... jatkuu
Kipinä kipinöinnin tutkimiseen
”Tällä hetkellä yksi suurimmista tieteellisistä haasteistamme on ymmärtää kipinöintiä ja kaaripurkauksia. Kaikki tietävät, että kipinöintiä tapahtuu, mutta tieteellisesti se ymmärretään äärimmäisen huonosti. Varsinkin, jos kipinöinti tapahtuu tyhjiössä”, Nordlund sanoo.
Arkipäiväinen esimerkki sähköisistä kipinöistä ovat autojen sytytystulpat, joissa synnytetään tarkoituksella kipinöitä bensiinin sytyttämiseksi. Kaaripurkauksista tunnetuin tyyppi on salama, ja hitsausliekki on yksi sen kontrolloiduista muodoista. Näiden taustalla on pohjimmiltaan lähes täysin sama fysikaalinen ilmiö: kahden johtavan materiaalin välille syntyvä plasma, joka antaa sähkökentän purkautua.
|
” Kaikki tietävät, että kipinöintiä tapahtuu,
mutta tieteellisesti se ymmärretään
äärimmäisen huonosti”
|
”Suuri mysteeri on sähkökentän kipinöinnin alkamisen ennustaminen. Tiedämme, mitä laskennallisia työkaluja ongelman ratkaisemiseen tarvitaan. Simuloinnit ovat kuitenkin haastavia ja vaikeita, koska epävarmuustekijöitä on paljon. Toivottavasti 5–10 vuoden kuluttua tiedämme kipinöinnistä paljon enemmän ja voimme entistä paremmin kehittää materiaaleja, jotka eivät kipinöi niin helposti.”
Atomitkin muodostavat kraattereita
”Yksi kiinnostava tutkimusaihe on kraatterien muodostuksen ymmärtäminen. Kaikki tietävät, että kraattereita muodostuu kuiden ja planeettojen pinnalle. Niitä muodostuu myös, jos esimerkiksi savea ammutaan. Jos yhdellä ainoalla atomilla osuu raskaaseen metalliin sopivalla energialla, esimerkiksi kulta-atomilla kultaan, siitäkin muodostuu kraatteri”, Nordlund taustoittaa.
Meteoroidien, ammusten tai muiden makroskooppisten kappaleiden tekemät kraatterit ovat helposti nähtävillä paljain silmin. Toisaalta yksikin atomi tiiviiseen metallipintaan osuessaan voi tehdä atomin kokoluokan kraatterin. Vaikka nämä erikokoiset kraatterit pinnallisesti tarkasteltuna muistuttavat toisiaan, niiden muodostumisprosessi on täysin erilainen: Atomikokoinen kraatteri muodostuu atomitason törmäysmekaniikasta ja sulan metallin virtauksista. Makroskooppisen kraatterin muodostumista selittää paremmin materiaalin sisään muodostuva hetkellinen korkean paineen alue, jolloin materiaalia irtoaa suurina kappaleina muodostuvasta kraatterista.
”Aloimme tutkia yhteyttä atomikraatterin ja makroskooppisen kraatterin välillä. Otimme ensin yhden atomihiukkasen, jonka kokoa kasvatimme yhdestä atomista alkaen ylöspäin, ja tutkimme, miten kraatterin muodostusmekanismi muuttuu koon kasvaessa. Pystyimme osoittamaan, että kun pommittavan hiukkasen koko on noin 10 000 atomia, niin kraatterin muodostusmekanismi muuttuu atomitason mekanismista makroskooppiseen mekanismiin.”
teksti: Tiina Raivo