Οι συνθήκες του Ηλιου στο εργαστήριο
Λέιζερ ακτίνων Χ δημιουργεί στερεό πλάσμα 2 εκ. βαθμών Κελσίου
Ο θάλαμος μέσα στον οποίο πραγματοποιήθηκε το πείραμα. Ο στόχος από αλουμίνιο βρίσκεται στο κέντρο
Οι προσπάθειες δεκαετιών για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης στο εργαστήριο δείχνουν να έρχονται ένα βήμα πιο κοντά χάρη στο ισχυρότερο λέιζερ ακτίνων Χ του κόσμου, το οποίο δημιούργησε για πρώτη φορά στερεό πλάσμα στους δύο εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC, που βρίσκεται στο Μένλο Παρκ της Καλιφόρνιας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το λέιζερ για να θερμάνουν ακαριαία έναν μικρό στόχο από φύλλο αλουμινίου.
Ο παλμός ακτινοβολίας που χτύπησε το στόχο διήρκεσε λιγότερο από ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Δεδομένου όμως ότι το συγκεκριμένο λέιζερ είναι ένα δισεκατομμύριο φορές πιο ισχυρό από οποιαδήποτε άλλη τεχνητή πηγή ακτίνων Χ, ο στόχος έφτασε σε θερμοκρασίες που απαντώνται μόνο στο εσωτερικό των άστρων.
O στόχος μετατράπηκε έτσι σε πλάσμα (ιονισμένο αέριο), το οποίο όμως παρέμεινε σε στερεά κατάσταση λόγω της υψηλής πυκνότητάς του. Αυτή η κατάσταση της ύλης ονομάζεται συχνά «θερμή πυκνή ύλη».
Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο περιοδικό Nature.
Στο μέλλον, η τεχνολογία του βομβαρδισμού με λέιζερ ακτίνων Χ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αναπαράγει τις πιέσεις και θερμοκρασίες που απαιτούνται για πυρηνική σύντηξη υδρογόνου, την αντίδραση που τροφοδοτεί τα άστρα.
Στερεό πλάσμα
Οι επιστήμονες μπορούν εδώ και καιρό να δημιουργήσουν πλάσμα σε αέρια κατάσταση αφαιρώντας τα ηλεκτρόνια από άτομα αερίων. Μέχρι σήμερα, όμως, δεν είχαν καταφέρει να παραγάγουν στερεό πλάσμα από στέρεα υλικά, τα οποία δεν διαπερνώνται ακαριαία από την ακτινοβολία των λέιζερ όπως συμβαίνει με τα αέρια.
«Η δημιουργία εξαιρετικά θερμής, πυκνής ύλης είναι σημαντική από επιστημονική άποψη, προκειμένου να κατανοήσουμε τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό των άστρων» σχολίασε ο Σαμ Βίνκο του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.
Προκειμένου να παραγάγουν μια ομοιόμορφη μάζα στερεού πλάσματος, με διάμετρο μόλις ένα χιλιοστό του εκατοστού, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το LCLS (Γραμμική Πηγή Σύμφωνου Φωτός), Είναι ένα από τα πρώτα και σίγουρα το ισχυρότερο λέιζερ ακτίνων Χ, καθώς φτάνει σε πυκνότητα ισχύος τα 1017 Watt ανά τετραγωνικό εκατοστό.
«Το LCLS, που λειτουργεί στα μικρά μήκη κύματος των ακτίνων Χ, είναι το πρώτο που μπορεί να διεισδύσει σε ένα πυκνό στερεό προκειμένου να δημιουργήσει και ταυτόχρονα να μελετήσει μια ομοιόμορφη μάζα πλάσματος» λέει ο Μπομπ Νάγκλερ, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο εργαστήριο SLAC.
Τα αποτελέσματα του πειράματος θα χρησιμοποιηθούν σε πρώτη φάση για να εξεταστεί η ακρίβεια των μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν το σχηματισμό και τη συμπεριφορά της θερμής πυκνής ύλης.
Στο απώτερο μέλλον, θα μπορούσαν να αξιοποιηθεί σε συστήματα για την παραγωγή ανεξάντλητης και φθηνής ενέργειας από τη σύντηξη υδρογόνου σε συνθήκες ακραίας θερμοκρασίας και πίεσης.
Στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC, που βρίσκεται στο Μένλο Παρκ της Καλιφόρνιας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το λέιζερ για να θερμάνουν ακαριαία έναν μικρό στόχο από φύλλο αλουμινίου.
Ο παλμός ακτινοβολίας που χτύπησε το στόχο διήρκεσε λιγότερο από ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Δεδομένου όμως ότι το συγκεκριμένο λέιζερ είναι ένα δισεκατομμύριο φορές πιο ισχυρό από οποιαδήποτε άλλη τεχνητή πηγή ακτίνων Χ, ο στόχος έφτασε σε θερμοκρασίες που απαντώνται μόνο στο εσωτερικό των άστρων.
O στόχος μετατράπηκε έτσι σε πλάσμα (ιονισμένο αέριο), το οποίο όμως παρέμεινε σε στερεά κατάσταση λόγω της υψηλής πυκνότητάς του. Αυτή η κατάσταση της ύλης ονομάζεται συχνά «θερμή πυκνή ύλη».
Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο περιοδικό Nature.
Στο μέλλον, η τεχνολογία του βομβαρδισμού με λέιζερ ακτίνων Χ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αναπαράγει τις πιέσεις και θερμοκρασίες που απαιτούνται για πυρηνική σύντηξη υδρογόνου, την αντίδραση που τροφοδοτεί τα άστρα.
Στερεό πλάσμα
Οι επιστήμονες μπορούν εδώ και καιρό να δημιουργήσουν πλάσμα σε αέρια κατάσταση αφαιρώντας τα ηλεκτρόνια από άτομα αερίων. Μέχρι σήμερα, όμως, δεν είχαν καταφέρει να παραγάγουν στερεό πλάσμα από στέρεα υλικά, τα οποία δεν διαπερνώνται ακαριαία από την ακτινοβολία των λέιζερ όπως συμβαίνει με τα αέρια.
«Η δημιουργία εξαιρετικά θερμής, πυκνής ύλης είναι σημαντική από επιστημονική άποψη, προκειμένου να κατανοήσουμε τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό των άστρων» σχολίασε ο Σαμ Βίνκο του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.
Προκειμένου να παραγάγουν μια ομοιόμορφη μάζα στερεού πλάσματος, με διάμετρο μόλις ένα χιλιοστό του εκατοστού, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το LCLS (Γραμμική Πηγή Σύμφωνου Φωτός), Είναι ένα από τα πρώτα και σίγουρα το ισχυρότερο λέιζερ ακτίνων Χ, καθώς φτάνει σε πυκνότητα ισχύος τα 1017 Watt ανά τετραγωνικό εκατοστό.
«Το LCLS, που λειτουργεί στα μικρά μήκη κύματος των ακτίνων Χ, είναι το πρώτο που μπορεί να διεισδύσει σε ένα πυκνό στερεό προκειμένου να δημιουργήσει και ταυτόχρονα να μελετήσει μια ομοιόμορφη μάζα πλάσματος» λέει ο Μπομπ Νάγκλερ, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο εργαστήριο SLAC.
Τα αποτελέσματα του πειράματος θα χρησιμοποιηθούν σε πρώτη φάση για να εξεταστεί η ακρίβεια των μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν το σχηματισμό και τη συμπεριφορά της θερμής πυκνής ύλης.
Στο απώτερο μέλλον, θα μπορούσαν να αξιοποιηθεί σε συστήματα για την παραγωγή ανεξάντλητης και φθηνής ενέργειας από τη σύντηξη υδρογόνου σε συνθήκες ακραίας θερμοκρασίας και πίεσης.
STEVENIKO
Σας ευχαριστώ για την επίσκεψη σας...
