Физики из Университета Невады разработали новый метод исследования плазмы высокой плотности с помощью рентгеновских лазеров. Это важное достижение может помочь в строительстве термоядерных реакторов.
Читайте: Ядерная батарейка – Светящийся кристалл с большим запасом энергии
Подглядывание за плазмой
Энергия термоядерного синтеза, десятилетиями обещанная как будущее энергетики, становится всё ближе к реальности. Но реакции синтеза требуют чрезвычайно высоких температур, достигающих миллионов градусов Цельсия.
Такие условия необходимы для того, чтобы ядра лёгких элементов (дейтерий, тритий) соединялись, выделяя огромное количество энергии. Однако ключевой задачей является поддержание этой чрезвычайно горячей плазмы или ионизированного газа в стабильном состоянии, чтобы реакция протекала эффективно и безопасно.
Учёные из Университета Невады разработали новый метод наблюдения за сверхбыстрым распространением тепла в тёплой, плотной плазме вещества.
Исследование, проведённое учёными физиками, отслеживает, как материалы нагреваются и охлаждаются под воздействием лазерного импульса. Подробности сообщаются в журнале Nature Communications.
Используя ультракороткие рентгеновские импульсы рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL), на установке компактного лазера на свободных электронах SPring-8 Angstrom (SACLA) в Японии, физики смогли «увидеть», как температура материала меняется с течением времени.
Исследователи заметили, что в течение нескольких пикосекунд (триллионных долей секунды) небольшой тонкий кусочек меди на мгновение превращается в плотную плазму, в частности, в состояние, называемое тёплым плотным веществом (WDM).
Теплота - здесь понятие относительное: металл достигает температуры более 111 000 ° С. Благодаря короткой продолжительности мощного лазерного импульса медь на мгновение превращается из твёрдого состояния в плазму, прежде чем взорваться.
Понимание распространения тепла через медь является захватывающим прорывом в физике, касающейся внутренней части планет-гигантов и топливных ядер лазерного синтеза.
Раньше сбор данных о том, как ведёт себя плазма в меди или других материалах, был затруднён или невозможен из-за явления чрезвычайно быстрого нагрева.
Исследователи говорят, что эти результаты подтверждают двумерное моделирование частиц в ячейках, включающее атомные процессы, и дают представление о механизмах передачи энергии, выходящих за рамки текущих возможностей моделирования.
Этот метод будет использоваться в нескольких областях физики, включая физику плазмы, науку о высокой плотности энергии, астрофизику, исследования энергии инерционного синтеза, а также квантовую и атомную физику.
Его можно применить и к другим лазерным установкам на свободных электронах, как установка следующего поколения MEC-U в SLAC, которая сочетает мощные, высокоэнергетические петаваттные и килоджоульные лазеры с LCLS.
Кроме того, эти результаты проливают свет на то, насколько быстро и эффективно происходит передача тепла от лазеров к материалам высокой плотности. Это и является темой для дальнейших исследований с использованием лазеров чрезвычайно высокой интенсивности.
Хотите первыми узнавать о Hi-Tech – ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Telegram
А также читайте самые свежие обзоры на нашем сайте – TehnObzor.RU
