Физики нагрели вещество до температуры Солнца за 20 квадриллионных секунды
Физики из лондонского Имперского колледжа научились с помощью лазера нагревать вещество до температуры, превышающей температуру ядра Солнца, всего за 20 фемтосекунд (квадриллионных части секунды). Скорость у нового метода в сто раз выше, чем у самых продвинутых лазерных систем, заявляют разработчики. Об изобретении сообщается в журнале Nature Communications.
Новый метод важен прежде всего для разработки технологии термоядерного синтеза. Для работы реакторов необходимо воссоздать условия и процессы, происходящие в недрах Солнца, и быстро нагреть вещества до сверхвысоких температур. Просто «бить» лучом максимально сильного лазера недостаточно — важно также усовершенствовать процесс нагрева материала.
Обычно лазерный пучок нагревает электроны в веществе, а потом те нагревают ионы, составляющие основную массу. Данный процесс является сравнительно долгим. Ученые пытались придумать, как нагревать непосредственно ионы. Они выяснили, что при попадании луча лазера с высокой плотностью потока излучения на определенные материалы возникает электростатическая ударная волна.
Лазер в три километра
Россия с европейскими партнерами продолжает создавать самый мощный в мире разер
Само по себе это открытие не ново, однако такого рода волны раньше лишь «расталкивали» ионы перед собой, не создавая никакого эффекта нагрева. Ученые во главе с Артуром Тареллом (Arthur Turrell) в ходе моделирования на суперкомпьютере обратили внимание на то, что материалы с высокой плотностью (пластмасса и гидрид цезия) обладают особой комбинацией ионов, которые разгоняются с различной скоростью. Это создает нужное для нагрева трение. Кроме того, из-за плотности материала ударная волна уплотняет ионы в десять раз, что также усиливает влияние трения.
«Ионы двух типов в этих веществах выступают в роли спичек и коробка — чтобы зажечь пламя, нужны оба компонента. Спичка сама по себе не загорится: необходимо трение, возникающее при ударе ей о коробок», — поясняет соавтор статьи Марк Шерлок (Mark Sherlock).
Пока новая техника остается на уровне теоретических моделей. Данные ученых показывают, что с ее помощью можно нагреть небольшое количество твердого вещества до 11,6 миллиона градусов по Цельсию за несколько десятков фемтосекунд. Сейчас исследователи планируют доказать истинность модели экспериментально.
«При столкновении атомов в ускорителях (вроде Большого адронного коллайдера) температуры еще выше, однако там речь идет о единичных парах элементарных частиц. Наша техника, напротив, может быть реализована на лазерных установках по всему миру, и нагревать твердое вещество», — резюмирует Таррелл.