Команда физиков-теоретиков из Великобритании открыла новую лазерную технологию, способную нагреть материю до температур, больших, чем температура в центре Солнца, за малую долю секунды.
Доктор Артур Туррелл и его коллеги из Лондонского Имперского колледжа (Imperial College of London) нашли инновационный способ облучения объектов с нагревом до температуры до 10 миллионов градусов всего за 20 квадриллионных долей секунды с использованием энергии термоядерного синтеза.
«Одна из проблем с исследованиями термоядерного синтеза – получение энергии лазера в нужном месте в нужное время, – говорит доктор Туррелл. – Этот метод вводит энергию прямо в ионы.»
По утверждениям исследователей Имперского колледжа, новый метод нагрева приблизительно в 100 раз быстрее по сравнению с регистрируемыми сейчас темпами нагрева, наблюдаемыми в экспериментах по термоядерному синтезу с использованием лазерной системы высокой мощности, проводимыми в Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory).
Первоочередная цель исследователей теперь – найти способ воплотить разработанную технологию на практике.
Направляя энергии лазера.
В течение многих лет ученые пытались использовать мощные лазерные системы для нагрева материи облучением до высоких температур и получения термоядерной энергии. Научные центры нашли разные пути прямого нагрева ионов, т.е. частиц, составляющих плазму.
Когда объект подвергается лазерному нагреву, энергия, производимая лазерной системой, в первую очередь нагревает электроны мишени, которые затем передают энергию ионам. Тем не менее, такой опосредованный процесс нагрева ионов занимает больше времени, чем их непосредственный нагрев.
Туррелл и его группа обнаружили, что когда лазерная система высокой мощности направлена на материал конкретного типа, излучение производит электростатические ударные волны, которые могут помочь сразу нагреть ионы.
При обычных обстоятельствах, электростатические ударные волны, созданные с помощью лазерной энергии, будут лишь перемещать частицы вместо их нагрева. Ученые Имперского колледжа, однако, подобрали специальную комбинацию ионов для их ускорения до разных скоростей.
Ускорение частиц друг относительно друга приводит к трению ионов, что приводит к их стремительному нагреву.
Туррелл и его группа обнаружили, что эффект наиболее заметен при использовании твердых материалов, которые содержат два вида ионов, например, пластмассы.
Доктор Марк Шерлок, один из соавторов исследования, пояснил, что два вида ионов в этих типах материалов действуют очень похоже на спички.
«Пучок спичек никогда не загорится самостоятельно, – пояснил Шерлок. – Вам нужно трение, вызываемое ударом их о коробок.»
Плотность материала, который использовали исследователи, служила основным фактором быстрой генерации тепла.
Ионы мишени становились в 10 раз плотнее по сравнению с обычными твердыми материалами, когда электростатическая ударная волна проходила через нее. Это приводило к тому, что эффект трения становился намного сильнее, чем обычно наблюдаемый на менее плотных материалах, таких как газы.
Если новый метод получит экспериментальное доказательство, то в нем наблюдалась бы самая быстрая скорость нагрева, когда-либо продемонстрированная в лабораторных условиях на больших количествах ионов.
В то время как при соударении атомов наблюдались более быстрые темпы изменения температуры, например, на Большом адронном коллайдере, Туррелл подчеркнул, что подобные столкновения возникают только между отдельными парами частиц.
В противоположность новая методика нагрева может быть использована на лазерных установках в различных частях мира. Она также позволяет нагреть материалы, обладающие высокой плотностью.
Исследования Имперского колледжа особо отмечены в журнале Nature Communications.
