Ar įmanoma geležį iš jūsų kraujo pašalinti itin galingu magnetiniu lauku? O kokie visatos supermagnetai gali žmogų sudraskyti po atomą? (Foto, Video) ()
Magnetai yra visur. Beveik kiekviename elektroniniame įrenginyje jie naudojami, įskaitant garsiakalbius, kuriuos naudojate klausydamiesi muzikos. Magnetai, kilę iš Graikijos salos Magnezijos, tapo neatsiejama šiuolaikinio pasaulio dalimi.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kiekvienas žino, kad žmogaus kūne yra geležies. Ši geležis naudojama daugeliui tikslų, įskaitant galimybę deguoniui patekti iš plaučių į likusį kūną per kraują.
Kadangi kiekvieną dieną esame veikiami magnetų, kyla klausimas – ar geležį iš jūsų kraujo gali pašalinti ypač stiprus magnetas? Ir nepaisant atsakymo į šį klausimą, ar įmanoma padaryti magnetą pakankamai stiprų, kad tiesiog nužudytų jus vietoje? Ir kaip tai atsitiktų? O kokie yra galingiausi magnetai visatoje?
Prieš pradedant, svarbu suprasti, kodėl magnetai pirmiausia veikia geležį.
Geležis pasižymi savybe, vadinama feromagnetizmu, nes keturi nesuporuoti elektronai kiekvieno atomo išoriniame apvalkale turi kvantinę konfigūraciją, suteikiančią jam stiprų magnetinį lauką ir verčiantį geležies atomus veikti kaip mikroskopinius magnetus.
Šių magnetinių atomų poliai susilygina su išoriniu magnetu, sukurdami jėgą, nes priešingi poliai yra traukiami ir nukreipti vienas į kitą. Atomo branduolyje esantys protonai ir neutronai taip pat turi savo magnetinius laukus, tačiau jie yra daug silpnesni nei sukurti elektronų ir neturi jokios reikšmingos įtakos bendram atomo magnetiniam laukui.
Geležis taip pat turi domenus, kurių skersmuo yra maždaug milimetras ir kurie susideda iš magnetiškai suderintų atomų. Jei naudojamas pakankamai stiprus magnetinis laukas, visų geležies atomų magnetiniai laukai visuose domenuose taip pat susilygins. Jei magnetinis laukas veikia pakankamai ilgai, domenai išliks lygiagretūs net po to, kai magnetas jų nebeveiks – geležis įmagnetinama ir sukuriamas nuolatinis magnetas.
Taip pat yra keletas kitų metalų, pasižyminčių šia feromagnetine savybe, įskaitant nikelį, kobaltą ir gadolinį, taip pat tam tikrus metalų lydinius ar mišinius, ir iš jų galima pagaminti nuolatinius magnetus.
Dabar pakalbėkime apie potencialiai itin stiprius magnetus, kurie gali arba negali išplėšti geležį iš jūsų kraujo ar kitais būdais jus nužudyti.
Magnetinis laukas susidaro greitėjant elektros krūviui. Galbūt esate pasidarę savo elektromagnetą, suvynioję laidą aplink vinį ir pritvirtindami laido galus prie akumuliatoriaus. Akumuliatoriaus tiekiama srovė spirale teka aplink vinį per laidą ir sukuria magnetinį lauką, nes jis patiria įcentrinį pagreitį.
Magnetinio lauko stiprumas matuojamas gausais. 10 000 gausų matavimo vienetas vadinamas tesla (duoklė Nikola Teslai). Pažymėtina, kad Žemės magnetinio lauko stiprumas paviršiuje yra nuo 0,25 iki 0,6 gauso, priklausomai nuo to, kurioje pasaulio vietoje esate. Tai nėra labai daug, bet užtenka manipuliuoti adata ant kompaso ir leisti migruojantiems paukščiams rasti kelią namo.
Įprastas šaldytuvo magnetas turi apie 50 gausų, elektrinės gitaros pikapai (pickup) – apie 100 gausų, o pramoninis elektromagnetas, naudojamas metalo laužui surinkti sąvartyne, ape 10 000 gausų arba vieną teslą!
Kalbant apie superlaidžius magnetus, kuo didesnė elektros srovė teka per ritę elektromagnete, tuo stipresnis bus sukurtas magnetinis laukas. Nors laidai, sudarantys ritę, laidūs elektrai, tačiau jie vis tiek turi šiek tiek varžos, o tai reiškia, kad dalis elektros energijos iš srovės, einančios per laidą, bus paversta šiluma. Dėl šios priežasties skrudintuvo, orkaitės ar tam tikrų lempučių ritės įkaista ir švyti.
Norint išspręsti problemą, naudojami superlaidininkai, kurie neturi elektrinės varžos, bet jie veikia tik itin žemoje temperatūroje. Jie turi būti laikomi labai šaltai naudojant skystą azotą arba helį. Kadangi jie neturi varžos, jie gali atlaikyti daug daugiau elektros srovės be įkaitimo, todėl galima sukurti neįtikėtinai stiprius magnetinius laukus.
Tai atveda mus prie vieno iš galingiausių magnetų, su kuriais paprasti mirtingieji retkarčiais susiduria magnetinio rezonanso vaizdo (MRT) pavidalu. Vienas iš pagrindinių šių superlaidžių magnetų panaudojimo būdų yra atvaizduoti kūno struktūrą MRT aparate, kuris gali pagaminti nuo 15 000 iki 94 000 gausų.
Dėl šio didžiulio magnetinio lauko vandenilio atomų branduolyje esantys vieniši protonai, kurie yra kūno vandens molekulių dalis, precesuoja taip, kaip sujuda kompaso adata, kai šalia jo padedate magnetą. Ši precesija vyksta tokiu dažniu, kad protonai gali sugerti ir perduoti radijo bangas, kurias galima aptikti ir sukurti 3D vaizdą, jei magnetinis laukas veikia keliomis kryptimis.
Taigi, kiek geležies yra žmogaus kraujyje ir kodėl ji neišsiurbiama atliekant tokį dalyką kaip MRT ar panašiais beprotiškai galingais magnetais?
Vidutiniame žmogaus kūne yra nuo 3 iki 4 gramų geležies, kuri beveik visa yra tokiose molekulėse kaip hemoglobinas. Šiame hemoglobine, kurio yra keletas tipų, išoriniai geležies elektronai, sukeliantys anksčiau minėtas feromagnetines savybes, yra kitokios konfigūracijos dėl koordinuojančių-kovalentinių ryšių su kitais atomais, pavyzdžiui, azotu.
Šie ryšiai neleidžia elektronams susilyginti su magnetiniu lauku, todėl geležies atomai tampa tik paramagnetiniais, o tai yra labai silpna savybė, kurią turi daug atomų ir molekulių. Be to, vienoje hemoglobino molekulėje yra tik vienas geležies atomas.
Be to, kai kurios kitos molekulės turi atstumiančią diamagnetinę savybę, įskaitant vandenį, kurio jūsų kūne yra daug daugiau nei geležies. Taigi, net toks itin galingas magnetas, kaip magnetinio rezonanso tomografijoje, turi tik nedidelį poveikį kūno geležiai, todėl jame būti saugu.
Tačiau jei turite kokių nors metalinių implantų, tai būtų gana pražūtinga. Pliene, kuris paprastai naudojamas kaiščiuose, plokštėse ir bet kokiose protezuojamose kūno dalyse, yra feromagnetinės geležies.
Tai gerai matoma rentgeno spinduliuose arba kompiuterinės tomografijos (CAT) skenavimuose, kurie atliekami siekiant patikrinti, ar gali būti kokių nors metalinių implantų, kurie MRT metu gali smarkiai išsiplėšti, sukeldami didelę žalą pacientui ir MRT mechanizmams.
Bet ką daryti, jei valgote didelį kiekį geležies turinčio maisto?
Tęsinys kitame puslapyje:
Geležis greitai suskaidoma, kad būtų galima naudoti organizme plonojoje žarnoje. Grūduose esanti geležis vis dar yra elementarios formos ir išlaiko savo feromagnetines savybes, tačiau nesukels jokių pražūtingų padarinių, net jei ji vis dar yra jūsų skrandyje ir laukia, kol bus absorbuota. To tiesiog nepakanka, kad kiltų problemų, pavyzdžiui, MRT, be to, ji taip pat labai plonai išsklaidyta. Be to, beveik neabejotinai apsinuodytumėte geležimi, jei nurytumėte ar kitaip susileistumėte pakankamai feromagnetinio poveikio turinčios geležies.
Panašiai, kartais prieš MRT sušvirkščiamas gadolinis, kad padidėtų audinio, kurį reikia vaizduoti, kontrastas. Gadolinis yra feromagnetinis, todėl jis gerai parodomas MRT ir naudojamas kaip kontrastinis dažiklis. Tačiau to nepakanka, kad kiltų problemų dėl magnetinio lauko.
Vis dėlto, nors žmogaus organizme esanti geležis neturi feromagnetinių savybių, vis dar yra keletas mažiau žinomų magnetų savybių ir poveikio, kurių gali turėti ypač stiprus laukas.
Pavyzdžiui, maži gyvūnai, tokie kaip varlės ir pelės, gali būti levituojami labai galinguose magnetiniuose laukuose, nes kai magnetinis laukas yra pakankamai stiprus, vanduo ir kiti elementai, įskaitant geležį, jų kūne, kurie paprastai nėra magnetiniai, patiria atstumiantį diamagnetinį ir paramagnetinės jėgos poveikį.
Šios jėgos yra daug silpnesnės už feromagnetinę jėgą, kuri traukia geležį, todėl tai išryškėja tik naudojant labai galingą magnetą, pavyzdžiui, tokį kaip Nacionalinėje didelio magnetinio lauko laboratorijoje Floridos valstijos universitete, kurios magnetai gali siekti daugiau nei 100 000 gausų.
Toks didelis magnetinis laukas leidžia levituoti net mažam gyvūnui ritės centre, vadinamoje solenoidu. Deja, pakankamai galingų magnetų ir turinčių pakankamai didelį solenoidą, kad levituotų žmogus kol kas Žemėje nėra.
Tai atveda mus prie klausimo, ar yra pakankamai stiprus magnetas, kuris nužudytų žmogų?
Tam turime nukeliauti į tolimą kosmosą. Kai didelė žvaigždė, 1,5–3 kartus didesnė už Saulės masę, baigs savo gyvenimą, ji užges su trenksmu. Gravitacinė kova tarp branduolių sintezės ir gravitacijos baigiasi, kai galiausiai laimi gravitacija. Visos dalelės traukiamos link centro ir susidaužo didžiuliu sprogimu, vadinamu supernova.
Jei nebeliks pakankamai masės juodajai skylei susidaryti, bet kokia likusi medžiaga, kuri dėl šio sprogimo nebus išsklaidyta po visą visatą, bus taip stipriai surišta gravitacijos, kad dauguma elektronų pateks į protonus ir susijungs, sudarydami neutronus, sukuriančius tai, ką vadiname neutronine žvaigžde.
Jos masė didesnė už Saulę, bet vos kelių dešimčių km skersmens, todėl ji itin tanki – vienas arbatinis šaukštelis neutroninės žvaigždės svertų daugiau nei milijardą tonų!
Neutroninės žvaigždės paprastai taip pat sukasi labai greitai, iki šimtų apsisukimų per sekundę, o kadangi ne visi protonai ir elektronai susijungia neutroninėje žvaigždėje, jos gali sukurti galingą magnetinį lauką, pasiekiantį beprotišką trilijoną (1012) gausų.
Tai pakankamai stiprus laukas, kad sutrikdytų chemines reakcijas ir nervų sinapses jūsų kūne. Taigi paaiškėja, kad nors dėl to nerimauti neverta, magnetinis laukas aplink neutroninę žvaigždę yra toks galingas, kad gali jus nužudyti.
Maždaug viena iš dešimties neutroninių žvaigždžių turi pakankamai paviršiaus srovės ir sukasi pakankamai greitai, kad sukurtų nepaprastai galingą kvadrilijono (1015) gausų magnetinį lauką. Tokios galingos neutroninės žvaigždės vadinamos magnetaru.
Arčiausiai Žemės esantis magnetaras yra AXP 1E 1048-59, maždaug už 9000 šviesmečių. Jei priartėsite prie jo pakankamai arti, tarkime, per kelis šimtus km ir darydami prielaidą, kad galėtumėte išgyventi spinduliuotę, šis nepaprastai galingas magnetinis laukas, trauks jūsų kūne esančius elektronus, todėl jūsų atomai pailgės lygiagrečiai ekstremaliam magnetiniam laukui. Tada jis sunaikins molekulinius ryšius, laikančius jus kartu, ir išardys jus atomas po atomo.
