211service.com
Izveidojiet pasaulē jaudīgāko lāzeru
Šā gada martā pētnieki pie Nacionālā aizdedzes iestāde demonstrēja 1,1 megadžoula lāzeru, kas paredzēts kodolsintēzes reakciju aizdedzināšanai līdz 2010. gadam. Taču iekārtas tehnoloģija, kas atrodas Lorensa Livermoras Nacionālajā laboratorijā Kalifornijā, vēl nevar radīt pietiekami daudz enerģijas, lai darbinātu praktisku spēkstaciju. Tātad, pat ja fiziķi ar nepacietību gaida nākamā gada demonstrāciju, viņi strādā pie vēl jaudīgākiem lāzeriem, kas varētu padarīt iespējamu metodi sava veida lāzera izraisītai saplūšanai, ko sauc par ātru aizdegšanos.
Ieslēgt: Šis lāzers var nodrošināt 200 džoulu gaismas impulsu, kas ilgst tikai 100 femtosekundes. Kreisajā pusē esošie kabeļi sūknē strāvu uz zaļām zibspuldzēm, kas sūknē lāzeru.
Šonedēļ plkst gada sanāksme no Amerikas Optikas biedrība Sanhosē, Kalifornijā, Teksasas Universitātes pētnieki iepazīstināja ar plāniem izveidot eksavatu lāzeru, kas būtu par trim kārtām jaudīgāks par jebko, kas pastāv šodien. Mūsdienu jaudīgākie lāzeri darbojas ar apmēram petavatu vai 10 līdz 15 (viens kvadriljons) vatu jaudu. Eksavats ir no 10 līdz 18 vatiem. Eksavatu lāzeri spēs koncentrēt šo jaudu mikrometru mērīšanas zonās, radot milzīgu intensitāti.
Viens no veidiem, kā palielināt lāzera jaudu, ir samazināt lāzera impulsa ilgumu. Taču darbs ar lāzera impulsiem pikosekundēs vai pat femtosekundēs ir sarežģīts, jo šādus impulsus veido plašs gaismas frekvenču joslas platums, kas bojā optisko stiklu, tostarp fosfāta stiklu, ko bieži izmanto lāzera gaismas pastiprināšanai, piemēram, National Ignition. Iekārta.
Tods Ditmire , Teksasas Universitātes Ostinā, Augstas intensitātes lāzera zinātnes grupas direktors, šīs nedēļas sanāksmē ziņoja, ka jauna veida stiklam jāspēj apstrādāt intensīvus gaismas impulsus, kas nepieciešami eksavatu lāzera izveidošanai. Stikls tiktu leģēts un izmantots, lai izveidotu ierīces, ko sauc par pastiprinātājiem – kad lāzera gaisma spīd uz stikla pastiprinātāju, stiklā esošie joni absorbē gaismu un atkārtoti izstaro to ar lielāku enerģiju. Stikls ir tikai saimnieks — tas ir caurspīdīgs materiāls, kas satur jonus, saka Ditmire.
Stikla līmēšanas priekšrocība cita materiāla vietā ir tāda, ka ražotāji to var viegli izgatavot lielās ierīcēs, kas palielina iegūtā stara jaudu. Turpretim titāna safīrs var darboties kā pastiprinātājs lieljaudas lāzeriem, taču to ir grūti izgatavot lielos gabalos, saka Ditmire. Darbs ar vācu ražotāju Šots , Teksasas grupa ir sākusi raksturot sava jaunā stikla veida īpašības, kas apvieno silikātu, materiālu, kas veido ikdienas stikla priekšmetus, ar metāla elementu tantalu. Ditmire saka, ka viņa grupa tagad sadarbojas ar Šotu, lai izveidotu lielākus materiāla gabalus, kas tiks samontēti, lai izgatavotu lāzera prototipu.
Ditmire sagaida, ka pirmais eksavatu lāzeru pielietojums būs kā enerģijas avoti medicīniskajiem daļiņu paātrinātājiem. Audzēju bombardēšana ar protoniem rada mazāk blakusparādību nekā rentgena terapija, jo protoni atbrīvo savu enerģiju uzreiz, saudzējot apkārtējos audus. Tomēr protonu terapija nav tikusi plaši izmantota, jo tai ir nepieciešami lieli daļiņu paātrinātāji. Kompaktajiem eksavatu lāzeriem jābūt pietiekami jaudīgiem, lai paātrinātu protonus medicīniskajai terapijai.
Taču aizraujošākais eksavatu lāzeru potenciālais pielietojums ir kodolsintēzes spēkstacijās, kas balstās uz procesu, ko sauc par ātru aizdedzi. Sākotnējās stadijās Nacionālā aizdedzes iekārta izmantos petavatu lāzerus, lai saspiestu zelta degvielas granulu, līdz tā uzsilst līdz 100 miljoniem °C, izraisot kodolsintēzi. Arī šonedēļ notikušajā konferencē pētnieki no objekta ziņoja, ka viņi ir pabeiguši vēl vienu soli ceļā uz kontrolētām kodolsintēzes reakcijām, aprakstot savas sistēmas sākotnējos testus, izmantojot 500 000 džoulu impulsu, lai spridzinātu kodolsintēzes degvielas granulu.
Ātra aizdedze darbojas savādāk. Viena impulsa vietā šī tehnika izmantotu mazākas jaudas lāzerus, lai saspiestu degvielu, neuztraucoties par tās sildīšanu, un pēc tam īsa impulsa [eksavatu] lāzeru, kas darbojas kā aizdedzes svece, aizdedzinot kodolsintēzes reakciju, saka Ditmire.
Tas, vai tas darbosies, ir strīdīgs jautājums, atzīst Ditmire. Tik īsa pulsa noteikšana var būt problemātiska. Tomēr teorētiski ātrās aizdedzes procesam vajadzētu patērēt mazāk enerģijas. Vissvarīgākais kodolsintēzes reaktora veiktspējas rādītājs ir tā ieguvums jeb lāzera darbībai nepieciešamās enerģijas attiecība pret reakcijas radītās enerģijas daudzumu. Livermoras iekārtas mērķis ir palielināt 15 līdz 20. Lai izveidotu kodolsintēzes spēkstaciju, ir nepieciešams pieaugums par 100, un aprēķini liecina, ka to varētu iegūt ar eksavatu lāzeriem, saka Ditmire.
Taču jaunais stikla materiāls nav vienīgā atslēga, lai izveidotu eksavatu lāzeru. Ditmire grupa ir guvusi panākumus arī ar jaunām pastiprināšanas metodēm ļoti īsu impulsu radīšanai, izmantojot universitātes Teksasas petavatu lāzers . Saskaņā ar Ditmire teikto, triks ļoti lielas jaudas iegūšanai ir paņēmiens, ko sauc par čivināšanu, kurā dažādas gaismas frekvences tiek atdalītas, izvadītas caur stikla pastiprinātājiem un pēc tam caur kompresoru, lai tās atkal apvienotu vienā, lielākas jaudas impulsā. . Teksasas grupas metode šim procesam apvieno dažāda veida stikla pastiprinātājus, ļaujot vairāk saspiest gaismu un tādējādi vēl vairāk palielināt jaudu. Sanāksmē Ditmire ziņoja, ka izmanto šo paņēmienu, lai izveidotu 100 femtosekundes impulsus.
Ditmire nav vienīgais pētnieks, kurš cenšas izstrādāt eksavatu lāzerus. Čivināšanas izgudrotājs, Žerārs Muru Ecole Polytechnique Francijā vada Eiropas eksavatu lāzera projektu ar nosaukumu VAI vai Extreme Light Infrastructure. Eiropas grupa plāno izmantot titāna safīra pastiprinātājus, nevis parasto stiklu.