 Недавно обновленный мощный лазер Национальной ускорительной лаборатории будет прокладывать новые тропы через многих области науки, воссоздавая самые экстремальные условия Вселенной прямо в лаборатории.
Это первая лазерная система большой мощности, которая используется в паре с рентгеновским лазером когерентного источника света (LCLS). LCLS может точно измерить экстремальные формы материи, созданной мощных импульсов - температура достигает миллионов градусов и давления, приближающиеся к значению 2 млрд тонн на квадратный дюйм - в 300 млрд раз выше давления на уровне моря. Модернизированный лазера будет полезен для изучения того, как материалы преобразуются в условиях нагрузки, и для понимания физики ядерного синтеза, который может в один прекрасный день стать революционным источником энергии.
Ученые также могут использовать свои импульсы для управления различными пучками частиц, которые исследуют формы материи новыми способами. Плазма, которая считается четвертым состоянием материи, состоит из заряженных частиц, которые включают в себя свободно плавающие электроны и атомы, от которых были отделены эти электроны.
Новый прибор даст ученым более глубокое представление об различных процессах, от атомных до электронных состояний.
Модернизированная лазерная система разработана для достижения пиковой мощности в 200 ТВт - в семь раз выше, чем ее предыдущий пик. Эта цифра примерно в 100 раз превышает общую потребляемую мощность в мире, сжатую в десятки фемтосекунд. Пиковая мощность лазера до обновления составляла 30 тераватт. Импульсы лазера теперь являются гораздо более мощными, чем общий суммарного импульса мощности более чем 150 других лазерных систем в Национальной ускорительной лаборатории.
При этом данный лазер не является самым мощным в мире – лазер, завершенный в Японии, в этом году в настоящее время удерживает текущий рекорд, имея мощность примерно в 10 раз выше, и многие другие лазерные системы по всему миру также в несколько раз мощнее его. Что делает его уникальным, так это его способность синхронизироваться с интенсивными, сверхбыстрыми рентгеновскими импульсами, производимыми на LCLS.
Рост в этих мощных лазерных системах по всему миру открывает новые возможности для открытий и возбуждает интерес у исследователей, работающих в области астрофизики, исследования материалов, планетарных наук, геологии и ядерных и энергетических наук, среди других областей.
Высокомощный лазер излучает световые импульсы на невидимой, ближней инфракрасной частоте, что подвергает образцы экстремальным условиям; рентгеновский лазер затем исследует их свойства с невероятной точностью. Обе лазерные системы могут производить импульсы, измеренные в фемтосекундах, и задержку времени между высокой мощностью и рентгеновскими импульсами можно регулировать, чтобы изучить, как быстро трансформируются материалы после их обработки лазерным импульсом высокой мощности.
Лазер высокой мощности также может быть использован для одновременной генерации пучков частиц, таких как гамма-лучи, протоны и рентгеновские лучи специализированной формы, называемых бетатронным излучением - все из которых могут быть использованы совместно с импульсами LCLS для исследования экзотических состояний вещества новыми способами.
В основе модернизированной лазерной системы лежит большое, высококачественное титано-сапфировое стекло размером более 3 дюйма в диаметре. Кристалл стимулирует и усиливает свет от другого лазера. Этот усиленный свет фокусируется в пятне, имеющем около миллионной дюйма в поперечнике, и системы синхронизации помогают синхронизировать прибытие каждого лазерного импульса с точностью, измеряемой в фемтосекундах.
Модернизированный лазера высокой мощности будет доступен для ученых в ходе следующего раунда экспериментов на LCLS, который начинается в октябре, с половиной его проектной пиковой мощности в 100 ТВт. Планируется постепенно нарастить интенсивность со временем до регулярной эксплуатации на 200 ТВт. Лазер первоначально будет способен выстреливать одним импульсом каждые 3,5 минут при 100 ТВт, с длительностью импульса около 40 фемтосекунд. На своей пиковой мощности в 200 ТВт, он будет выстреливать одним выстрелом каждые семь минут.
Лазерная система в конечном итоге может быть повышена до мощности в 300 ТВт и, возможно, до предела в 400 ТВт с дополнительным оборудованием.
Еще до обновления лазерная система была использована для первого в своем роде эксперимента, который использовал ее импульс, чтобы произвести вторичный всплеск рентгеновского излучения в виде бетатронных рентгеновских лучей. Эти бетатронные рентгеновские лучи, которые охватывают более широкий спектр энергии, чем импульсы LCLS, и было произведены за счет ускорения электронов высокой энергии с лазерным светом, были использованы для выявления более подробной информации об образцах.
|
