Redigerer Coulomb-eksplosjon

[[Fil:Bucky1.gif|miniatyr|Animasjon av Coulomb-eksplosjon av klynger av atomer ionisert av laserfeltet. [[Kulør|Kulørnivået]] på fargen er proporsjonalt med (større) atomer. Elektroner (mindre) på denne tidsskalaen sees bare stroboskopisk, og fargetone er deres kinetiske energi]]
'''Coulomb-eksplosjoner''' er en mekanisme for å transformere energi i intense [[Elektromagnetisk felt|elektromagnetiske felt]] til atombevegelse og er dermed nyttige for kontrollert ødeleggelse av relativt robuste molekyler. Eksplosjonene er en fremtredende teknikk i [[Laser|laserbasert]] bearbeiding, og vises naturlig i visse høyenergireaksjoner.

== Mekanisme ==
[[Elektrostatikk|Coulomb frastøting]] av partikler med samme [[Elektrisk ladning|elektriske ladning]] kan bryte [[Kjemisk binding|bindingen]] som holder [[faststoff]] sammen. Når en smal laserstråle benyttes, eksploderer en liten mengde fast stoff i et [[Plasma (fysikk)|plasma]] av [[Ion|ioniserte]] atompartikler. Det kan vises at Coulomb-eksplosjonen skjer i det samme kritiske parameterregimet som [[Overstrålingsfaseovergang|overstrålingsfaseovergangen]], dvs. når de destabiliserende interaksjonene blir overveldende og dominerer over de fundamentale oscillerende [[fonon]]-faste klyngebindende bevegelser som også er karakteristisk for diamantsyntesen.

Med sin lave masse blir de ytre [[Valenselektron|valenselektronene]] som er ansvarlige for kjemisk binding lett fjernet fra atomer, og etterlater dem positivt ladede. Gitt en gjensidig frastøtende tilstand mellom atomer hvis kjemiske bindinger er brutt, eksploderer materialet i en liten plasmasky av energiske ioner med høyere hastigheter enn sett i termisk utslipp.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Non-thermal ablation of expanded polytetrafluoroethylene with an intense femtosecond-pulse laser|publikasjon=Optics Express|doi=10.1364/OE.17.013116|url=https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-17-15-13116|dato=2009-07-20|fornavn=M.|etternavn=Hashida|etternavn2=Mishima|fornavn2=H.|etternavn3=Tokita|fornavn3=S.|etternavn4=Sakabe|fornavn4=S.|serie=15|språk=en|bind=17|sider=13116|issn=1094-4087|besøksdato=2021-05-11}}</ref>

== Teknologisk bruk ==
En Coulomb-eksplosjon er et "kaldt" alternativ til den dominerende laseretsningsteknikken for termisk [[ablasjon]], som avhenger av lokal oppvarming, smelting og fordampning av molekyler og atomer ved bruk av mindre intense stråler. Puls korthet ned til nanosekundregimet er tilstrekkelig til å lokalisere termisk ablasjon - før varmen ledes langt, er energiinngangen (pulsen) avsluttet. Ikke desto mindre kan termisk ablaterte materialer tette porene som er viktige for [[katalyse]] eller batteridrift, og omkrystallisere eller til og med brenne underlaget, og dermed endre de fysiske og kjemiske egenskapene på etsestedet. Derimot forblir til og med lette skum uforseglet etter ablasjon ved Coulomb-eksplosjon.

Coulomb-eksplosjoner for industriell maskinering er laget med ultrakorte ([[Picosekund|picosekunder]] eller [[Femtosekund|femtosekunder]]) laserpulser. De enorme stråleintensitetene som kreves (10–400 terawatt per kvadratcentimeter, avhengig av materiale) er bare praktiske for å generere, forme og levere i veldig korte øyeblikk. Coulomb-eksplosjonsetsing kan brukes i hvilket som helst materiale til bore hull, fjerne overflatelag og overflater av struktur og mikrostruktur; for eksempel å kontrollere blekkbelastning i trykkpresser.<ref>{{Kilde www|url=https://www.photonics.com/Articles/Picosecond_Lasers_for_High-Quality_Industrial/a40296|tittel=Picosecond Lasers for High-Quality Industrial Micromachining|besøksdato=2021-05-11|fornavn=Dirk Müller, Lumera Laser|etternavn=GmbH|verk=www.photonics.com}}</ref>

== I naturen ==
Høyhastighets kameraavbildning av [[Alkalimetall|alkalimetaller]] som eksploderer i vann har antydet at eksplosjonen er en coulomb-eksplosjon.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Coulomb explosion during the early stages of the reaction of alkali metals with water|publikasjon=Nature Chemistry|doi=10.1038/nchem.2161|url=http://www.nature.com/articles/nchem.2161|dato=Mars 2015|fornavn=Philip E.|etternavn=Mason|etternavn2=Uhlig|fornavn2=Frank|etternavn3=Vaněk|fornavn3=Václav|etternavn4=Buttersack|fornavn4=Tillmann|etternavn5=Bauerecker|fornavn5=Sigurd|etternavn6=Jungwirth|fornavn6=Pavel|serie=3|språk=en|bind=7|sider=250–254|issn=1755-4330|besøksdato=2021-05-11}}</ref><ref>{{Kilde www|url=https://www.scientificamerican.com/article/sodium-s-explosive-secrets-revealed1/|tittel=Sodium's Explosive Secrets Revealed|besøksdato=2021-05-11|fornavn=Philip Ball,Nature|etternavn=magazine|språk=en|verk=Scientific American}}</ref>

Under en [[kjernefysisk eksplosjon]] basert på fisjon av [[uran]], sendes 167 MeV ut i form av en coulomb-eksplosjon mellom hver tidligere urankjerne, den frastøtende elektrostatiske energien mellom de to fisjonens datterkjerner, oversettes til den [[Kinetisk energi|kinetiske energien]] til fisjonsproduktene som resulterer i både den primære driveren for [[Varmestråling|blackbody-strålingen]] som raskt genererer den varme tette plasma/kjernefysiske ildkuleformasjonen og dermed også både senere eksplosjons- og termiske effekter.<ref>{{Kilde bok|url=https://ke.army.mil/bordeninstitute/published_volumes/nuclearwarfare/chapter1/chapter1.pdf|tittel=Nuclear events and their consequences|etternavn=Alt, Leonard A.; Forcino, Douglas; Walker, Richard I.|år=2000|isbn=9780160591341|sitat=approximately 82% of the fission energy is released as kinetic energy of the two large fission fragments. These fragments, being massive and highly charged particles, interact readily with matter. They transfer their energy quickly to the surrounding weapon materials, which rapidly become heated|besøksdato=2021-05-11|arkiv-dato=2017-01-25|arkiv-url=https://web.archive.org/web/20170125171152/https://ke.army.mil/bordeninstitute/published_volumes/nuclearwarfare/chapter1/chapter1.pdf|url-status=død}}</ref><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Nuclear Engineering Overview|publikasjon=Technical University Vienna|url=http://www.oektg.at/wp-content/uploads/02-Nuclear-Engineering-Overview1.pdf|arkiv-url=https://web.archive.org/web/20180515201022/http://www.oektg.at/wp-content/uploads/02-Nuclear-Engineering-Overview1.pdf|sitat=The various energies emitted per fission event pg 4. "167 MeV" is emitted by means of the repulsive electrostatic energy between the 2 daughter nuclei, which takes the form of the "kinetic energy" of the fission products, this kinetic energy results in both later blast and thermal effects. "5 MeV" is released in prompt or initial gamma radiation, "5 MeV" in prompt neutron radiation (99.36% of total), "7 MeV" in delayed neutron energy (0.64%) and "13 MeV" in beta decay and gamma decay(residual radiation)}}</ref>

Minst ett vitenskapelig papir antyder at coulomb-eksplosjon (spesifikt elektrostatisk frastøting av dissosierte karboksylgrupper av polyglutaminsyre) kan være en del av den eksplosive virkningen av nematocytter, de stikkende cellene i vannorganismer i phylum [[Nesledyr|Cnidaria]].<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Formation and discharge of nematocysts is controlled by a proton gradient across the cyst membrane|publikasjon=Helgoland Marine Research|doi=10.1007/s10152-005-0019-y|url=http://link.springer.com/10.1007/s10152-005-0019-y|dato=September 2006|fornavn=Stefan|etternavn=Berking|etternavn2=Herrmann|fornavn2=Klaus|serie=3|språk=en|bind=60|sider=180–188|issn=1438-387X|besøksdato=2021-05-11}}</ref>

== Referanser ==
<references />
[[Kategori:Materialvitenskap]]
[[Kategori:Laservitenskap]]
[[Kategori:Massespektrometri]]