Füzyon çabalarına yardımcı olmak için plazmalardaki ısının 200.000 Fahrenheit derecedeki ilerleyişinin izlenmesi

Araştırmacılar, sıcak ve yoğun maddenin plazmasındaki ultra hızlı termal ilerlemeyi izlemek için yeni bir yöntem geliştirdiler.

Nevada Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yürütülen çalışma, malzemelerin lazer darbesine maruz kaldıktan sonra nasıl ısındığını ve soğuduğunu izliyor.

Japonya’daki SPring-8 Angstrom Kompakt Serbest Elektron Lazer (SACLA) tesisindeki X-ışını serbest elektron lazerinden (XFEL) son derece kısa süreli X-ışını darbelerini kullanan fizikçiler, bir malzemedeki sıcaklık değişimini “görebilirler” mesai.

Bu buluş, metalin yüksek enerjili lazerlere maruz kalması durumunda plazmaların nasıl oluştuğunun daha derinlemesine anlaşılmasına olanak tanıyor.

İlk deneyimden muhteşem sonuçlar

Yöntem, Reno’daki Nevada Üniversitesi Fizik Bölümü’nde doçent olan Hiroshi Sawada tarafından çeşitli uluslararası kurumlardan meslektaşlarıyla işbirliği içinde geliştirildi.

Sawada, “Simülasyonlardan bazı tahminler aldık, ancak bunlar gördüklerimizden çok farklıydı” dedi. “İlk deneyimizin şaşırtıcı sonuçlarının sayısına hayran kaldık ve hangilerini öne çıkaracağımızı bilmiyorduk.”

İnce bakır parçası geçici olarak yoğun bir plazmaya dönüşür

Araştırmacılar, birkaç pikosaniyede (saniyenin trilyonda biri) küçük, ince bir bakır parçasının geçici olarak yoğun plazmaya, özellikle de sıcak yoğun madde adı verilen bir duruma dönüştüğünü gözlemledi.

Sıcaklık burada göreceli bir terimdir; metal 200.000 Fahrenheit dereceye yakın bir sıcaklığa ulaşır.

Yüksek enerjili lazer darbesinin kısa süresiyle bakır, patlamadan hemen önce katı halden plazma durumuna dönüşür. Bakırdaki ısı evrimini anlamak, dev gezegenlerin iç kısımlarının ve lazer füzyon yakıt çekirdeklerinin fiziğinde heyecan verici bir ilerlemeyi temsil ediyor. Çalışıyor.

Plazma durumunun nasıl ilerlediğine dair veri toplamak daha önce zordu

Plazma durumunun bakır veya diğer malzemelerde nasıl ilerlediğine ilişkin verileri yakalamak, inanılmaz derecede hızlı ısınma olgusu nedeniyle önceden zor veya imkansızdı.

Pompa probu olarak bilinen şey bir deneyimFizikçiler, önce küçük bir bakır parçasını (bir pompa) ısıtmak için yüksek güçlü bir lazerden gelen nispeten yoğun bir lazer darbesini, ardından bakırın (bir sonda) X-ışını görüntülerini toplamak için ikincil bir lazerden gelen bir X-ışını darbesini kullandılar.

Daha sonra görüntü verilerinden sıcaklıklar ve iyonizasyon dereceleri veya bakırın içindeki plazmanın varlığı çıkarıldı. MIT araştırmacılarına göre araştırmacılar, malzemedeki ısının ilerleyişini izlemek için her ateşlemede ikincil lazer darbesini biraz daha geciktirerek bu deneyi birkaç kez tekrarladılar. Nevada Üniversitesi.

X-ışını görüntüleme, katı yoğunlukta sıcak plazma oluşumunu ortaya koyuyor

Dergide yayınlandı Doğa İletişimiÇalışmanın X-ışını görüntülemesi, pikosaniyeler içinde, sıcak yoğun Fermi maddesiyle çevrelenmiş, lazer noktası büyüklüğünde lokalize katı yoğunlukta sıcak bir plazmanın oluşumunu ve sıcak plazma içinde onlarca pikosaniye boyunca meydana gelen enerji gevşemesini ortaya koyuyor.

Araştırmacılar, bu sonuçların, atomik süreçleri içeren bir hücre içindeki 2 boyutlu parçacık simülasyonlarını doğruladığını ve mevcut simülasyon yeteneklerinin ötesinde enerji aktarım mekanizmalarına dair içgörü sağladığını söylüyor.

“Bu çalışma, yoğun katı maddede hızlı elektron ısınması ve enerji gevşemesi konusundaki anlayışımızı büyük ölçüde ilerletiyor, yüksek yoğunluklu plazmaların verimli bir şekilde ısıtılmasına yönelik önemli bir temel taşı olarak hizmet ediyor ve kısa-yoğunluklu atom enerjileri ve eylemsiz füzyon enerjisi araştırmalarını ilerletiyor. araştırmacılar “darbeli yoğun lazerler” dedi.

Sawada’nın Ulusal Bilim Vakfı’ndan (NSF) aldığı hibe ile desteklenen çalışma, plazma fiziği, yüksek enerji yoğunluğu bilimi, astrofizik, eylemsiz füzyon enerjisi araştırması ve kuantum ve atom fiziği dahil olmak üzere fiziğin çeşitli alanlarında kullanılabilir.

Ayrıca, SLAC’ın yüksek petawatt enerjili lazerleri ve yüksek kilojoule enerjili lazerleri LCLS ile birleştiren yeni nesil MEC-U tesisi gibi diğer serbest elektron lazer tesislerinde de uygulanabilir.