USA füüsikud ja insenerid avastasid, et klaas on võimeline võtma oma algse oleku peale suure energiaga elektronidega pommitamist. Tulemused näitavad, et vaatamata varem arvatule, on klaasjas olek termodünaamiliselt äärmiselt stabiilne. Lisaks sellele, et avastus on fundamentaalselt oluline, võib sel olla ka tähtis roll tuumajäätmete säilitamisel (Phys. Rev. Lett. 96 205506).
Klaasja oleku mõistmine on üks viimaseid lahendamata mõistatusi tahkete materialide füüsikas. Klaasid on raske uurimisobjekt, sest nagu vedelikelgi, puudub neil pikaajaline korrastatud olek. Klaasid moodustuvad, kui sulanud materjal jahtub nii kiiresti, et aatomitel pole aega kristallvõre moodustamiseks, millel on madalam energia ja stabiilsem olek.
Mõned klaasid peavad vastu tuhandeid aastaid.
 |
| ADF analüüsi pilt, enne, kiire läbimise ajal ja pärast, allikas: www.physicsweb.org |
See ning fakt, et klaas neelab väga efektiivselt kiirgust, on viinud teadalsed arvamuseni, et seda võiks kasutada teatud liiki tuumajäätmete säilitamisel. Ränil põhinev klaas (see tavaline, mis akendelgi) on siiski kergesti kahjustatav ioonide, elektronide ja UV kiirte poolt. Selliseid kahjustusi peetakse pöördumatuteks.
Et asjast rohkem aimu saada, uurisid Andre Mkhoyan ja kolleegid Cornelli Ülikoolist kõrge energiaga elektronide mõju õhukesele alumino-silikaat klaasist filmile, mis sisaldas lisaks CaO molekule. See klaas sisaldas veel amorfseid Al2O3 ning SiO2.
Alustuseks fokuseerisid uurijad 100 KeV elektronide kiire kahe minuti vältel proovi pinnale (ca 6 nm2). Järgmiseks jälgisid nad reaalajas klaasile tehtud kahjustusi. Selleks vaadeldi keemilise kooseisu muutumist, kasutades elektroni energia kaotamise spektroskoopia (electron energy loss spectroscopy (EELS)) tehnikat ning „rõngakujulise tumeda välja“("annular dark field" (ADF)) kujutisi. Siis lülitati kiir välja.
Umbes kaks minutit hiljem viisid uurijad taas läbi EELS-i ning ADF-i kujutised, et teha kindlaks klaasi koostist. Tulemuste põhjal oli näha, et lõppseis oli sama, mis algseis ning klaas oli täielikult taastunud (pildil). Meeskond eeldab, et klaas on termodünaamiliselt väga stabiilne, mis oli raskesti usutav tänu tema ebakorrapärasustele aatomite struktuuris.
Teadlaste arvates võib taoliste klaaside stabiilsusest olla kasu radioaktiivsete materjalide säilitamisel. „Meie eksperimentidest on näha, et klaasi suletud β-kiirguslike tuumajäätme poolt tehtud kahju paraneb iseenesest,“ väidab Mkhoyan. „Need uuringud võivad omada suurt tähtsust Ühendriikide energia tulevikus, kuna Rahvusvaheline Teaduste Akadeemia soovitas 1994 a plutooniumi pikaajaliseks säilitamiseks eelisjärjekorras klaasistamist.“ Sellegi poolest tuleb veel teha palju tööd ning uurida teist tüüpi kiirguste mõju klaasidele.
Meeskonnal on plaanis leida alumino-silikaat klaaside taasumise piir ning avastada uusi stabiilseid klaaside süsteeme.
Allikas: http://www.physicsweb.org/articles/news/10/6/1/1
Koostas: ALI