|  | 8 октября 2015 | Новости науки и техники

Машины-монстры: 200-тераваттный лазер, который позволит изучать пограничные состояния материи

Лазерная система


В национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC National Accelerator Laboratory начат процесс запуска в работу модернизированного сверхмощного лазера, импульсы которого смогут буквально "осветить" многие области науки и воспроизвести в лаборатории чрезвычайные условия, которые присутствуют в различных частях космоса, в недрах звезд и массивных планет. Этот мощный лазер будет работать в паре с рентгеновским лазером LCLS (Linac Coherent Light Source), что позволит произвести съемку процессов, происходящих в материи, находящейся под воздействием чрезвычайных условий, температур, достигающих миллионов градусов, и давлений порядка 2 миллиардов тонн на квадратный дюйм.

Кроме исследований пограничных состояний материи импульсы света нового лазера будут использоваться для получения лучей вторичных частиц, что может быть использовано для исследований некоторых экзотических и пограничных состояний материи, таких, как плотная плазма, которая находится внутри звезд.

Модернизированная лазерная система рассчитана на генерацию импульсов, мощностью в 200 тераватт. Это в семь раз больше мощности системы до ее модернизации и в 100 раз больше суммарного моментального расхода энергии во всем мире, сжатого в десятки фемтосекунд, квадриллионных частей секунды. До модернизации мощность системы составляла 30 тераватт, а сейчас импульс нового лазера более мощен, нежели суммарные импульсы всех других 150 лазеров лаборатории SLAC.

Тем не менее, новый лазер SLAC не является самым мощным лазером в мире. Пальму первенства держит лазер LFEX, запущенный в Японии в этом году, мощность которого еще в 10 раз выше. Но уникальность новой лазерной системы заключается в том, что ее работа синхронизирована с работой мощного сверхскоростного рентгеновского лазера, который позволяет снимать с высоким разрешением и с регулируемой задержкой все процессы, происходящие в материи на атомарном уровне.

Сапфировый кристалл


Ключевым компонентом модернизации лазерной системы является новый кристалл из высококачественного сапфира, допированного титаном, который имеет размер около 8 сантиметров в диаметре. Этот кристалл служит для усиления света от другого лазера и фокусировки выходного луча до пятна, диаметром в несколько миллионных долей миллиметра. Модернизации подверглись также системы синхронизации и выбора времени импульса, которые позволяют синхронизировать последовательность импульсов почти инфракрасного света и рентгеновского излучения с точностью, измеряемой фемтосекундами.

Работа новой лазерной системы начнется позже в этом месяце, а работать она будет на половине своей расчетной мощности, 100 тераваттах. В последующее время мощность будет плавно увеличиваться, пока лазер не выйдет на свою расчетную мощность. Сначала лазер будет вырабатывать 100-тераваттные импульсы, продолжительностью 40 фемтосенкунд, с частотой один импульс в 3.5 минуты. А на пиковой мощности в 200 тераватт промежуток времени между импульсами будет составлять 7 минут.

Но и 200 тераватт мощности не являются пределом мечтаний ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями материи и ее состояний. Поэтому лазерная система позже может быть модернизирована до мощности в 300 и 400 тераватт, но это будет возможно лишь при помощи замены части существующего и установки дополнительного оборудования.

Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.




Ключевые слова:
Машины, Монстры, Лазер, Мощность, Импульс, Энергия, Инфракрасный, Рентгеновский, SLAC, Температура, Давление, Материя, Состояние

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Машины-монстры: Diocles - лазер, вырабатывающий импульсы, в миллиард раз бо ...
  • В Японии запущен самый мощный в мире лазер
  • Создан настольный вариант лазера, способного вырабатывать импульсы, мощност ...
  • Создан первый в мире газовый рентгеновский лазер.
  • Ученые получили образцы "звездного вещества" в лаборатории на Земле.




  • 9 октября 2015 07:38
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3809
    А количество энергии в импульсе этого лазера не столь уж и велико. Несколько лампочек накаливания, если брать хотя-бы за секунду.


    --------------------
        
    9 октября 2015 08:02
    #2 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 488
    Это же какие конденсаторы там стоят.
        
    9 октября 2015 20:10
    #3 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    bundzmm,
    Это же какие конденсаторы там стоят.


    Ви згадали якраз дуже важливу річ - далеко не всякий конденсатор здатен видати дуже багато ампер за дуже короткий час. Так, щоб вийшли аж теравати.
    Тут не тільки конденсатори, тут іще цікаво, які ключі відкривають дорогу тим тераватам із конденсаторів до лазера. Та ще й із точністю в часі до фемтосекунд!
        
    10 октября 2015 08:50
    #4 Написал: radix

    Публикаций: 0
    Комментариев: 116
    Вспомнилась лазерная установка из StarCraft 2, которой Рейнор с друганом хранилище протосского артефакта пилили. Так там вроде бы мощность измерялась в гигаваттах, и Тайкус ляпнул "вся мощь солнца в наших руках". Получается, тут лазер ещё круче?
        
    10 октября 2015 18:46
    #5 Написал: HeavyGait

    Публикаций: 3
    Комментариев: 531
    Цитата: Strilec
    Тут не тільки конденсатори, тут іще цікаво, які ключі відкривають дорогу тим тераватам із конденсаторів до лазера.


    Да уж, то у Вас мегапиксели от линзы зависят, теперь вот мощность лазера от конденсаторов...


    --------------------
        
    10 октября 2015 20:17
    #6 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Цитата: HeavyGait,

    Да уж, то у Вас мегапиксели от линзы зависят, теперь вот мощность лазера от конденсаторов...


    Всього-навсього закон Ома, шановний!
    Не забуваючи, природно, що опори бувають активні й реактивні. :-)

    Ну а щодо мегапікселів, то ви тоді злегка не врубились - не мегапікселі від лінзи залежать, а реальне розрізнення картинки. Якщо в реальній фотокамері реальний об’єктив розрізняє всього 2 мегапікселі (й це зовсім не погано, це вже якісний об’єктив!), то буде там у матриці 10 мегапікселів чи всі 40 - якість картинки лишиться практично тою ж.
        
    10 октября 2015 22:05
    #7 Написал: HeavyGait

    Публикаций: 3
    Комментариев: 531
    Да при чём здесь вообще конденсаторы? Какой ещё путь тераваттов от конденсаторов до лазера? О чём всё это?

    Цитата: Strilec
    Ну а щодо мегапікселів, то ви тоді злегка не врубились


    Може бути i так. (только там длина волны от ультрафиолета начиналась, следовательно и разрешающая способность повыше, чем для обычной фотокамеры)


    --------------------
        
    10 октября 2015 23:55
    #8 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Цитата: HeavyGait,
    Да при чём здесь вообще конденсаторы? Какой ещё путь тераваттов от конденсаторов до лазера? О чём всё это?


    А якою енергією живиться система накачки лазера? Електричною.
    Накачка як відбувається - безперервним освітленням чи імпульсом? Імпульсом.
    В чому можна накопичити енергію для імпульса? Ясно, що в конденсаторах.
    Імпульс накачки теж короткий. Отже вельми потужний.
        
    11 октября 2015 07:16
    #9 Написал: AZGARD

    Публикаций: 0
    Комментариев: 15
    Где-то проходила инфа про электромагнитную пушку, которую накачивали энергией не из конденсаторов, а с помощью взрыва, так как у современных конденсаторов недостаточная мощность. Может быть, про этот рельсотрон именно здесь статью и выкладывали. Вполне возможно, что этот же метод задействован и в случае этого лазера (не уверен).
        
    11 октября 2015 09:42
    #10 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Цитата: AZGARD,

    про электромагнитную пушку, которую накачивали энергией не из конденсаторов, а с помощью взрыва, так как у современных конденсаторов недостаточная мощность.


    У вибуху, як для цієї конкретної задачі, є одне слабке місце - час. Це ну ніяк не фемтосекунди. Навіть не піко, навіть не нано.
    Для електромагнітної гармати це не мало значення, там теж ну ніяк не фемтосекунди, а на багато порядків більше.
    Крім того для гармати у конденсаторів не вистачало не стільки потужності, скільки енергії. А тут, хоч і теравати, енергія імпульса мізерна, конденсаторам цілком і повністю доступна.
        
    11 октября 2015 10:17
    #11 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3809
    Цитата: AZGARD
    а с помощью взрыва

    Это была не электромагнитная пушка, а ЭМИ-бомба. Там это единственный практичный подход, не будешь же с самолета бросать или ракетой запускать целую электростанцию с этой штукой.


    --------------------
        
    11 октября 2015 19:57
    #12 Написал: HeavyGait

    Публикаций: 3
    Комментариев: 531
    Цитата: Strilec
    Накачка як відбувається - безперервним освітленням чи імпульсом?


    Постоянным лазером, так вроде в статье о фемтосекундном лазере говорят. Только какая разница чем производят накачку? Ведь сверкороткие импульсы формируются не накачкой.
    http://library.kiwix.org

    Цитата: Strilec
    Це ну ніяк не фемтосекунди.


    В той же статье и о том, что сокращение длительности импульса до этих самых фемтосекунд происходит уже в оптической системе лазера, а не накачка за фемтосекунды.
    И да, никаких тераваттов из конденсаторов до лазера не передаётся. Тераватты получаются на выходе за счёт сокращения длительности импульса.

    Цитата: FomaNeverujuwij
    Это была не электромагнитная пушка, а ЭМИ-бомба.


    Не, ну если лазер одноразовый и он больше не нужен, то и его можно взрывом накачать. Принцип тот же - ионизация в рабочем теле.


    --------------------
        
    11 октября 2015 20:37
    #13 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    HeavyGait,
    Ще раз переглянув статтю і не знайшов там словосполучення "Постоянным лазером", є тільки, що накачка - лазером. І є, що проміжки часу між імпульсами тераватного лазера - до 3,5 хвилин
    Отже у мене створюється враження, що інформації у статті недостатньо, щоб я чи ви могли бути цілком категоричними у своїх твердженнях.
    Я все таки схильний думати, що коли між імпульсами тераватного - хвилини, то лазеру накачки дуже навряд чи є потреба і сенс світити безперервно. Бо, щоб на самому виході були теравати, навіть враховуючи їхнє походження від скорочення імпульса, лазеру накачки теж треба мати дуже солідну потужність - напевно мегавати.
    Ну а мегавати брати просто "із розетки" - не всяка "розетка" витримає. Тому з величезною ймовірністю - лазер накачки бере енергію таки від конденсаторів. Звична, безліч разів випробувана, безвідмовна "паличка-виручалочка" для потужних імпульсних приладів.
    І, до речі, навіть якщо ті конденсатори віддають енергію не за фемто, а всього лиш за НАНОсекунди - це теж вельми солідно й гідно поваги. Бо їм же треба дати не ті "кілька" джоулів, які видає тераватний, а в багато разів більше.
    Бо:
    1. Абсолютна більшість світла лазера накачки просто марнується.
    2. Електроенергія в лазері накачки теж дуже не вся перетворюється на світло.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.