วิชาการ.คอม - มอง ‘แก้ว’ ซะใหม่

มอง ‘แก้ว’ ซะใหม่

โพสต์เมื่อ: 09:40 วันที่ 10 มิ.ย. 2549 ชมแล้ว: 43,112 ตอบแล้ว: 6

นักฟิสิกส์และวิศวกรในสหรัฐอเมริกาค้นพบเป็นครั้งแรกว่าแก้วสามารถคืนสภาพเดิมอย่างสมบูรณ์หลังถูกยิงด้วยอิเลกตรอนพลังงานสูง ผลที่ได้แสดงว่าสถานะแก้วมีความเสถียรอย่างสูงต่อความร้อน ซึ่งขัดแย้งกับความเชื่อก่อนหน้านี้ การค้นพบนี้นอกจากมีความสำคัญต่อความเข้าใจพื้นฐานแล้ว มันอาจบ่งชี้ว่าแก้วมีความเหมาะสมในการนำไปใช้กักเก็บขยะนิวเคลียร์ได้

ธรรมชาติในเรื่องสถานะของแก้วยังเป็นปริศนาหนึ่งที่ยากต่อการเข้าใจ มันเป็นการยากอย่างมากในการศึกษาโครงสร้างของแก้ว ด้วยเหตุที่ว่ามันขาดความเป็นระเบียบในระยะไกล (ที่ระยะไกลกว่าระดับอะตอม – ผู้แปล) เช่นเดียวกับของเหลว โครงสร้างของมันก่อตัวขึ้นเมื่อสสารที่หลอมละลายเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนอะตอมไม่มีเวลาที่จะจัดตัวของมันเองไปเป็นผลึกที่มีความเป็นระเบียบซึ่งอยู่ในสถานะที่มีพลังงานน้อยว่า และมีความเสถียรมากกว่า

แก้วบางชนิดสามารถคงสภาพโดยไม่สลายตัวได้ยาวนานเป็นพันปี ด้วยเหตุนี้และจากที่รู้กันว่าแก้วสามารถดูดซับรังสีได้ดี ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าพวกมันอาจใช้เก็บขยะนิวเคลียร์บางชนิดได้ อย่างไรก็ตาม แก้วที่มีส่วนประกอบพื้นฐานเป็นซิลิเคท (silicate) (เป็นแก้วชนิดที่มีอยู่ทั่วไปที่สุด) ถูกทำให้เกิดความเสียหายได้ง่ายด้วยไอออน (อนุภาคมีประจุ) อิเลกตรอน และลำแสงอัลตราไวโอเลต ที่เข้ามากระทบ นอกจากนี้ความเสียหายที่เกิดขึ้นก็ถูกคิดกันว่าไม่สามารถคืนสภาพเดิมได้

เพื่อค้นหาคำตอบของความสงสัยในเรื่องนี้ แอนเดร มัคโฮยัน (Andre Mkhoyan) และผู้ร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Cornell University ได้ทำการศึกษาผลจากอิเลกตรอนพลังงานสูงที่มีต่อฟิล์มบางของแก้ว alumino-silicate ที่บรรจุ calcium-oxide แก้วนี้ประกอบด้วย alumina (amorphous Al₂O₃) และ silica (amorphous SiO₂)

นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการโฟกัสลำของอิเลกตรอนตัวหนึ่งที่มีพลังงาน 100 KeV จาก scanning transmission electron microscope เป็นเวลานานสองนาทีบนพื้นที่ขนาด 6 นาโนเมตร² บนฟิล์มแก้วบางนั้น ต่อมา พวกเขาก็ติดตามดูความเสียหายที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง (แบบเรียลไทม์) โดยมองดูว่าโครงสร้างทางเคมีของแก้วเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรด้วยการใช้เทคนิกที่เรียกว่า electron energy loss spectroscopy (EELS) และ "annular dark field" (ADF) imaging จากนั้นจึงเอาลำแสงออก

หลังจากนั้นอีกประมาณสองนาที มัคโฮยันและผู้ร่วมงานก็ได้ตรวจสอบ EEL spectra และ ADF images อีกครั้ง พวกเขาพบว่าโครงสร้างของมันเป็นเช่นเดียวกับตอนเริ่มต้นการทดลอง ซึ่งแสดงว่าแก้วคืนสภาพเดิมได้อย่างสมบูรณ์ (ดูภาพในความคิดเห็นที่ 1) ตามการกล่าวอ้างของทีมงาน ผลที่ได้บ่งชี้ว่าแก้วมีความเสถียรอย่างมากต่อความร้อน ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ได้คาดหมายมาก่อนเมื่อกล่าวถึงโครงสร้างอะตอมแบบที่ไร้ระเบียบของมัน

นักวิจัยกล่าวว่าความเสถียรของแก้วเช่นนี้อาจจะหมายถึงการที่เราสามารถใช้มันกักเก็บสารกัมมันตภาพรังสี “การทดลองของพวกเราได้แสดงให้เห็นว่าหากใช้แก้วซีลรอบขยะนิวเคลียร์ ความเสียหายของแก้วที่เกิดขึ้นจากการปลดปล่อยรังสีเบต้า (ลำอิเลกตรอน) ของมันจะ ‘สมานได้เอง’ ” กล่าวโดยมัคโฮยัน อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่ายังต้องทำงานวิจัยเพิ่มเติมอีกมากในการศึกษาผลของรังสีชนิดอื่นต่อแก้วเหล่านี้

ขณะนี้ ทีมงานได้วางแผนที่จะศึกษาขีดจำกัดของความสามารถในการคืนสภาพของแก้ว aluminosilicate ว่าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในส่วนประกอบโครงสร้างเคมีแบบต่าง ๆ และจะค้นหาแก้วที่มีความเสถียรชนิดอื่นด้วย

แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง
ข่าวจาก Physicsweb
http://physicsweb.org/articles/news/10/6/1/1

เอกพงษ์

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 82 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 155 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

จำนวน 6 ความเห็น, หน้า่ | -1-

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 10 มิ.ย. 2549 (09:41)

ADF images ที่ส่วนหนึ่งของแก้ว (a) ก่อนมีความเสียหาย (b) หลังถูกยิงด้วยลำอิเลกตรอน 2 นาที (c) – (d) ภาพที่บันทึกการคืนสภาพหลังหยุดยิงด้วยอิเลกตรอน 30 วินาที และ 2 นาที ตามลำดับ (image: Phys. Rev. Lett. 96 205506)

เอกพงษ์

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 12 มิ.ย. 2549 (20:21)
น่าสนใจจริงๆครับ ขออนุญาตสรุปง่ายๆอีกครั้งว่า นักวิทยาศาสตร์ใช้ลำอิเล็กทรอนเจาะแผ่นแก้ว (ฟิล์มบาง) ให้เป็นรู แต่แล้วก็พบว่ารูนั้นหายไปในเวลาไม่กี่นาที เหมือนกับแผ่นแก้วสามารถรักษาแผลให้ตัวเองได้ซะงั้น แน่นอนว่ารูที่ว่านี้มีขนาดจิ๋วระดับนาโน ถ้าเป็นรูใหญ่ๆอย่างรูเข็มละก็ คงไม่หายแล้วละครับ

ผมว่าที่เรื่องนี้มันน่าสนใจก็เพราะว่า ปกติสถานะแก้วนี่ทางอุณหพลศาสตร์ถือว่าไม่เสถียร เพราะอะตอมเรียงตัวกันสะเปะสะปะ ถ้าทิ้งไว้นานๆ (อาจจะเป็นล้านๆ ปี) อะตอมก็จะค่อยๆ เรียงตัวใหม่ การที่แผ่นแก้วรักษาแผลให้ตัวเองได้กลับบอกว่าสถานะแก้วเนี่ย "เสถียร" เหมือนกันนะ

ไม่ทราบว่านักวิทยาศาสตร์เค้าได้ศึกษาดูรึเปล่าว่า การเรียงตัวของอะตอมในบริเวณที่เคยเป็นรูนั้น มีลักษณะไม่เป็นระเบียบแบบแก้วรึเปล่า หรือว่ากลายเป็นผลึกเล็กๆ ไปซะแล้ว

Pipe

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 5 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 16 มิ.ย. 2549 (12:55)
ต่อไปจะมีแนวโน้มว่า จะรักษาแก้วที่แตก หรือวัสดุที่เป็นแก้วที่แตก เช่น ตุ๊กกาแก้ว หรือ อะไรที่มีความสำคัญต่อจิตใจคน ให้กลับ เป็นเหมือนเดิมได้รึป่าว เพราะการแตกหัก แน่นอนว่า ไม่ได้เป็นแผลเพราะนำลำอิเล็กตรอนมายิงแน่

posterland

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 30 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 154 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 3 ก.ค. 2549 (12:47)
ขอบคุณมากครับ

สาคร

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 2 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 18 ส.ค. 2549 (10:58)
แก้วที่ร้าวแล้วยากประสานเห็นจะไม่จริงเสียแล้ว..หุ. หุ.

thawankesmala

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 1361 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 282 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 27 ม.ค. 2550 (11:28)
ร่วมแบ่งปันแก้วนํากันได้...ได้ดาว 57ดวง ต้องแงปันกัน...คับ
แทมด้วย

ดี (IP:58.9.127.66)

ความเห็นเพิ่มเติม วิชาการ.คอม

ชื่อ / email:
ข้อความ

รูปภาพ หรือ ไฟล์

กรุณาล๊อกอินก่อน เพื่อโพสต์รูปภาพ และ ใช้ LaTex ค่ะ สมัครสมาชิกฟรีตลอดชีพที่นี่

ตัวช่วย 1: CafeCode วิธีการใช้
ตัวช่วย 2: VSmilies

วิธีการใช้
ตัวช่วย 3: พจนานุกรมไทย ออนไลน์ ฉบับราชบัณฑิต
ตัวช่วย 4 : dictionary ไทย<=>อังกฤษ ออนไลน์ จาก NECTEC
ตัวช่วย 5 : ดาวน์โหลด โปรแกรมช่วยพิมพ์ Latex เพื่อแสดงสมการบนวิชาการ.คอม