Američtí a čeští vědci spolupracují na výzkumu produkce gama záření pomocí vysokoenergetických laserů

spojený stát Národní vědecká nadace (NSF) a Grantová agentura České republiky (GAČR) financované Nový projekt spolupráce pro vědce z Kalifornská univerzita v San Diegu ve Spojených státech a ELI Beamlines (Fyzikální ústav Akademie věd ČR) v České republice, jejímž cílem je využít potenciál multipetawattového laserového zařízení ELI Beamlines. Vědci doufají, že tyto experimenty mohou dosáhnout významného pokroku tím, že prokážou účinnou generaci intenzivních paprsků gama záření.

Hvězdné objekty, jako jsou pulsary, mohou díky své intenzivní energii vytvářet hmotu a antihmotu přímo ze světla. Ve skutečnosti je magnetické pole nebo „magnetosféra“ pulsaru naplněno elektrony a pozitrony, které vznikají při srážce fotonů.

Reprodukce stejných jevů v laboratoři na Zemi je velkou výzvou. Vyžaduje to hustý mrak fotonů s energiemi milionkrát vyššími než viditelné světlo, což je výkon, který vědcům pracujícím v této oblasti dosud unikal. Teorie však naznačují, že vysoce výkonný laser by měl být schopen takový fotonický oblak vyrobit.

Zařízení ELI ERIC jako první mezinárodní laserová výzkumná infrastruktura věnovaná aplikaci vysoce výkonných a vysoce intenzivních laserů umožní takové výzkumné kapacity. ELI ERIC je vícemístná výzkumná infrastruktura založená na specializovaných a integrovaných zařízeních ELI Beamlines (Česká republika) a ELI ALPS (Maďarsko). Nové schopnosti v ELI vytvoří podmínky pro testování teorií v laboratoři.

obrázek

Superpočítačová simulace energetické emise gama záření (žluté šipky) hustým (zeleným) plazmatem ozářeným laserovým paprskem vysoké intenzity (červená a modrá). Laser se šíří zleva doprava, přičemž emitované fotony létají stejným směrem. Hladká modrá a červená oblast představují silné magnetické pole generované plazmatem, zatímco oblast oscilace odpovídá magnetickému poli laseru.

tento projekt Spojuje teoretické zkušenosti z Kalifornská univerzita San Diego (USA)experimentální zkušenost ELI Beamlinesplus cílené výrobní a inženýrské odborné znalosti od General Atomics (USA). Projekt, který stojí přibližně 1 000 000 USD, spolufinancovaný NSF a GACR, povede profesor Alexej Arifeev z Kalifornské univerzity v San Diegu. Cíl bude vyvinut pro utajované publikace ve společnosti General Atomics pod vedením Dr. Mario Manuela, zatímco počáteční testy na ELI Beamlines provede tým vedený Dr. Florianem Condaminem a Dr. Stefanem Weberem.

READ  Výstava sleduje český příspěvek k nalezení pramene řeky Amazonky

Koncept projektu byl vyvinut výzkumnou skupinou Arefiev na University of California v San Diegu, která se specializuje na superpočítačové simulace intenzivních interakcí světla a hmoty. Přístup tohoto projektu využívá efektu, ke kterému dochází, když jsou elektrony v plazmatu urychlovány na rychlost blízkou rychlosti světla pomocí vysoce výkonného laseru. Tento efekt se nazývá „relativní průhlednost“, protože způsobuje, že se hustá, dříve neprůhledná plazma stává průhlednou pro laserové světlo.

V tomto systému vznikají extrémně silná magnetická pole, když se laser šíří plazmatem. Během tohoto procesu oscilují relativistické elektrony v magnetickém poli, které zase vyzařuje gama záření, většinou ve směru laseru.

„Je velmi vzrušující, že jsme schopni generovat druh magnetických polí, která se dříve nacházela pouze v extrémních astrofyzikálních objektech, jako jsou neutronové hvězdy,“ říká Arifeev. „kapacita ELI Beamlines Klíčem k dosažení tohoto systému je dosažení velmi vysoké intenzity na cíli. „

Tyto experimenty poskytnou první statisticky relevantní studii generace gama záření pomocí vysokoenergetického laseru. Výzkumníci doufají, že práce otevře cestu k vysokoenergetickým sekundárním fotonovým zdrojům, které lze použít nejen pro studium základní fyziky, ale také pro řadu důležitých průmyslových aplikací, jako je věda o materiálech, zobrazování jaderného odpadu, kontrola jaderného paliva. , bezpečnost, radiografie s vysokým rozlišením a hlubokou penetrací atd. . Takové „extrémní zobrazování“ vyžaduje výkonné, opakovatelné a dobře řízené zdroje gama záření. Právě tento návrh je zaměřen na rozvoj takového bezprecedentního zdroje.

Experimenty budou výrazně podpořeny dalšími technologickými pokroky. Až donedávna mohly vysoce výkonné laserové instalace provést přibližně jeden výstřel za hodinu, což omezovalo množství dat, která bylo možné shromáždit. Nová zařízení, jako je ELI Beamlines, jsou však schopna více výstřelů za sekundu. Tyto schopnosti umožňují statistické studie interakcí cílených laserem způsoby, které byly ještě před několika lety nemožné. To znamená, že pro plné využití možností je nezbytná změna ve způsobu, jakým jsou takové experimenty navrženy a realizovány.

READ  Yamaha jmenuje SDA slovenským a českým prodejcem průmyslových robotů

„Instalace P3 na ELI Beamlines je jedinečná a všestranná experimentální infrastruktura pro pokročilé terénní pokusy, která je plně přizpůsobena plánovanému programu,“ komentuje Condamine. Webber poznamenává: „Očekává se, že tato spolupráce mezi San Diegem a ELI Beamlines bude velkým krokem vpřed při sbližování americké komunity a týmu ELI k provádění společných experimentů.“

Velká část tohoto projektu tedy školí další generaci vědců v ELI Beamlines, aby vyvinuli technologie, které dokážou plně využít jejich označené schopnosti. Studenti a postdoktorandi UCSD budou také trénovat v cíleném, utajovaném nasazení a získávání dat v novém laserovém zařízení GALADRIEL společnosti General Atomics, aby pomohli zlepšit efektivitu experimentů prováděných na ELI Beamlines.

obrázek

Instalace P3 (Plasma Physics Platform) na ELI Beamlines, kde budou probíhat experimenty.

„Je to první projekt financovaný GA ČR a US National Science Foundation. Věřím, že nová meziresortní spolupráce povede k řadě úspěšných projektů a bude přínosem pro spolupracující vědecké týmy z České republiky a USA,“ Říká prezident GAČR Dr. Peter Baldrian.

„Jsme rádi, že můžeme spolupracovat s našimi protějšky v České republice na rozšíření mezinárodní vědecké spolupráce v oblastech umělé inteligence, nanotechnologií a výzkumu plazmy. Jsem optimista, že to bude první z mnoha společných projektů mezi NSF a GAČRAŘíká ředitel NSF, Dr Sithraman Panchanathan.


Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *