Razendsnel water koken met een röntgenlaser

16 mei 2018 door SST

Met flitsen van X-stralen kan water hypersnel aan de kook worden gebracht. Daarbij ontstaat een exotische aggregatietoestand die haar gelijke niet kent op aarde.

Als we water willen koken, doen we dit meestal via de overdracht van hitte (in een keteltje op het fornuis, of in een waterkoker), of via microgolven. In beide gevallen worden de watermoleculen door een externe kracht in beweging gebracht. En laat de temperatuur op microschaal net een maat zijn voor de beweging van de deeltjes.

Zweedse natuurkundigen gebruikten een andere methode om water aan de kook te brengen. Ze trokken daarvoor naar een groot Amerikaans lab voor deeltjesfysica in Californië. Daar staat een elektronenlaser die zeer korte maar intense röntgenstralenpulsen (of X-stralen) kan afvuren. Die pulsen doen de waterdeeltjes niet trillen, maar slaan elektronen uit hun schil, zodat het water geïoniseerd wordt en er een plasma ontstaat. Door de ionisatie ontstaan sterke lokale elektromagnetische velden, waardoor de individuele atomen elkaar plotsklaps gaan aantrekken en afstoten en hevig beginnen te bewegen.

"De fysici hadden er minder dan een tiende van een picoseconde (een miljoenste van een miljoenste van een seconde) voor nodig"

De tijd waarin dat ‘waterplasma’ een temperatuur van honderd graden bereikt, blijkt extreem kort: de fysici hadden er minder dan een tiende van een picoseconde (een miljoenste van een miljoenste van een seconde) voor nodig.

Kritische zouden kunnen zeggen dat de fysici geen water aan de kook hebben gebracht, maar hypersnel een plasma hebben gecreëerd uit zuurstof- en waterstofatomen. Daar staat tegenover dat de dichtheid van het ‘plasma’ dezelfde is van die van vloeibaar water – de deeltjes hebben immers niet de tijd gehad om zich te verplaatsen. Dat is meteen ook het exotische aan het plasmawater: nergens op aarde neemt ijs, water of waterdamp deze aggregatietoestand aan.