德国电子同步加速器 欧洲XFEL(紫色)的x光闪光不仅加热水(红色和白色分子)，而且产生样品(背景)的衍射图案，由此可以在每次闪光后确定水的状态
这给出了该过程的详细时间历史
信用:DESY，布雷塔·利鲍格 利用欧洲XFEL的x光激光，一个研究小组研究了水在极端条件下是如何变热的
在这个过程中，科学家们能够观察到即使温度超过170摄氏度仍保持液态的水
研究揭示了在这些条件下水的异常动态行为
该研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，对于利用x光激光对敏感样品进行研究的规划和分析具有重要意义
欧洲XFEL是一个国际研究机构，它从汉堡的DESY基地延伸到邻近的石勒苏益格-荷尔斯泰因的舍内菲尔德镇，是世界上最强大的x光激光的发源地
它每秒能产生27 000次强烈的x光闪光
在他们的实验中，研究人员使用了一系列120次闪光
单次闪光的间隔不到百万分之一秒(精确到0
886微秒)
科学家们将这些脉冲序列送入一个薄的充满水的石英玻璃管中，观察水的反应
“我们问自己，在x光激光下，水可以被加热多长时间和多强，它的行为是否仍然像水一样，”来自DESY的首席作者费利克斯·莱姆居勒解释道
"例如，它在高温下仍能起到冷却剂的作用吗？"对过热水的详细了解对于对热敏样品(如聚合物或生物样品)的大量研究也是至关重要的
“有了x光闪光，我们能够在万分之一秒内将水加热到172摄氏度而不会蒸发，”lehmkuhler报道
这种沸腾延迟通常只能观察到大约110摄氏度
“但这不是唯一的异常特征，”这位物理学家强调
科学家们研究了漂浮在水中的硅纳米球的运动，作为样品动力学的标志
“在极度过热的水中，我们观察到二氧化硅纳米球的运动明显偏离了预期的随机布朗分子运动
“这表明样品受热不均匀，”lehmkuhler说
现有的理论模型还不能令人满意地解释这种行为，因为它们不是为这些极端条件下的水设计的
由于欧洲XFEL的快速闪光序列，研究人员能够非常详细地观察这个过程
“欧洲XFEL的独特之处在于它的高重复率，也就是每秒钟的高脉冲数”，合著者艾德里安·曼库索解释道，他是实验所在的欧洲XFEL的SPB/SFX仪器的负责人
“我们已经准备好了所有的仪器，如快速照相机、诊断仪器等，使这些实验成为可能”
例如，由DESY领导的联盟开发的自适应增益积分像素检测器(AGIPD)可以以仅220亿分之一秒(纳秒)的间隔拍摄大约350幅连续图像
这种装置不仅能产生过热的水，还能让科学家用强度降低的x光闪光进行一系列精确控制的实验
“使用硅过滤器，我们微调了脉冲的能量，这样我们就能精确控制水的加热程度，”lehmkuhler报道
“例如，我们能够确定x光闪光的强度，从而使含水样品的温度大致保持不变”
例如，这使得研究人员能够更好地计划用x光激光对热敏样品进行实验
另一方面，如果知道加热效应的确切过程，也可以有针对性地使用加热效应
该小组计划在分子水科学中心(CMWS)的框架内进一步研究这些影响，该中心目前正在DESY建立
CMWS协调员之一、来自DESY的首席研究员格哈德·格鲁贝尔总结道:“我们的结果不仅提供了对异常动态的令人惊讶的观察，还绘制了水样本在x光激光中如何升温的详细图像。”
“此外，调查证明，这种系列图像在欧洲XFEL是可能的，而且它的闪光在每一个脉冲序列中都极其均匀”
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