A labor, ahol mérünk I.

Nos (mint azt már beharangoztam a kettővel ezelőtti posztban), végre elérkezett az idő, hogy bemutassam a berendezést amin a mérések zajlanak. A képek egy kellemes vasárnap délután készültek, amikor is be kellett mennem, hogy megnyomjak pár gombot – sajnos otthonról online nem lehet ezeket elintézni, pedig mily' jó is lenne  ha ez így megoldható lenne :) 

Elsőként egy áttekintő kép a berendezésről (a háttérben alufóliába csomagolva), az egyik mérőműszerről (jobb oldalon lóg be), a különböző hőmérséklet- és nyomásmérők kijelzői pedig a baloldali nagy szekrényben foglalnak helyet. Előtérben pediglen a számítógép, ahol a műszerek által összegyűjtött adatokat lehet kiértékelni.

Amit itt érdemes nézni az felülről a második kijelző által mutatott szám, és ami a berendezésben uralkodó pillanatnyi nyomást mutatja, torrban – 1 atmoszféra (atm) nyomás 760 torr vagy talán ismertebb nevén higanymiliméterben (Hgmm). Ez ugye normálalakban van felírva (csak a 10-es számot általában nem írják ki), azaz átírva 0,0000000042 torr, átszámítva 0,0000000000055 atm, ami a normál légköri nyomás 5500 milliárdod része. Ennél egyébként jobb vákuumot is el lehet érni, kb. az ötvenedrészét is, ha nagyon ügyesek vagyunk.   

Ez akár egy hatvanas évekbeli scifi űrhajójának kezelőfelülete is lehetne, de igazából a különböző szelepeket lehet vele nyitogatni és csukogatni, annak megfelelően, hogy a berendezés melyik részét kívánjuk használni (azaz levákuumozni).

Maguk a mérések általában alacsony hőmérsékleten zajlanak, jellemzően 10 K-en, esetleg párszázon. Ugye 0 K jelenti a -273,15 Celsius fokot, ehhez kell hozzáadni a 10-et, százat vagy amennyit mutat a hőmérő (a kékes színnel kijelzett felső számot kell nézni), ami közvetlenül a berendezés közepében elhelyezkedő minta hőmérsékletét méri: esetünkben valamivel szobahőmérséklet felett van (330 K nagyjából 57 fokot jelent). Mindez amiatt van, mert mérések előtt (hogy minél jobb vákuumot érhessünk el) általában az egész berendezést felmelegítik 50-70 fok körüli hőmérsékletre (jellemzően 1-2 napig). Tehát gyakorlatilag kisütik a belsejét, hogy annak a belső falára tapadt részecskék távozzanak, csökkentve ezzel a bent uralkodó nyomást (közben persze nyilván óriási teljesítményű pumpák szívják ki belőle a levegőt, de ezeket valamiért elfelejtettem megörökíteni). Emiatt is van betekerve alufóliával az egész berendezés: így könnyebb felmelegíteni. 

És hogy mi tudja lehűteni ilyen alacsony hőmérsékletre a mintánkat? Hát tulajdonképpen egy hűtőszekrénynek lehetne mondani, azzal a lényegesnek mondható különbséggel, hogy a hűtőfolyadék nem akármi, hanem hélium, ami nagyjából az egyetlen szóba jöhető anyag (mármint abban az értelemben, hogy nem fagy meg ilyen alacsony hőmérsékleten sem).

Pár hőmérő, ami a berendezés különböző részeinek hőmérsékletét mutatja (kivételesen Celsius fokban (: ).

Maga a berendezés jól bebugyolálva alufóliával, a jobb felső sarokban látható egy kiálló fejszerű valami, amibe két cső vezet: na ez a kriosztátunk (hűtőnk) egyik része, ahol a hűtőfolyadék bemegy a berendezés belsejébe és lehűti a behelyezett mintánkat. Előtérben jobb oldalt az infravörös spektrométer: ez az infravörös fény és a vizsgált anyag részecskéi közötti kölcsönhatást vizsgálva (mennyi fényt nyelt el az adott anyag és milyen hullámhossz-tartományban) az adott anyag változását lehet időben nyomon követni. Például, ha marsi körülményeket szimulálunk: alacsony nyomáson és hőmérsékleten (100-200 K) a molekulát kitesszük valami jó kis káros sugárzásnak, mint amit (vagy legalábbis hasonlót) a Marson is tapasztalna: esetünkben elektronsugárral. Az elektronok a berendezés bal oldalából indulnak ki: igazából olyan, mintha egy régi katódsugárcsöves TV lenne, csak itt az elektronok nem egy fluoreszcens rétegbe csapódnak, hogy aztán a legújabb Barátok Közt epizódját lehessen kukkolni a kanapén elterülve, hanem a vizsgált anyag molekuláiba.

A másik mérőműszer a kép közepén levő kiálló doboz, a tömegspektrométer: ezzel a mintából kiszálló részecskéket lehet elválasztani és elemezni azok tömege szerint. Ezek meglehetősen pontos és érzékeny jószágok (persze ez adott típustól és annak rendeltetésétől is függ): például ha beleszáll két vízmolekula (mert az mindig van a berendezés belsejében, bármennyire is szeretnénk tőle megszabadulni) amiből az egyik úgymond "normális" H2O (relatív molekulatömege 16), a másiknak viszont az egyik hidrogénje mondjuk deutérium (a kettes tömegszámú hidrogénizotóp, azaz a HDO molekula relatív tömege 17 ), ez a műszer minden erőlködés nélkül elválasztja őket és megmondja, hogy jött egy H2O és egy HDO molekula. Ezzel a műszerrel a gond csak annyi szokott lenni, hogy a működéséhez nagyvákuum kell, de hát az itt ugye megvan :)

A berendezésünk (még nem is mondtam a nevét: hivatalosan szilárdfázisú berendezésnek fordíthatnám – mivel ennél a minta szilárd halmazállapotában van vizsgálva) és az infravörös spektrométer egy másik nézetből.

Még egy kép. A rengeteg cső (a már említett, és a berendezés legtetején láthatóakon kívül) mind külön pumpához mennek, ezeken keresztül szívatjuk ki a levegőt berendezésünk belsejéből.

Egy kép hátulról. A fekete doboz nem egy repülőből származik, hanem az infravörös spektrométer detektora foglal benne helyet. A tölcsér pedig ahhoz kell, hogy beleöntsük a folyékony nitrogént (hőmérséklete 77 K), mert a detektor csak alacsony hőmérsékleten hajlandó működni.

Bekukkantva a berendezés elektronágyút tartalmazó részébe. Kb. középen látható egy lapocska, az egy hasonló foszforréteg (ami csak nevében tartalmaz foszfort) mint ami képcsöves tévékben is van. Célja pedig, hogy láthatóvá tegye az elektronsugarat, mielőtt azt még a mintánkra eresztenénk. Sajnos nem működés közben kaptam le, pedig nagyon szép földöntúli kékes fénye van.

Az utolsó kép pedig két polírozott ezüstlapkát mutat be, amiken a minta szokott lenni – akkor persze már nem ilyen szépen tükrözik a fényt :)

És ha már a mintáról esett szó, akkor talán érdemes lenne megemlíteni, hogy mire is használjuk ezt a berendezést, miket mérünk és miért? Szóval a jelenlegi témám a szerves vegyületek bomlása marsi körülmények között. Egészen pontosan annak a kérdésnek a megválaszolása, miszerint az élet egyik építőkövét jelentő aminosavak (egészen pontosan glicin) mennyire bírják a strapát a Mars felszínén uralkodó körülmények közepette. Ezt azért szerintem mindenki belátja, hogy mennyire fontos kérdés: ezzel választ kaphatunk arra a kérdésre, hogy volt-e legalább elvi lehetőség arra, hogy a múltban keletkezhessen élet (vagy legalább az élet alap építőkövei) a Marson, illetve, hogy jelenleg mennyire alkalmasak a feltételek a Mars felsznén, hogy ilyen molekulák ott legyenek anélkül, hogy elbomlanának (azaz van-e rá esély, hogy ha odamegyünk – vagy odaküldünk egy robotot –, akkor egy darabka marsi talajban találunk aminosavakat).

Szóval a mérést úgy kell elképzelni, hogy az ezüstlapkára egy vékony glicinréteg kerül, amit beteszek a berendezés közepébe. Majd miután pár nap alatt jól kisütöttem a belsejét, végre lehűlt és elérte a hőn áhított ultranagy vákuumot (elnézést, ez lenne a becsületes neve), akkor a mintát lehűtöm 100-200 K hőmérsékletre (méréstől függően), majd jól besugárzom elektronokkal, közben pedig követem a minta anyagának változását a mérőműszerekkel. Majd felmelegítem a mintát, kicserélem, és ezt eljátszom egytucatszor, a körülmények (mérési hőmérséklet) megváltoztatásával. Aztán miután ezzel megvagyok, lehet kiértékelni az eredményeket és cikket írni belőle :)

Ápdét: pótlom a képet az elektronnyalábról (bár csak telefon volt nálam tegnap), tessenek parancsolni. Sajnos nem teljesen adja vissza az élményt, mivel a telefonban levő detektor nem úgy érzékeli a kék fényt, mint az emberi szem, ennél igazából sokkal mélyebb színe van hőseinknek.