Группа физиков-теоретиков из Имперского колледжа Лондона придумала новый метод, который может позволить лазерам нагревать определённые материалы до температур солнечного ядра и выше всего за 20 квадриллионных секунды.
Как сообщается, новая методика позволит сделать это в сотню раз быстрее, чем самая высокоэнергетическая в мире лазерная система Ливерморской национальной лаборатории в штате Калифорния, США. Как ожидается, она будет полезна для будущих исследований термоядерного синтеза. Технология эта может обеспечить мир недорогостоящей и практически безграничной энергией. Но, для того чтобы реакторы термоядерного синтеза работали, необходимо воссоздать условия и процессы, протекающие в солнечных недрах. Для инженеров и учёных, использующих лазеры для достижения этой цели, главной проблемой является нагревание объекта до таких невероятно высоких температур (десять миллионов градусов).
Различные группы исследователей в поисках решения проблемы пыталась поразить цель всё более и более мощными лазерами. Сначала лазерный луч нагревал электроны в материале, которые затем нагревали ионы, составляющие большую часть массы материала. Это работало, но процесс протекал относительно медленно. Команда теоретиков из Великобритании полагает, что можно нагревать ионы напрямую (тогда эффект будет достигнут быстрее). По словам доктора Артура Тёррелла (Arthur Turrell), он и его коллеги неожиданно обнаружили, что, если поразить некоторые виды материалов высокоинтенсивным лазером, они начинают генерировать так называемую электростатическую ударную волну.
Само по себе это открытие не совсем инновационно. Однако предыдущие теоретические выкладки показывали, что подобные ударные волны выталкивают ионы без теплового эффекта (просто разгоняя их). Тем не менее с помощью современного моделирования посредством суперкомпьютеров учёные Туманного Альбиона обнаружили, что материалы с высокой плотностью (например, пластик или гидрид цезия обладают особым сочетанием ионов, ускоряющихся на различных скоростях. Это приводит к своего рода трению, при котором ионы сжимаются ударной волной в 10 раз. “Взаимодействие двух типов ионов похоже на взаимодействие спички и коробка”, – объясняет доктор Марк Шерлок (Mark Sherlock) с физического факультета Имперского колледжа Лондона. В настоящее время разработка находится лишь в теоретической стадии и проверяется компьютерными моделями. Однако они уже показали, что данным способом можно нагреть небольшое количество твёрдого вещества до температур около 11,6 миллиона градусов по Цельсию за десятки фемтосекунд. В настоящее время исследователи надеются, что им в конце концов удастся доказать свою правоту экспериментально. Если это произойдёт, то учёные смогут осуществить нагрев с самой высокой скоростью из когда-либо осуществлявшихся в лабораторных условиях.
Научная статья британских исследователей была опубликована изданием Nature Communications.