете или в Интернете, будьте осторожны, покупатель, говорит Терман из Колумбии.
«Существует серьезная проблема с рекламируемыми единицами», — сообщает он WebMD. «Выходные уровни не … указаны таким образом, чтобы можно было рекомендовать дозу антидепрессанта».
И, по его словам, стоимость внешне эквивалентных единиц колеблется от 100 до 1000 долларов.
«На мой взгляд, самым безопасным способом действий было бы использование устройств, эффективность которых была продемонстрирована в ходе наших клинических и будущих испытаний», — советует он читателям WebMD.
Циркуляция воздуха в помещении, высокая температура и влажность, близость заземленных устройств, которые могут испускать противодействующие положительные ионы (таких как компьютерные мониторы), могут влиять на выходные уровни (генератора отрицательных ионов), объясняет он
«Мы пытались свести к минимуму влияние этих факторов путем добавления заземленных браслетов [имеется в продаже] или заземленных простыней [еще не доступно] для подключения к ионизатору», — говорит он.
По его словам, возможное взаимодействие терапии отрицательными ионами воздуха и антидепрессантов или светотерапии при сезонной депрессии еще не исследовано. «Разумеется, например, что лекарство… доза может быть уменьшена [даже до нуля], если пациент реагирует на воздействие отрицательных ионов.
терапии только под руководством врача, и чтобы врачи ознакомились с этой методологией, прежде чем давать согласие на такое исследование, особенно если пациент уже получает другое лечение», — советует он.
Что насчет аллергии и астмы?
Гарольд Нельсон, доктор медицинских наук, профессор медицины в Национальном еврейском медицинском центре в Денвере, был так взволнован, когда 20 лет назад впервые услышал о генераторах отрицательных ионов, что пошел и купил один для изучения среди пациентов с аллергией и астмой.
К сожалению, результаты были «не очень обнадеживающими. Мы не смогли ничего продемонстрировать», — говорит он WebMD. «Я был разочарован. У меня были большие ожидания, и они не оправдались», — говорит он.
Лучшим выходом для людей, страдающих аллергией и/или аллергической астмой, является устранение воздействия, говорит он. «Если вы не можете или у вас все еще есть симптомы, то следующий шаг — это лекарства, и, к счастью, у нас теперь есть отличные лекарства», — говорит он.
Опубликовано 2 июня 2003 г.
Влияют ли отрицательные ионы на людей? Если да, то как?
Вы когда-нибудь были в горах, на пляже или во время грозы и вдруг почувствовали резкое изменение настроения? Это не просто чувство благоговения. Это могут быть отрицательные ионы.
Отрицательные ионы — это молекулы, плавающие в воздухе или атмосфере, заряженные электричеством.
Отрицательные ионы существуют в природе во множестве мест, включая:
- ультрафиолетовые (УФ) лучи солнца
- электрические разряды в воздухе после удара грома или молнии
- везде, где вода сталкивается сама с собой, как водопад или берег океана (создание эффекта Ленарда)
- производится как часть нормального процесса роста многих растений
Многие исследователи «отрицательной ионизации» утверждают, что воздействие отрицательных ионов может иметь положительный эффект. Частично это связано с химическими реакциями ионов с тканями вашего тела и ДНК.
Но есть ли реальные доказательства этих утверждений?
Давайте углубимся в исследование преимуществ (если таковые имеются) отрицательной ионизации, возможных рисков и побочных эффектов от воздействия и обнаружения отрицательных ионов.
Сторонники отрицательной ионизации делают много, казалось бы, возвышенных заявлений, в частности, о ее пользе для психического здоровья. Вот что нашли и не нашли годы исследований.
Исследования подтверждают воздействие отрицательных ионов:
- уменьшение симптомов депрессии у некоторых людей
- активизирующее влияние на некоторые системы организма и когнитивные функции
- усиление антимикробной активности чтобы помочь справиться с беспокойством
- снижение артериального давления
- улучшение дыхания
Обзор научной литературы по отрицательной ионизации за 2013 год, опубликованный между 1957 и 2012 обнаружили, что ионизация не влияет на общее психическое здоровье людей, но оказывает заметное влияние на людей с депрессией.
- Часы воздействия отрицательных ионов могут уменьшить симптомы депрессии. Высокие уровни воздействия отрицательных ионов (например, несколько часов или более) заставляли людей с хронической депрессией и сезонным аффективным расстройством (САР) фиксировать более низкие баллы при опросах симптомов депрессии.
- Более короткая продолжительность воздействия отрицательных ионов может положительно повлиять на сезонную депрессию. Более низких уровней воздействия (всего 30 минут или около того) было достаточно только для того, чтобы помочь людям, страдающим САР.
Очень небольшое исследование, проведенное в 2015 году, не обнаружило какого-либо серьезного влияния отрицательных ионов на настроение или психическое здоровье. Но это исследование обнаружило небольшое улучшение когнитивных функций после кратковременного воздействия повышенных отрицательных ионов.
Обзор литературы по ионизации за 2018 год также выявил влияние отрицательной ионизации на многие аспекты здоровья человека.
Исследователи просмотрели 100-летние исследования и нашли доказательства того, что отрицательные ионы могут:
- помогает регулировать режим сна и настроение
- снижает стресс
- повышает функцию иммунной системы
- повышает метаболизм углеводов и жиров
- убивает или подавляет рост вредных бактерий, вирусов и видов плесени, таких как кишечная палочка , Staphylococcus aureus и бактерия, вызывающая туберкулез
Но исследователи также отметили отсутствие доказательств того, что отрицательные ионы могут:
- снижать уровень серотонина, помогая справиться с тревогой
- снижение кровяного давления
- улучшение дыхания
В этом же исследовании изучалось влияние отрицательных ионов на загрязнение воздуха в помещении. Многие генераторы отрицательных ионов или «ионизаторы» могут помочь уменьшить количество частиц загрязнения, находящихся на высоте до 5 футов от земли, на целых 97 процентов.
Но имейте в виду, что этот эффект в основном изучался в контролируемых средах, где отсутствуют крупные источники новых загрязняющих веществ, постоянно попадающих в воздух.
Наибольший риск отрицательных ионов исходит от генераторов ионов, используемых в небольших помещениях, таких как спальни.
Ионизаторы создают отрицательные ионы, выпуская в воздух электрические токи (подобно эффекту коронного разряда при грозе).
Частицы озона
Но отрицательные ионизаторы могут выделять приземный (тропосферный) озон в воздух. Некоторые исследователи утверждают, что это может усугубить симптомы таких состояний, как астма (хотя обзор исследований 2013 года не обнаружил надежных, значимых доказательств положительного или вредного влияния на астму или легочную функцию).
Накопление статического электричества
Дополнительные электрические заряды, выделяемые в воздух ионизатором, также могут привести к опасному уровню электрического заряда в вашем доме.
Раздражение дыхательных путей
Отрицательно заряженные частицы также прилипают к поверхностям после того, как они выбиты из воздуха электрическим зарядом. Это может включать ваши дыхательные пути (дыхательное горло и внутреннюю часть легких). Это может вызвать накопление частиц в вашей дыхательной системе. Это может ухудшить симптомы астмы или увеличить риск заболевания легких.
Атомы, составляющие молекулы, имеют определенное количество электронов, плавающих вокруг центрального ядра, ядра. Некоторые электроны заряжены положительно. Другие заряжены отрицательно. Этот электронный баланс может быть нарушен, когда к атому приложено достаточно энергии. Затем атом становится аэроионом .
Атом становится положительным ионом , если электроны вытесняются из атома. Но он становится отрицательным ионом , если в атом вталкивается лишний электрон, так что он имеет чрезмерное количество электронов.
Положительные ионы известны как катионы .
Они часто создаются одновременно с отрицательными ионами или анионами . Другая половина эффекта Ленарда заключается в создании положительно заряженных молекул воды одновременно с созданием отрицательно заряженных молекул воздуха.
Положительные ионы образуются в результате совершенно разных процессов. В особенно пасмурные дни электрические заряды в воздухе переносятся быстрее из-за повышенной влажности. Любые отрицательные ионы также быстро присоединяются к любым твердым частицам во влажном воздухе. Это оставляет высокую концентрацию положительных ионов в воздухе. Это может заставить вас чувствовать себя вялым.
Положительные ионы также могут ухудшить ваше самочувствие. Упомянутый ранее обзор литературы 2013 года показал, что многие люди, подвергшиеся воздействию повышенных уровней положительных ионов, сообщили о большем количестве:
- неприятных ощущений
- острого раздражения дыхательных путей
- суставных симптомов
Выход на улицу
пойти туда, где они существуют естественно.
Мало кто может возразить против того, чтобы провести немного времени на свежем воздухе.
- Выйдите на улицу под дождем.
- Посетите водопад, ручей, берег реки или пляж.
- Сядьте рядом с декоративным фонтаном, который часто можно найти в парках, торговых центрах и вестибюлях офисных зданий и отелей.
Пропустить ионизаторы
Хотя некоторые исследования подтверждают некоторые положительные эффекты воздействия отрицательных ионов, доказательной медицины, поддерживающей терапию отрицательными ионами, не существует.
Так что не утруждайте себя приобретением домашних отрицательных ионизаторов. Они могут производить опасный озон в помещении и просто тратить пространство и электричество.
Возможно, вы также слышали, что лампы из гималайской соли производят отрицательные ионы. Но количество, которое они производят, если таковое имеется, не является значительным.
Отрицательные ионы повсюду в природе. И у них есть некоторые продемонстрированные преимущества.
