Самый мощный лазер в мире - 2000 триллионов ватт - но для чего он нужен?

Самый мощный лазерный луч, когда-либо созданный, недавно был запущен в университете Осаки в Японии, где Лазер для экспериментов с быстрым зажиганием (LFEX) был увеличен для создания луча с пиковой мощностью 2000 триллионов ватт - двух петаватт - в течение невероятно короткой продолжительности, приблизительно триллионной доли секунды или одной пикосекунды.

Трудно понять такие большие значения, но мы можем думать о них как о миллиарде раз более мощном, чем обычный прожектор на стадионе, или как об общей мощности всей солнечной энергии Солнца, которая падает на Лондон. Представьте себе, что вся эта солнечная энергия фокусируется на поверхности шириной человеческого волоса в течение одной триллионной секунды: это по сути лазер LFEX.

LFEX - это только одна из серии лазеров сверхвысокой мощности, которые строятся по всему миру, начиная от гигантского 192-луча. Национальное средство зажигания в Калифорнии, к CoReLS лазер в Южной Корее, а Вулкан лазер в лаборатории Резерфорда Эпплтона под Оксфордом, Великобритания, и это лишь некоторые из них.

Есть другие проекты на стадии проектирования, из которых наиболее Extreme Light Инфраструктура Международное сотрудничество в Восточной Европе, посвященное созданию лазера, в 10 раз более мощного, чем даже LFEX.

Так что же побуждает ученых всего мира создавать эти драгоценности из оптических и электронных технологий? Чего достаточно, чтобы убедить политиков выделить такие значительные исследовательские средства для поддержки этих огромных проектов?

Воссоздание Ранней Вселенной

Ну, первая причина, которая приходит на ум, заключается в том, что «вау-фактор», связанный с лазерами , Но есть гораздо больше, чем просто захватывающее воображение ученых и энтузиастов.

Эти мощные лазеры - единственное средство, которое мы должны воссоздать в экстремальных условиях космоса, таких как атмосфера звезд, включая наше Солнце, или в ядре планет-гигантов, таких как Юпитер. Когда эти сверхмощные лазеры работают на обычном веществе, оно мгновенно испаряется, что приводит к чрезвычайно горячему и плотному ионизованному газу, который ученые называют плазмой. Это экстремальное состояние вещества крайне редко встречается на Земле, но очень распространено в космосе - считается, что почти 99% обычной материи во Вселенной находится в плазменном состоянии.

Сверхмощные лазеры позволяют нам создавать небольшую копию этих экстремальных состояний и объектов из вселенной таким образом, чтобы их можно было контролировать в лаборатории контролируемым образом. В некотором смысле, они позволяют нам путешествовать во времени, поскольку они могут воссоздать условия, существующие в ранней вселенной, через несколько минут после Большого взрыва. Эти чрезвычайно плотные и горячие среды, которые могут создавать только сверхмощные лазеры, уже многому научили нас эволюция нашей вселенной и ее нынешнее состояние ,

Использует ближе к дому

Один из пучков ускорения лазера LFEX в Осаке. Университет Осаки

С другой стороны, лазерные установки интересны не только тем, что они вносят вклад в теоретические исследования, они также лежат в основе важнейших практических применений. Например, текущие исследования в области альтернативной и чистой энергии или здравоохранения. LFEX в основном относится к первому, так как он создан для изучения исследований ядерного синтеза.

В отличие от ядерного деления, ядерный синтез не генерирует радиоактивные отходы. Это означает, что термоядерное топливо гораздо проще хранить и обрабатывать - мы можем использовать морскую воду и литий, что несколько удобнее и легче найти, чем уран.

Ядерный синтез - это то, что создает и поддерживает огромную энергию звезд, но для запуска цепной реакции требуется значительный вклад энергии. Мощные лазеры, такие как LFEX, являются лучшими кандидатами на работу. На самом деле предварительные результаты обнадеживают, поскольку тест в Национальном институте зажигания США генерировать больше энергии, чем затрачено один раз в прошлом году.

Недорогое исследование частиц

Этот класс сверхмощных лазеров также чрезвычайно привлекателен, поскольку они представляют собой гораздо более компактную и недорогую (для сравнения) альтернативу гигантским ускорителям частиц, таким как в CERN, которые измеряют много километров в длину. Мощные лазерные ускорители частиц могут генерировать рентгеновские лучи сверхвысокого качества без необходимости использования радиоизотопных частиц, которые требуют бережного обращения. Эти лазерные рентгеновские лучи могут затем использоваться для получения изображений биологических тканей с высоким разрешением в действительно компактной и недорогой системе. Например, это лазерная томография насекомого ,

В настоящее время исследователи также работают над использованием лазерных ионных пучков для лечения рака. Этот метод до сих пор был ограничен из-за стоимости и размера обычных ускорителей. Лазерная терапия рака была бы доступной для гораздо большего числа больниц, в результате чего этот эффективный метод лечения рака стал доступен гораздо большему числу пациентов.

Таким образом, сверхвысокая мощность, которую LFEX может предоставить, хотя бы на короткое время, - это не просто модная новая игрушка, но захватывающий шаг вперед в применении лазерных технологий к более широкому кругу дисциплин - от, казалось бы, абстрактного мира Ранняя вселенная, для реального использования, предоставляя инструменты для диагностики заболеваний или борьбы с раком.

Таким образом, сверхвысокая мощность, которую LFEX может предоставить, хотя бы на короткое время, - это не просто модная новая игрушка, но захватывающий шаг вперед в применении лазерных технологий к более широкому кругу дисциплин - от, казалось бы, абстрактного мира Ранняя вселенная, для реального использования, предоставляя инструменты для диагностики заболеваний или борьбы с раком

Джанлука Сарри Преподает в Школе математики и физики в Королевский университет Белфаст ,

Эта статья была первоначально опубликована на Разговор , Прочитайте оригинальная статья ,

Так что же побуждает ученых всего мира создавать эти драгоценности из оптических и электронных технологий?
Чего достаточно, чтобы убедить политиков выделить такие значительные исследовательские средства для поддержки этих огромных проектов?