Фізики нагріли речовину до температури Сонця за 20 квадрилліонних секунди
Фізики з лондонського Імперського коледжу навчилися з допомогою лазера нагрівати речовину до температури, що перевищує температуру ядра Сонця, всього за 20 фемтосекунд (квадрилліонних частини секунди).
Швидкість у нового методу в 100 разів вище, ніж у самих просунутих лазерних систем, заявляють розробники. Про винахід повідомляється в журналі Nature Communications.
Новий метод важливий насамперед для розробки технології термоядерного синтезу. Для роботи реакторів необхідно відтворити умови та процеси, що відбуваються в надрах Сонця, і швидко нагріти речовини до надвисоких температур. Просто «бити» променем максимально сильного лазера недостатньо — важливо також удосконалити процес нагрівання матеріалу.
Зазвичай лазерний пучок нагріває електрони в речовині, а потім ті нагрівають іони, що становлять основну масу. Даний процес є досить тривалим. Вчені намагалися придумати, як нагрівати безпосередньо іони. Вони з'ясували, що при попаданні променя лазера з високою щільністю потоку випромінювання на певні матеріали виникає електростатична ударна хвиля.
Саме по собі це відкриття не нове, однак такого роду хвилі раніше лише «розштовхували» іони перед собою, не створюючи ніякого ефекту нагрівання. Вчені на чолі з Артуром Тареллом (Arthur Turrell) у ході моделювання на суперкомп'ютері звернули увагу на те, що матеріали з високою щільністю (пластмаса і гідрид цезію) володіють особливою комбінацією іонів, які розганяються з різною швидкістю. Це створює потрібне для нагріву тертя. Крім того, з-за щільності матеріалу ударна хвиля ущільнює іони в десять разів, що також посилює вплив тертя.
«Іони двох типів в цих речовинах виступають в ролі і коробки сірників — щоб запалити полум'я, потрібні обидва компоненти. Сірник сам по собі не загориться: необхідно тертя, що виникає при ударі ним по коробці», — пояснює співавтор статті Марк Шерлок (Mark Sherlock).
Поки нова техніка залишається на рівні теоретичних моделей. Дані вчених показують, що з її допомогою можна нагріти невелику кількість твердої речовини до 11,6 мільйона градусів за Цельсієм за кілька десятків фемтосекунд. Зараз дослідники планують довести істинність моделі експериментально.
«При зіткненні атомів в прискорювачах (зразок Великого адронного коллайдера) температури ще вище, однак там мова йде про одиничні парах елементарних частинок. Наша техніка, навпаки, може бути реалізована на лазерних установках по всьому світу і нагрівати тверду речовину», — резюмує Таррелл.