Массивный 10-петаваттный лазер может испарять вещество

Лазер, составляющий одну десятую солнечной энергии на Земле, официально дебютировал в марте, когда исследователи в Румынии провели первый успешный тест при 10 петаватт (PW). Лазер является одним из трех в международном проекте в Европе, известном как Extreme Light Infrastructure. На сегодняшний день это самый мощный лазер из когда-либо созданных, и это самая концентрированная энергия на планете.

Трудно переоценить чудовищную мощность 10 Вт, что соответствует 10 миллионам миллиардов ватт. Лишь несколько лет назад этот сайт называл простой лазер 1PW Звездой Смерти. Новый в 10 раз сильнее. Для сравнения, лазерные указки, продаваемые в США, не должны превышать 0,005 Вт для обеспечения безопасности.

Происхождение лазера 10PW

Рассматриваемый лазер является частью проекта Extreme Light Infrastructure (ELI), который был предпринят учеными в Европе в середине 2000-х годов под руководством французского ученого и лауреата Нобелевской премии Жерара Муру. Целью проекта является развитие не только лазерной исследовательской инфраструктуры, но и прикладной науки.

Программа была профинансирована Европейской комиссией, и в течение нескольких лет три страны были выбраны для размещения трех новых лазеров: Румыния, Венгрия и Чешская Республика. В настоящее время проект получил более 850 миллионов евро, в основном из Европейского фонда регионального развития.

Лазер 10PW живет в недавно построенной лаборатории под названием Extreme Light Infrastructure - объект ядерной физики (ELI-NP) в городе под названием Măgurele, недалеко от столицы Бухареста. ELI-NP посвящен изучению фотоядерной физики и ее приложений. Две другие лаборатории известны как ELI-Beamlines в Чешской Республике, ориентированные на короткие импульсы вторичных источников излучения и частиц, и ELI-ALPS или Attosecond Light Pulse Source в Венгрии.

Что вы делаете с лазером 10PW?

С мощностью 10PW ученые могут буквально испарять вещество, открывая возможное новое понимание того, что происходит во время сверхновой. Это только один пример, хотя и довольно эпический. Такая мощность в лазере также позволяет изучать, как образуются тяжелые металлы.

Что касается более практических исследований, ELI-NP будет работать над развитием медицинских исследований в области протонной терапии рака, а также над поиском новых способов обращения с радиоактивными отходами. Это также может помочь в создании новых способов поиска и характеристики ядерного материала, что позволит группам безопасности сканировать, скажем, входящие транспортные контейнеры на наличие опасного и незаконного содержимого. Официальная исследовательская фаза проекта должна начаться в начале 2020 года.

Мощность лазеров за последние несколько десятилетий настолько возросла, что «законы взаимодействия света с веществом кардинально меняются из-за преобладания релятивистских эффектов в динамике заряженных частиц под воздействием лазерного излучения», согласно ELI. Благодаря этому фундаментальному изменению ученые могут разработать новые способы генерирования рентгеновских лучей, гамма-лучей и высокоэнергетических частиц. Эти новые методы, в свою очередь, открывают новые способы их использования в различных научных областях, будь то медицинские исследования или материаловедение.

Как выглядит 10PW?

Как бы ни хотелось представить гигантскую спутниковую антенну, стреляющую лучом из ее центра (гм, Звезда Смерти), реальность даже 10-Вт лазера немного более приземленная. Сам лазер находится внутри камеры, и ученые, работающие с ним, конечно же, находятся за компьютером.

Чтобы лазер имел мощность и точность, он опирается на две системы, работающие вместе. Одна называется Лазерная система высокой мощности, которая сама состоит из двух лазерных лучей. Это то, что доставляет лазерные импульсы. Вторая часть - это система транспортировки лазерного луча, которая направляет импульсы туда, куда они должны идти, с микрометрической точностью. Этот второй компонент - вовсе не лазер, а «регулируемые зеркала с большой апертурой, установленные в вакуумной системе труб и кожухов», согласно информации ELI-NP. Вся система требует среды, которая строго контролируется по качеству воздуха и вибрации, поэтому, по крайней мере, представьте себе чистую комнату в научном смысле.

Если бы мы могли заглянуть внутрь защитной камеры во время работы лазера, луч был бы виден человеческому глазу и светился красным, хотя и приближался к пределу инфракрасного излучения, согласно доктору Николае Замфиру, директору проекта ELI-NP. Лазер накачки с высокой энергией также будет виден зеленому глазу.

Д-р Замфир также объяснил размер лазерного луча, около 60 см или чуть меньше двух футов в диаметре, и область, на которую он может нацелиться: «Луч фокусируется на мм2 только во взаимодействии [камере]», добавил он.

Будущее лазерных технологий

Если все пойдет по плану, лазер 10PW на ELI-NP станет еще сильнее. Согласно optics.org (а также объявление о работе для инженера в ELI-NP - требуется всего лишь степень бакалавра), два лазера 10PW будут объединяться вместе, чтобы «обеспечивать фокусированную мощность лазера до 1023 Вт на квадратный сантиметр, при длина волны 820 нм и длительность импульса 25 фемтосекунд ». Сила тока 1015.

В дополнение к трем объектам в Румынии, Венгрии и Чехии, ELI планирует четвертый объект и лазер, местоположение которого будет определено. Ожидается, что этот будет на порядок сильнее, чем в Румынии.

Главный кредит изображения: Getty Images

Читать далее

Обзор: Oculus Quest 2 может стать переломным моментом для массового внедрения VR

Oculus Quest 2 теперь доступен, и это улучшение по сравнению с оригиналом во всех отношениях. И все же это на 100 долларов дешевле, чем последний выпуск. Проведя некоторое время с Quest 2, я считаю, что мы можем оглянуться на него как на гарнитуру, которая наконец сделала VR доступной для массовых потребителей.

Samsung, Стэнфорд, создали дисплей с разрешением 10000 пикселей на дюйм, который может революционизировать VR и