超强的飞机发动机

每年，成群结队的研究人员访问戴蒙德，使用该设施进行研究。它有助于发现新药和提高喷气发动机的性能。来自剑桥大学的刘易斯·欧文斯与克里斯·史密斯和金妮·史密斯一起在演播室做了一个实验，展示了他们是如何测试金属强度的……

路易斯:你们大多数人在度假的时候都见过飞机侧面的喷气发动机，你们会注意到在前面有一个巨大的风扇叶片，它有效地将空气吸入机器中，然后通过一系列的压缩和室，在那里它与燃料混合并产生非常小的定时爆炸。在发动机的后部，你要以极快的速度旋转，承受难以置信的高温和极大的力——所以我们需要能够承受这些极端温度和压力条件的金属。

克里斯:你说的极端温度，有多极端?

路易:大概在15到16度之间。温度通常高于金属的熔化温度。这几乎相当于把一块冰块放在烤箱里，即使你把烤箱的温度调高，也要让它保持固态，大多数人都知道这几乎是不可能的。

克里斯:我们为什么不把引擎的温度调低一点，这样它们就不会融化了呢?

路易斯:嗯，事实上，这个发动机，像大多数发动机一样，是通过将热能转化为运动来工作的。事实上你会发现，运行温度越高，引擎的效率就越高。

Chris -但为了做到这一点，我们需要合金或材料能够承受越来越恶劣的条件，而我们目前还没有。

路易-是的，目前还没有。我们使用一种被称为超级合金的合金，因为它们的特性允许它们在如此极端的条件下工作。但我们一直在寻找设计这些合金的新方法，以创造我们想要的物理特性。

克里斯-你是怎么做到的?

路易斯:所以，我们的方法之一就是使用钻石光源来探测和了解这些合金的结构是如何工作的。事实上，大多数金属和合金都是一种晶体，如果你可以想象一下，它们是由一系列乐高积木堆叠而成的，但是这些积木的大小通常会有细微的差别，然后受到发动机施加的力的不同影响。这些原子之间的距离是十亿分之一米，所以我们没有标准的光学方法可以简单地观察它们。所以我们必须使用这种极强的辐射，这种衍射效应，如果你见过波浪进出港口，当波浪到达一个小缝隙时，这些波浪就会扩散开来。我们在戴蒙德也是这么做的。但不是海港墙，而是观察这些原子之间的间隙用的是x射线，而不是水波。

克里斯:因为x射线非常小，你需要进入非常小的原子间隙。

路易斯:没错。

克里斯-现在，你带来了一些东西给我们看。

路易斯:我带来了一个非常简单的小演示。我得到的只是一支普通的激光笔，我很好心地向金妮借了一根头发。所以，如果我用激光笔照着头发，你可以看到墙上的激光点在一点点光的照射下，在两边都产生了小小的斑点。

克里斯-是的，我看到了。中间有一个漂亮的绿色大点，两边有很多小点。那么，是什么产生了这些小点呢?他们为什么在那里?

路易斯-两边的光都打在头发上，向两边扩散。然后来自一边的光与来自另一边的光相遇，它们要么加在一起，就像如果你把两个水波加在一起你会得到一个更大的水波，要么它们相互减去。所以，你会看到一小块看不到光的地方。所以，你得到了这个交替的图案，我们可能离墙大约一米半的距离，这些斑点大约相隔一厘米。这样你就可以精确地计算出从这个距离看的物体的大小。事实上，你可以做一个简单的粗略计算，计算出人类头发的直径约为100微米。我这里还有两个东西可以玩CD和DVD。所以，一张CD显然是由一系列同心音轨组成的。如果你把光从CD上照下来……

克里斯-看着我的眼睛!我们在墙上出现了一个点，然后在那个点的两边，大约一米远的墙上，我们在绿色激光光中出现了垂直线。那么，到底发生了什么?

路易斯:那么，这是光的衍射，并产生我们所说的干涉图案，从单个轨道的CD。

Chris -因为头发比音轨和CD之间的间隙要大得多，所以头发产生的空隙或光点非常接近。但这些距离更远，因为轨道更小。

路易斯:就像你说的，克里斯，它们现在相距一米。如果你再做同样的事情，把光线反射到DVD上……

克里斯-那只在门口!实际上可能是2米。

路易斯:这只是因为DVD中的音轨间隔得非常近，这显然意味着你可以在DVD上存储更多的信息。

克里斯:把这个推断到你的合金中的钻石，我们可以说，“嗯，用非常微小的x射线波，你可以进入原子之间的间隙，实际上可以计算出合金的结构和其他合金的结构是什么。”

路易斯:没错，你可以想象，如果我们把一个合金置于一个力的作用下，通过把它挤在一起或把它拉开来压缩它，我们可以想象这些原子平面会彼此靠近或远离，因此，我们可以计算出应力是如何影响合金的。