Symulacja przestrzeni kosmicznej Rayline zapewnia wgląd w tworzenie się lodu w ekstremalnych środowiskach

Ekstremalne warunki – ekstremalne ciśnienie, ekstremalne temperatury i wysoki poziom promieniowania – istnieją na całej Ziemi i poza nią. Naukowcy wykorzystują kanadyjskie źródło światła (CLS) na Uniwersytecie Saskatchewan (USA) do zbadania, jak zachowuje się woda i inne molekuły w tych trudnych warunkach.

John Tse, profesor fizyki w Usasku i kierownik katedry optymalizacji percentyla w materiałoznawstwie, jest zainteresowany tym, co dzieje się z cząsteczkami organicznymi pod wpływem ekstremalnego ciśnienia i temperatury.

Codzienne przemiany materii, takie jak przemiana wody w lód, mogą wyglądać zupełnie inaczej w próżni kosmicznej, dlatego Tse i kilku naukowców z CLS symulowali warunki kosmiczne wewnątrz linii promienistych Brockhouse’a.

„Celem jest przyjrzenie się zjawiskom symulującym przestrzeń międzygwiezdną” – powiedział Tse. „Staramy się naśladować warunki, abyśmy mogli przyjrzeć się, jak rzeczy tworzą się w kosmosie”.

Korzystając z technologii synchrotronowej, Tse udało się stworzyć ekstremalne warunki na linii promieni, zapewniając nową perspektywę krystalizacji wody. Może to pomóc wyjaśnić, co się dzieje, gdy ciecze i inne cząsteczki wchodzą w interakcje w środowiskach o silnej próżni i ekstremalnie niskich temperaturach.

„Kiedy prom kosmiczny został wystrzelony 30 lat temu, odkryli, że woda reaguje z materią organiczną w liniach odpadów i bardzo ekscytujące było obserwowanie, jak się formuje” – powiedział Tse.

Wyniki pracy opublikowanej w Czasopismo Chemii Fizycznejmoże również pomóc nam zrozumieć, co dzieje się z wodą i cząsteczkami organicznymi w trudnych warunkach na Ziemi, takich jak rurociągi naftowe i gazowe.

„Jedna strona to wybuch BP wiele lat temu [the oil spill in the Gulf of Mexico]. Było to spowodowane tworzeniem się hydratu, związku wody i małych cząstek, które wypełniały rurociąg, powodując jego eksplozję” – powiedział Tse.

Tse mówi, że tworzenie się hydratów jest ciągłym problemem w rurociągach przesyłowych gazu ziemnego, które działają w niskich temperaturach, takich jak te na kanadyjskich preriach. W przyszłych eksperymentach Tse ma nadzieję lepiej zrozumieć, jak zachowują się te interakcje i molekuły oraz jak zapobiegać zatykaniu się linii, zwiększając wydajność i bezpieczeństwo w sektorze naftowym i gazowym.

„To wciąż są pytania akademickie, ale mają bardzo praktyczne zastosowania” – powiedział Tse.

Tse ma długą historię pracy z synchrotronami – od czasu jego doktoratu w 1970 roku. Projekt dla jego pracy jako Canada Research Chair in Synchrotron Science. Przez lata Tse wykorzystywał światło synchrotronowe do różnych pytań i nigdy nie stosował jednej technologii. CLS pozwala Tse badać zakres energii – od niskoenergetycznych, takich jak podczerwień, po wysokoenergetyczne, takie jak twarde promieniowanie rentgenowskie – w celu zbadania nowych problemów i znalezienia praktycznych rozwiązań.

„To ciekawe i skuteczne narzędzie problemowe, którego szukałem przez lata i dlatego z niego korzystam” – powiedział Tse.