23 октября 2008 г.

Обыкновенный скотч как источник рентгеновского излучения

Удивительное (и красивое!) -- рядом.

Сегодня в Nature опубликована статья, в которой рассказывается о простом эксперименте с забавными результатами. Оказывается при медленном разматывании скотча, которое происходит не равномерно, а рывками, наблюдаются короткие вспышки света. А также вспышки рентгеновского излучения с энергией в десятки кэВ!

В принципе, все эти явления понять нетрудно. Есть такое явление, триболюминесценция, когда из-за трения в момент проскальзывания или из-за других механических воздействий (раскалывания, например), проскакивают искорки света. Так получается из-за того, что две стороны бывшего контакта оказываются заряженными, и между ними проходит разряд. Оказывается, что свечение простирается и в области ультрафиолета и даже рентгена. В статье пишут, что это явление (скотч как источник рентгеновских вспышек) было открыто давно, еще в 1953 году. Механизм этого явления, впрочем, еще не совсем понят. Свежая статья в Nature посвящена не только подробному изучению явления, но и попыткам подогнать экспериментальную базу под одно из объяснений.

Теперь -- картинки.


Вверху: красноватое оптическое свечение исходит из места открыва скотча от рулона; голубоватое свечение -- от сцинтиллятора, в котором высвечиваются рентгеновские фотоны, исходящие из того же места отрыва. В центре: то же, но при низком давлении (примерно 10-6 атм). Свечение от сцинтиллятора настолько яркое, что оно четко освещает всю фотографию (никакого дополнительного источника света нет!). Внизу: схема установки.

------------------




Спектр оптического свечения при атмосферном давлении (серым цветом) и при давлении 10-6 атм (черным цветом).

------------------




Спектр рентгеновского излучения. На вставке: распределение энергии рентгеновских вспышек в моменты отрыва ленты.

------------------



И наконец, самое поразительное. Яркость рентгеновских вспышек так велика, что скотч можно использовать как источник для рентгеновской фотографии. На фото внизу наложен рентгеновский снимок пальца, полученного таким способом. Подробности в Supplementary information.


Технология рентгеновского фотографии с помощью скотча, разумеется, уже запатентована авторами :)

13 комментариев:

  1. здорово, хотя этот эффект не нов, я про него читал, кажется, ещё в "Физическом фейерверке" Джирла Уокера в начале 80-х.

    ОтветитьУдалить
  2. К сожалению, не будучи affiliated в академии статью прочесть не удалось.
    Но этот эксперимент, особенно, происходящий одновременно с коллайдером, в некотором роде подтверждает слова Резерфорда об экспериментальной физике.

    ОтветитьУдалить
  3. to v1adis1av: ну да, они пишут, что эффект испускания рентгеновских квантов известен уже 50 лет. Но вероятно настолько количественно не анализировали. Ну и запатентовать скотч как источник рентгеновской фотографии не догадались. И потом, я сейчас рассказал в институте, далеко не все знали про обычное свечение от скотча.

    to nick: ну, параллельно с коллайдером проводятся сейчас наверно миллионы экспериментов :) А что это за слова Резерфорда?

    ОтветитьУдалить
  4. Интересно, щелчки статики, которые появляются, когда, например, свитер снимаешь, они ведь тоже должны рентген давать? Надо будет попробовать померить, хотя тут еще надо хорошо заэкранировать аппаратуру от ЭМ помех, которые происходят в момент пробоя.

    ОтветитьУдалить
  5. Мой товарищ физик уже меня строго отчитал за наезд на коллайдер :-)

    Резерфорд очень ценил эксперимент "на коленке".
    Я читал книгу Гранина - там упоминалось, что по мнению Резерфорда, если у тебя есть идея - то завтра уже должна быть установка, даже если она сделана из пары консервных банок, бечевки и свечек, а не специально заказана на заводе точной механики и т.д.

    Правда, случай с коллайдером не совсем соответсвует цитате, но нынешняя тенденция, что пока бюджет меньше $100000 - это не наука - вполне по цитате.
    Это не совсем про коллайдер, а скорее п
    В данном случае аллегория тому, чтоau

    ОтветитьУдалить
  6. Анонимный23/10/08 14:55

    Спасибо за интересный пост, Игорь!

    Возникла пара вопросов:

    1. Можно ли наблюдать подобное оптическое свечение в домашних условиях?

    2. Насколько возникающее рентгеновское излучение вредно для здоровья? Скажем, может ли это нанести ощутимый вред здоровью человека, который постоянно работает со скотчем (например, упаковщик какой-нибудь)?

    ОтветитьУдалить
  7. 1. Да, конечно. Только надо брать скотч, который хорошо "трещит" (сейчас выпускают специальные упаковочные скотчи, которые не трещат). Сейчас посмотрел в темноте на обычном канцелярском скотче -- изредка, но видны слабые вспышки.

    2. При атмосферном давлении рентгена не возникает. Разряд происходит еще до того, как наберется достаточно большая разность потенциалов, и его хватает лишь на оптическую вспышку.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Анонимный4/1/13 05:38

      Как же не возникает? А почему на первой картинке сцинтиллятор светится? Я вообще сначала подумал, что основной прикол с этим экспериментом в том, что при атмосферном давлении немного рентгена возникает. .. Да, кстати, когда я видел, как скотч светится, я еще не знал про триболюминесценцию, и был под впечатлением весьма.

      Удалить
  8. Анонимный12/12/08 23:52

    Вспышка в оптическом диапазоне: ЕДИНИЦЫ эВ
    -//- рентгеновском -//-: от 10^3 эВ
    Как вариант, объясняюций оптическое "просвечивание" пальца: в составе воздуха - больше всего азота (N2), к-рым - и обусловлен голубой свет искры (речь - о тлеющем разряде, молния - это скорее дуга, где температура {в канале}- неск-ко тыс. градусов, хотя - есть и голубое свечение).
    Так вот, у рентгеновской плёнки (медицинской) - слишком широк интервал длин волн, к к-рому - чувствительно серебро {р-ция: Ag(+) + hv --> Ag(+)*; Ag(+)* + e- -> Ag(0)}.
    Это - объясняет и то, что упаковка у плёнок - не прозрачная (хотя - разделяет оптический и рентгеновский диапазоны - УФ).

    Игорь, а разве - от давления {в оригинале: "При атмосферном"} заметно зависит спектр излучения? %)
    Даже с учётом лоренцева и доплеровского уширений спектра (1 нм - максимум) и в УФ-B не попадаем. Какой там рентген.
    Может - ещё вспомнить про гамма-излучение :)..
    А ведь есть и такое ;)

    Dmitry phch_at_ya.ru 13.12.08

    ОтветитьУдалить
  9. От давления зависит то, насколько далеко отойдет лента отклеившего скотча, прежде чем пробьет искра. Чем бОльшую разность потенциалов удастся создать, тем до больших энергий электроны разгонятся, когда пробой все же произойдет. А излучение -- это обычное тормозное излучение, возникающее при ударе электронов о моток.

    ОтветитьУдалить
  10. фантастически интересно! Я перепощу? Заранее блгдр)))

    ОтветитьУдалить
  11. А можно по подробнее про получение рентгеновских снимков на скотче?
    И много ли занял этот эксперимент у вас времени?

    ОтветитьУдалить