Je leest:

Kokendheet waterijs

Kokendheet waterijs

Auteur: | 16 maart 2007

Het Amerikaanse Sandia-laboratorium bevriest water boven het kookpunt. Sandia’s Z machine bestudeert normaal materiaaleigenschappen bij extreme druk en temperatuur – zoals in een kernwapen tijdens de ontploffing. Natuurkundige Daniel Dolan onderzocht ermee hoe water reageert op extreme druk. Verrassing: het ‘bevriest’ in nog geen miljoenste seconde.

In Sandia, een lab van Amerika’s National Nuclear Security Administration (NNSA), staat de grootste schok ter wereld. In de Z machine wordt materiaal samengeperst en verhit met extreme elektrische stromen en magneetvelden. Doel: beter begrijpen wat er gebeurt in een ontploffend kernwapen. Hoe langer dat tijdens de explosie de juiste vorm houdt, hoe beter de ontsteking verloopt en hoe efficiënter het wapen. In de Z machine kunnen natuurkundigen ook achterhalen of een oud kernwapen nog stevig genoeg is om de klap van een explosie aan te kunnen. Wetenschap met militaire toepassingen, maar Sandia doet soms ook fundamenteel onderzoek.

Z machine
De Z machine gebruikt extreme elektrische stromen van miljoenen ampères om materiaal te onderzoeken bij de temperatuur en druk in een kernexplosie. Zelfs afgeschermd door bassins met olie en water rukt het apparaat bliksems uit alle metalen voorwerpen in de omgeving. Het bliksemt letterlijk in Sandia’s Z machine.

Bevroren in een miljoenste seconde

De test van pas geinstalleerde, nóg betere apparatuur in de Z machine was een uitgelezen moment voor materiaalonderzoek. Wat gebeurt er als je water samenperst bij honderdduizend keer de druk van de atmosfeer? Het bevriest en dat ook nog eens verrassend snel, ontdekte natuurkundige Daniel Dolan. Hij maakt in de Z machine ijs in nog geen miljoenste seconde.

De Z machine gebruikt een elektrische stroom van 20 miljoen ampère om elektromagneten aan te jagen. In Dolan’s proef persen die twee aluminium platen samen met daartussen een dunne laag water. Het apparaat haalde in een tiende van een miljoenste seconde een druk tussen 50.000 en 120.000 atmosfeer. Eerst bleef de container ondoorzichtig, teken dat Dolan nog naar waterdamp keek. Pas boven de 70.000 atmosfeer werd de boel kristalhelder, wat op ijs wijst. ‘Blijkbaar is het onmogelijk om boven die druk niet te bevriezen’, denkt Dolan.

Bij 70.000 tot 120.000 keer de atmosferische druk en duizenden graden celsius konden de watermoleculen in Dolan’s high-tech pers niet anders dan tegen elkaar aan kruipen. Voor zorgeloos door elkaar racen als gasmoleculen was domweg geen ruimte. IJs VII noemen natuurkundigen die geforceerde toestand: een fase zoals het bekende ijs, vloeibaar water en waterdamp. IJs VII komt alleen voor bij extreme omstandigheden en valt weer uiteen in gas als de druk daalt.

Het onderzoek van Dolan lijkt ‘fundamenteel’, dus niet onmiddellijk praktisch toepasbaar, maar heeft voor Sandia grote waarde. Hun apparatuur ligt in cilinders met olie en water om de omgeving te beschermen tegen de elektrische stromen van 20 miljoen ampère in de Z machine. Dankzij Dolan’s onderzoek weten de onderzoekers wat er in die bassins gebeurt bij de veldsterktes die de nieuwe apparatuur opwekt. Dat helpt weer bij het veilig bedienen van de Z machine en het ontwerpen van een eventuele opvolger.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 maart 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.