wiązka molekularna

wiązka molekularna,

strumień cząsteczek (ale również atomów lub jonów) pod niskim ciśnieniem, w którym wszystkie cząsteczki poruszają się w tym samym kierunku i mają zbliżone prędkości;

wytwarzana przez ekspansję (rozprężenie) gazu lub par cząsteczek wytworzonych w źródle cząsteczek (np. termicznym) do obszaru próżni; zbiornik próżniowy wyposażony w dodatkowe apertury (otwory lub szczeliny ograniczające rozbieżność wiązki) i układy pomp próżniowych (usuwające wszystkie cząsteczki, które nie przeszły przez kolejne apertury) służy jako kolimator wiązki. Skolimowana w.m. jest wąskim strumieniem cząsteczek, które praktycznie nie zderzają się nawzajem. Taka w.m. jest idealnym układem doświadczalnym do badania właściwości poszczególnych cząsteczek oraz ich oddziaływań z innymi cząsteczkami przy zderzeniu 2 wiązek (skrzyżowane w.m.) lub przy zderzeniu w.m. z powierzchnią, a także oddziaływań cząsteczki z polami: elektr., magnet. lub elektromagnetycznymi (promieniowaniem).

Rozwijane od pocz. XX w. techniki w.m. odgrywają wielką rolę w badaniach podstawowych w fizyce (zwłaszcza fizyka i spektroskopia atomowa i molekularna, fizyka powierzchni, ale także i in. obszary fizyki) i chemii (reakcje chem., ich kinetyka i dynamika) oraz w badaniach stosowanych w inżynierii materiałowej.

Jeżeli gaz pod ciśnieniem kilku atmosfer ulega nagłemu (adiabatycznemu) rozprężeniu do obszaru próżni to wytwarzana jest w.m. rozchodząca się z prędkością naddźwiękową — w.m. naddźwiękowa, w której zasadnicza część energii termicznej cząsteczek wiązki zostaje zamieniona na energię kinet. jednokierunkowego ruchu translacyjnego (zgodnego z kierunkiem rozchodzenia się wiązki), a tym samym ruchy wewn. cząsteczki (oscylacje i rotacje) ulegają schłodzeniu (do temp. oscylacyjnych i rotacyjnych rzędu od kilku do ok. 1 K); również temp. odpowiadająca energii kinet. ruchu translacyjnego cząsteczek naddźwiękowej w.m. może być bardzo niska (ok. 1 K).

Technika naddźwiękowych w.m., opanowana w końcu lat 60., umożliwiła dokonanie zasadniczych przełomów w poznaniu bardzo słabych oddziaływań międzycząsteczkowych, np. takich jak oddziaływania van der Waalsa (odpowiedzialnych za powstawanie słabych kompleksów, agregatów molekularnych i klasterów oraz za procesy kondensacji i solwatacji); otworzyła również nowy rozdział w badaniach kinetyki i dynamiki procesów relaksacji (promienistej i bezpromienistej) cząsteczek w stanach wzbudzonych.