Bir Mikro Kalorimetre Nedir?

Bir mikro kalorimetre, temel ışık parçacıkları olan tek parçacıkların veya fotonların enerjisini ölçmek için kullanılan hassas bir termal cihazdır. Bir kalorimetre türüdür - bir numunede fiziksel veya kimyasal reaksiyonlarla açığa çıkan ısıyı ölçen bir araçtır. Mikrokalorimetreler astrofizikte X-ışını fotonlarının enerjisini uzaydan ölçmek için kullanılır. İlgili bir cihaz, izotermal mikro kalorimetre biyokimyada ve ilgili alanlarda düşük sıcaklıklarda küçük enerji değişikliklerini tespit etmek için kullanılır.

Temel bir fizik yasası olan enerjinin korunumu yasası, enerjinin yaratılamayacağını ya da yok edilemeyeceğini belirtir - yalnızca başka biçimlere dönüştürülebilir. Mikro kalorimetreler bu prensibe dayanarak çalışır. Fiziksel bir etkileşimden veya kimyasal reaksiyondan gelen enerji, sistemin içindeki ısıya dönüştürülür ve sonuçta meydana gelen sıcaklıktaki değişimin ölçülmesiyle etkileşimin enerjisi çıkarılabilir.

Astrofizikte kullanılan mikro kalorimetre türü üç ana bileşenden oluşur: bir emici, bir soğutucu ve bir termistör. Bir X ışını foton emiciye çarptığında, enerji emici malzemenin bir atomundaki bir elektrona aktarılır. Bu enerji elektronun heyecanlanmasına neden olur - atom çekirdeğinden daha fazla sıçrar ve yörüngeden arındırır. Emici içindeki diğer elektronlar, bu gevşek elektron tarafından daha düşük derecelere kadar heyecanlanabilir, bu da kendi atomlarının etrafında daha yüksek enerji yörüngelerine yükselebilir.

Heyecanlı elektronlar, temel durumlarına geri döndüklerinde enerji açığa çıkarırlar veya en düşük enerji durumuna - atomların etrafında kararlı bir yörünge. Bu işlemde salınan enerji korunur ve ısıya dönüştürülür, bu da emici içindeki sıcaklığın küçük bir miktar artmasına neden olur. Bir termistör olarak bilinen absorberdeki bir termometre cihazı bu sıcaklık değişimini tespit eder. Isı daha sonra soğutucuya akar ve emicinin orijinal sıcaklığına dönmesine neden olur. X ışını etkisinin neden olduğu sıcaklık değişimini ölçerek, X ışınının orijinal enerjisi hesaplanabilir.

İzotermal mikrokalorimetre aynı şekilde çalışır, ancak foton enerjisinden ziyade kimyasal etkileşimleri ölçmek için kullanılır. Bu cihaz, bir soğutucu ve kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği kapalı bir reaksiyon kabından oluşur. Isı emici, reaksiyon kabının sabit bir sıcaklıkta tutulmasını ve kesin ölçümlerin yapılmasını sağlar. Kimyasal reaksiyon oluştuğunda, belirli miktarda enerji ya ısı olarak salınır ya da absorbe edilir, bu da mikrokalorimetre tarafından kaydedilen sıcaklıkta bir değişikliğe neden olur. İzotermal mikrokalorimetreler fiziksel kimya, biyokimya ve ilaç endüstrisinde uygulamalara sahiptir, çünkü bunlar bir reaksiyondaki ısı akışını analiz etmek için oldukça hassas bir yol sağlarlar.

Mikro kalorimetreler düşük sıcaklıklarda çalışmalıdır, böylelikle ölçtükleri sıcaklıktaki dakika değişiklikleri kayıt yapabilir. Örneğin, astrofizikte kullanılan cihazlar mutlak sıfıra yakın tutulur. Bu sıcaklıkta, tek bir fotonun etkisinin neden olduğu termal enerjideki küçük değişiklikler bile algılanabilir. İzotermal mikrokalorimetreler aşırı değildir, ancak makro ölçekli kalorimetrelerden çok daha düşük sıcaklıklarda tutulur.