Главная

Лазеры могут быстро сделать материалы более горячими, чем Солнце

  1. Направляющая энергия
  2. Быстрое трение
  3. Нагревание

Согласно новым исследованиям, лазеры могут нагревать материалы до температур, более высоких, чем центр Солнца, всего за 20 квадриллионных долей секунды.

Физики-теоретики из лондонского Имперского колледжа разработали чрезвычайно быстрый механизм нагрева, который, по их мнению, может нагревать определенные материалы до десяти миллионов градусов за гораздо меньшую миллионную долю секунды.

Метод, предложенный здесь впервые, может иметь отношение к новым направлениям исследований в области энергии термоядерного синтеза, где ученые стремятся воспроизвести способность Солнца производить чистую энергию.

Нагревание будет примерно в 100 раз быстрее, чем скорости, наблюдаемые в настоящее время в экспериментах по термоядерному синтезу с использованием самой мощной в мире лазерной системы в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии. Теперь гонка за коллегами-учеными, чтобы применить метод команды на практике.

Направляющая энергия

Исследователи используют мощные лазеры для нагрева материала в течение многих лет, что является частью усилий по созданию энергии синтеза. В этом новом исследовании физики в Империале искали способы прямого нагрева ионов - частиц, составляющих основную массу вещества.

Когда лазеры используются для нагрева большинства материалов, энергия лазера сначала нагревает электроны в мишени. Они в свою очередь нагревают ионы, делая процесс медленнее, чем нацеливание на ионы напрямую.

Имперская команда обнаружила, что, когда высокоинтенсивный лазер запускается на материал определенного типа, он создает электростатическую ударную волну, которая может нагревать ионы напрямую. Их открытие опубликовано сегодня в журнале Связи природы ,

«Это совершенно неожиданный результат. Одной из проблем исследования фьюжн было получение энергии от лазера в нужном месте в нужное время. Этот метод направляет энергию прямо в ионы », - сказал ведущий автор статьи доктор Артур Туррелл.

Быстрое трение

Обычно вызванные лазером электростатические ударные волны выталкивают ионы вперед, заставляя их ускоряться от ударной волны, но не нагреваться. Однако, используя сложное моделирование суперкомпьютера, команда обнаружила, что если материал содержит специальные комбинации ионов, они будут ускоряться ударной волной на разных скоростях.

Это вызывает трение, которое в свою очередь заставляет их быстро нагреваться. Они обнаружили, что эффект будет самым сильным в твердых телах с двумя типами ионов, таких как пластмассы.

«Два типа ионов действуют как спички и коробка; вам нужны оба », - объяснил соавтор исследования доктор Марк Шерлок из физического факультета Империала. «Куча спичек никогда не загорится сама по себе - вам нужно трение, вызванное ударом их по коробке».

«То, что фактический материал, использованный в качестве цели, имел большое значение, само по себе стало неожиданностью», - добавил соавтор исследования профессор Стивен Роуз. «В материалах только с одним типом ионов эффект полностью исчезает».

Нагревание

Нагревание происходит так быстро, отчасти потому, что целевой материал очень плотный. При прохождении электростатической ударной волны ионы сжимаются вместе почти в десять раз по сравнению с обычной плотностью твердого материала, в результате чего эффект трения будет намного сильнее, чем в менее плотном материале, таком как газ.

Техника, если она доказана экспериментально, может быть самой высокой скоростью нагрева, когда-либо продемонстрированной в лаборатории для значительного числа частиц.

«Более быстрые изменения температуры происходят, когда атомы сталкиваются друг с другом в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер, но эти столкновения происходят между отдельными парами частиц», - сказал доктор Туррелл. «В противоположность этому, предлагаемая технология может быть исследована на многих лазерных установках по всему миру и будет нагревать материал с твердой плотностью».

-

' Сверхбыстрый ионный нагрев электростатическими ударами А. Э. Туррелл, М. Шерлок и С. Дж. Роуз, опубликовано в Nature Communications .

Новости

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru