Какое значение имеет одна секунда на фоне возраста Вселенной, рентгеновский аппарат, который можно носить в кармане, что такое кубит и зачем «подвешивать» ионы.
Рассказываем про иттербий: свойства, применение, добычу.
Свойства
Иттербий (Yb) относится к лантаноидам или редкоземельным элементам (РЗЭ).
Этот металл (наряду с иттрием, тербием и эрбием) стал одним из четырёх элементов, названных в честь деревни Иттербю в Швеции (об этой истории мы рассказывали здесь).
Был выделен в 1878 году, однако относительно чистый образец получили только в 1953-м.
Мягкий, пластичный, ковкий металл. Самый летучий (может медленно испаряться на воздухе) и самый электропроводный среди лантаноидов. Температура плавления составляет 824℃, теплопроводность достаточно низкая.
Иттербий-169 испускает гамма-лучи, которые проходят через мягкие материалы и задерживаются более плотными (например, костями).
Применение
Одним из основных применений иттербия-169 стали переносные рентгеновские аппараты для исследования небольших объектов. Такое устройство выглядит как обычный фотоаппарат (снимки тоже можно делать), и при этом не требует электричества.
Этот же изотоп (период полураспада составляет 32 дня) используется для лечения раковых опухолей.
Иттербий-174 может быть использован в атомных часах. Эти часы имеют потенциально большую точность (отклонение - 1 секунда в 15 миллиардов лет, что больше возраста Вселенной), чем стандартные атомные часы с цезиевым фонтаном (1 секунда в 300 миллионов лет).
Также Yb добавляется в качестве легирующей примеси в нержавеющую сталь, алюминий и титановые сплавы для повышения их прочности и улучшения других свойств.
Электрическое сопротивление металла увеличивается под физическим воздействием, что находит своё применение в тензометрических датчиках для контроля деформаций грунта в зонах сейсмической активности или на испытательных военных полигонах.
Соединения иттербия выступают в качестве промышленных катализаторов, которые отличаются большей экологической безопасностью.
Также Yb используется в виде легирующей добавки в волоконно-оптических усилителях (для увеличения мощности сигнала), хотя и применяется менее широко, чем его собрат эрбий.
Наконец, металл выступает в роли легирующего материала в активных средах твердотельных лазеров.
Добыча
По распространённости в земной коре иттербий занимает 43-е место. Его больше, чем, например, олова или урана.
Тем не менее, ввиду рассеянности и перемешанности с другими РЗЭ его добыча и последующее выделение сопряжены с достаточно высокими затратами.
Самородный иттербий на Земле не находили ни разу, а вот в образцах лунного грунта он был.
В силу того, что современная промышленность не требует значительных объёмов Yb, его общемировая добыча находится на достаточно низком уровне (порядка 50 тонн оксида иттербия в год).
По данным U. S. Geological Survey, в США и Индии извлечение металла не ведётся, в Австралии он составляет всего 0,03% от добываемых РЗЭ. Лучшее (по иттербию) месторождение Китая в провинции Гуандун выдаёт 6%.
В России этот показатель равен 0,2% или порядка 5 тонн в год. Примерно столько же добывает Австралия. Всё остальное – Китай.
Дополнительным источником элемента могут служить отходы ядерных реакторов.
Интересно, что экспорт иттербия из Китая (ключевого поставщика подавляющего большинства РЗЭ на мировой рынок) полностью отсутствует и каких-либо ориентировочных мировых цен на него не складывается.
Квантовые вычисления
Квантовые компьютеры – одно из главных направлений мирового технологического развития.
Уже в ближайшем будущем они смогут решать масштабные задачи, недоступные даже самым мощным современным суперкомпьютерам.
Работа по созданию полноценного квантового компьютера является приоритетной задачей во всех ведущих державах. Осуществляется она по двум ключевым направлениям:
1) сверхпроводящие электронные схемы, в которых в качестве базовых единиц используются сверхпроводящие кубиты (полупроводниковые частицы);
2) квантовый компьютер с захваченными ионами (заряженные частицы «подвешиваются» и удерживаются при помощи электромагнитных полей).
Каждое из них имеет свои преимущества и недостатки.
Кубит (Qubit, сокращённо от квантовый бит - Quantum Bit) – базовая единица квантовых вычислений. В отличие от всем известного двоичного бита, который может находится в одном из двух состояний («0» или «1»), кубит может быть сразу в обоих (или суперпозиции).
В квантовом компьютере с захваченными ионами в качестве кубита используются ионы иттербия-171. Совершенно идентичные друг другу, приведённые в определённое состояние, они могут оставаться в стабильном положении в течение длительного времени.
Передача информации осуществляется путём манипулирования атомами и считывания их состояния при помощи лазера.
Возможно, Вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.
