Приборы, методики, материалы
Компьютер заглядывает в мозг. Изотопы-локаторы. Нейтронный счетчик. Сверхпрочное стекло из металла. Аммиак против углекислоты
Нейрофизиологи Калифорнийского университета расширили возможности электронной расшифровки внутримозговых процессов, сопутствующих визуальному восприятию. Ученые уже давно пытаются узнать, как именно мозг обрабатывает сигналы, поступающие от органов чувств, например, слуха или зрения. Для этого они пользуются сканирующими устройствами, которые позволяют выявлять возбужденные участки мозга. Очень хорошие возможности для этого представляют приборы для функциональной магнитно-резонансной томографии мозга, которые позволяют отслеживать такие возбуждения в реальном масштабе времени. Данные приборы используются и в экспериментах по расшифровке визуальных сигналов. Участников опытов просят разглядывать те или иные изображения, в то время как томограф следит за работой их мозга. Это позволяет составить карту мозговых возбуждений, соответствующих определенным зрительным образам. Если потом предложить тому же самому человеку просмотреть новый набор картинок, в принципе можно угадать их содержание по внутримозговым отпечаткам. Это удается и на практике, однако до сих пор такие опыты ограничивались идентификацией небольшого числа стандартных зрительных образов. Компьютер, считывающий показания функционального магнитно-резонансного томографа, мог узнать, видит ли испытуемый на картинке, скажем, здание, автомобиль или человеческое лицо. Дальше этого дело пока не шло. Теперь калифорнийские ученые во главе с Джеком Галлантом доказали, что из мозга можно выудить информацию и побогаче. Сначала они показали 1750 картинок двум испытуемым, причем в этом качестве для верности выступили их коллеги. Компьютер проанализировал данные, поступившую с томографа в ходе этих сеансов, и составил модель мозговых реакций каждого человека на те или иные символы. Затем тем же людям были продемонстрированы еще 120 картинок, которых они раньше не видели. Используя собранные ранее сведения, эксперименаторы смогли идентифицировать эти картинки по показаниям томографа с очень неплохой точностью. Для одного из испытуемых доля ошибок составила 28%, для другого – только 8%. Ученые университета Юты разработали новый метод судебно-медицинской экспертизы, основанный на определении изотопного состава человеческих волос. Криминалисты уже давно прибегают к химическому анализу волос в ходе расследования преступлений. Это и неудивительно, поскольку в волосах накапливаются многие яды, например, мышьяк. Оказывается, однако, что исследование волос на предмет выявления совершенно безобидных изотопов водорода и кислорода тоже может принести немалую пользу борьбе с преступностью. Об этом говорится в статье профессоров названного университета Туре Серлинга и Джеймса Элеринджера. Как известно, у водорода существуют два стабильных изотопа с атомными весами 1 и 2. Когда говорят о этом элементе, обычно имеют в виду его основной легкий изотоп. Тяжелый изотоп, ядро которого состоит из протона и нейтрона, называется дейтерием. Он содержится и в воздухе, и в воде, и в минералах, однако его концентрация не превышает сотых долей процента. У водорода также есть несколько сверхтяжелых изотопов, однако все они претерпевают радиоактивный распад. Кислород имеет три нераспадающихся изотопа с атомными весами 16, 17 и 18. На Земле концентрация кислорода-16 составляет 99,76%, в то время как на долю кислорода-18 приходится примерно 0,2%. Кислород-17 представлен в совсем уж незначительных количествах, всего лишь четыре сотые доли процента. Но это только средние цифры. Концентрация стабильных изотопов водорода и кислорода в питьевой воде зависит от ее источника и потому неодинакова в разных районах планеты. Серлинг и Элеринджер обнаружили, что эти различия очень четко отражаются на изотопном составе волос. Проведенные ими измерения показали, что корреляция между содержанием обычного водорода и дейтерия, а также кислорода-16 и кислорода-18, в питьевой воде и в волосах составляет около 85%. Это обстоятельство позволяет использовать результаты анализа волос на изотопы водорода и кислорода для проведения расследований, в ходе которых приходится собирать сведения о местонахождении фигурантов. Физики Национального института стандартов и Мэрилендского университета создали оптический детектор нейтронов нового типа. Все детекторы элементарных частиц регистрируют их взаимодействие с какой-нибудь материальной средой. В данном случае в этом качестве используется легкий изотоп гелия, ядра которого сложены из двух протонов и одного нейтрона. Когда пучок нейтронов попадает в контейнер с этим газом, некоторые из его частиц сталкиваются с атомами гелия. Такие соударения могут приводить к возникновению атомов обычного водорода и атомов его сверхтяжелого изотопа, трития. Новорожденные атомы на больших скоростях разлетаются в противоположных направлениях и тормозятся в окружающем газе. При этом они испускают кванты ультрафиолетового излучения, которые свободно проходят через гелий и регистрируются фотодетекторами. Каждое столкновение нейтрона с атомом гелия-3 приводит к генерации десятков ультрафиолетовых фотонов. Поэтому новый прибор с равным успехом регистрирует как единичные нейтроны, так и нейтронные пучки высокой плотности. 10 марта разработчики доложили о своем изобретении на сессии Американского физического общества в Новом Орлеане. В Калифорнийском технологическом институте разработан новый метод изготовления чрезвычайно перспективных конструкционных материалов – объемных металлических стекол. Они представляют из себя сплавы нескольких металлов, не имеющие кристаллической структуры. В этом они похожи на обычное стекло – отсюда и название. Металлическое стекло возникает при очень быстром охлаждении расплавов, из-за которого те просто не успевают кристаллизоваться и сохраняют аморфную структуру. Сначала таким способом научились получать тонкие ленты металлических стекол, которые легче заставить быстро терять температуру. Объемные металлические стекла изготовлять куда труднее. Металлические стекла обладают множеством достоинств. Кристаллические решетки обычных металлов и сплавов всегда содержат те или иные структурные дефекты, которые снижают их механические качества. В металлических стеклах таких дефектов нет и не может быть, поэтому они отличаются особой твердостью. Некоторые металлические стекла к тому же сопротивляются коррозии даже лучше нержавеющей стали. Поэтому специалисты полагают, что эти материалы ожидает блестящее будущее. До сих пор объемные металлические стекла имели один крупный недостаток – низкую пластичность. Они хорошо выдерживают изгибы и сжатия, но ломаются при растяжении. Теперь Даглас Хоффман и его коллеги изобрели технологию изготовления объемных металлических стекол на основе сплавов титана, циркония, ниобия, меди и бериллия, которая приводит к рождению материалов, не уступающих по прочности лучшим титановым и стальным сплавам. Разработчики полагают, что сначала они найдут применение в авиакосмической индустрии, а потом, когда удастся снизить их себестоимость, и в других отраслях. Американская корпорация We Energies намерена оснастить мощную электростанцию на угольном топливе Pleasant Prairie в штате Висконсин экспериментальной установкой для секвестрации двуокиси углерода, разработанной мультинациональным консорциумом Alstom В качестве поглотителя углекислого газа там используется охлажденный аммиак. Лабораторные опыты показали, что эта технология позволяет более чем на 90% очистить бойлерные дымы от двуокиси углерода и при этом в эксплуатации обходится куда дешевле конкурирующих методов. Испытания новой системы продлятся не менее года.