Буферный газ
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2024 г. ) |
Буферный газ – это инертный или негорючий газ . В Земли атмосфере азот действует как буферный газ. Буферный газ увеличивает давление в системе и контролирует скорость сгорания при наличии кислорода . Любой инертный газ, такой как гелий , неон или аргон, будет служить буферным газом.
Буферный газ обычно состоит из атомарно инертных газов, таких как гелий , [ 1 ] [ 2 ] аргон или азот . [ 3 ] Криптон , неон и ксенон также используются, в первую очередь, для освещения. [ нужна ссылка ] В большинстве сценариев буферные газы используются вместе с другими молекулами с основной целью вызвать столкновения с другими сосуществующими молекулами.
Буферные газы обычно используются во многих приложениях, начиная с газоразрядных ламп высокого давления, для уменьшения ширины линии микроволновых переходов в атомах щелочных металлов .
Использование
[ редактировать ]Освещение
[ редактировать ]В лампах люминесцентных ртуть используется в качестве основного иона , излучающего свет . Криптон — это буферный газ, используемый вместе с ртутью, который используется для смягчения импульса столкновений ионов ртути, чтобы уменьшить повреждение электродов люминесцентной лампы. Вообще говоря, самыми долговечными являются лампы, в которых в качестве буферных газов используются самые тяжелые благородные газы . [ нужна ссылка ]
Промышленный
[ редактировать ]Буферные газы также широко используются в электростанций компрессорах для подачи газа в газовые турбины . Буферный газ заполняет пространство между уплотнениями в компрессоре. Обычно это пространство имеет ширину около 2 микрометров. [ нужна ссылка ] Газ должен быть полностью сухим и свободным от каких-либо примесей . Загрязнения могут потенциально попасть в пространство между уплотнениями и вызвать контакт металлов с металлами в компрессоре, что приведет к выходу компрессора из строя. [ нужна ссылка ] В этом случае буферный газ действует примерно так же, как масло в подшипниках автомобильного двигателя .
Охлаждение буферного газа
[ редактировать ]Методы загрузки буферного газа были разработаны для использования при охлаждении заряженных или парамагнитных атомов и молекул при сверхнизких температурах. Буферным газом, наиболее часто используемым в такого рода приложениях, является гелий.
Предположим, у нас есть очень холодный газообразный гелий в качестве криогенного буферного газа, тогда любое облако частиц, плавающее внутри этого буферного газа, будет обмениваться энергией с буферным газом, пока не достигнет той же температуры ( термализовано ). Проблема в том, что облако частиц рассеется.
При охлаждении буферного газа облако частиц, которые мы хотим охладить, попадает в ловушку, пропускающую атом гелия. Если частицы электрически заряжены, то ловушкой может быть ловушка Пеннинга или ловушка Пола . Если частицы электрически нейтральны, но парамагнитны, то ловушкой может быть магнитная ловушка (поскольку гелий диамагнитен), например пара антигельмгольца . Парамагнитные атомы стремятся к слабому полю, тогда как диамагнитные атомы стремятся к сильному полю, поэтому в магнитной ловушке есть центральная область, где магнитное поле равно нулю и растет во всех направлениях. Парамагнитные атомы будут захвачены в этой области нулевого поля, в то время как диамагнитные атомы будут отталкиваться. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Охлаждение буферным газом можно использовать практически для любой молекулы, если она способна выдерживать множественные столкновения с атомами гелия низкой энергии, на что способно большинство молекул. Охлаждение буферным газом позволяет охлаждать интересующие молекулы за счет упругих столкновений с холодным буферным газом внутри камеры. Если между буферным газом и другими интересующими молекулами произойдет достаточное количество столкновений, прежде чем молекулы ударятся о стенки камеры и исчезнут, буферный газ достаточно охладит атомы. Из двух изотопов гелия ( 3 Он и 4 Он), тем реже 3 Иногда его используют 4 Он обеспечивает значительно более высокое давление пара и плотность буферного газа при температурах ниже Кельвина. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ де Карвальо, Р.; Дойл, Дж. М.; Фридрих, Б.; Гийе, Т.; Ким, Дж.; Паттерсон, Д.; Вайнштейн, доктор медицинских наук (1999). «Магнитные ловушки для атомов и молекул, загруженные буферным газом: учебник для начинающих» . Европейский физический журнал Д. 7 (3): 289. Бибкод : 1999EPJD....7..289D . дои : 10.1007/s100530050572 .
- ^ Хирамото, Аями; Баба, Масааки; Эномото, Кацунари; Да, Кана; Кума, Сусуму; Такахаси, Юики; Тобару, Рео; Миямото, Юки (13 апреля 2023 г.). «Измерение доплеровского эффекта в криогенной ячейке с буферным газом» . Физический обзор А. 107 (4): 043114.arXiv : 2211.09015 . Бибкод : 2023PhRvA.107d3114H дои : 10.1103/PhysRevA.107.043114 . ISSN 2469-9926 .
- ^ Пэрриш, Клайд Ф.; Люк, Дейл Э.; Дженнингс, Пол А.; Каллахан, Ричард А. (2001). «Получение и хранение буферного газа» (PDF) . НАСА .
- ^ Райзен, Марк Г. (12 июня 2009 г.). «Комплексный контроль над движением атомов» . Наука . 324 (5933): 1403–1406. Бибкод : 2009Sci...324.1403R . дои : 10.1126/science.1171506 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 19520950 .
- ^ Вайнштейн, Джонатан Д.; де Карвальо, Роберт; Гийе, Тьерри; Фридрих, Бретислав; Дойл, Джон М. (сентябрь 1998 г.). «Магнитный захват молекул моногидрида кальция при температуре милликельвина» . Природа . 395 (6698): 148–150. Бибкод : 1998Natur.395..148W . дои : 10.1038/25949 . ISSN 1476-4687 .
- ^ Сегев, Джаир; Питцер, Мартин; Карпов, Михаил; Акерман, Ницан; Нарявичюс, Юлия; Нарявичюс, Эдвардас (август 2019 г.). «Столкновения холодных молекул в сверхпроводящей магнитной ловушке» . Природа . 572 (7768): 189–193. arXiv : 1902.04549 . Бибкод : 2019Natur.572..189S . дои : 10.1038/s41586-019-1446-2 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 31391561 .