Содержание
В Южной Корее создали самый мощный в мире лазер — Железо на DTF
{«id»:3969,»url»:»\/distributions\/3969\/click?bit=1&hash=48c68cd06f36b39a25459ccf1eb45b64c2d731fecbb5a11dd3f0aa328b271ec3″,»title»:»\u041c\u0435\u0447\u0442\u0430\u043b\u0438 \u043f\u043e\u043f\u0440\u043e\u0431\u043e\u0432\u0430\u0442\u044c \u0441\u0435\u0431\u044f \u0432 UX-\u0434\u0438\u0437\u0430\u0439\u043d\u0435? \u0412\u043e\u0442 \u0432\u0430\u0448 \u0448\u0430\u043d\u0441″,»buttonText»:»\u041f\u043e\u043f\u0440\u043e\u0431\u043e\u0432\u0430\u0442\u044c»,»imageUuid»:»ec569b6e-3358-530c-a9e2-771b323df475″,»isPaidAndBannersEnabled»:false}
Интенсивность его излучения позволит извлекать античастицы из вакуума.
13 009
просмотров
Учёные из Южной Кореи объявили о создании рекордного лазера сверхвысокой интенсивности. Такая разработка открывает совершенно новые направления для исследований — от астрофизики до лечения рака.
Интенсивность импульса составила более 10²³ Вт на квадратный сантиметр.
Исследователи из Южнокорейского центра релятивистской лазерной науки (CoReLS) занимались разработкой более десяти лет, пытаясь превзойти показатели лазера Hercules Мичиганского университета, который генерировал лучи с на порядок меньшей интенсивностью — 10²² Вт/см².
Учёным удалось достигнуть этого с помощью фемтосекундного лазера сверхвысокой мощности (4 петаватта) и сложной оптической системы для усиления и фокусировки луча.
Система включает в себя ряд деформируемых зеркал для коррекции искажений и контроля волнового фронта. Для фокусировки лазера используется большое внеосевое параболическое зеркало. При этом диаметр луча составляет около 28 сантиметров, а цели — всего 1,1 микрометра, что в пятьдесят раз меньше диаметра человеческого волоса.
В процессе учёные используют камеру и датчик волнового фронта, чтобы отобразить и измерить отражённый лазерный луч, интенсивность которого, по их словам, сопоставима с фокусировкой всего солнечного света достигающего Земли на точку размером 10 микрон.
Этот высокоинтенсивный лазер позволит нам исследовать астрофизические явления, такие как электрон-фотонное и фотон-фотонное рассеяния прямо в лаборатории. Мы можем использовать его для экспериментальной проверки теоретических идей, которые были предложены столетие назад.
Нам Чан Хи
, Директор CoReLS и профессор Института науки и технологий Кванджу
Колоссальная энергия импульсов позволит изучать взаимодействие света и материи на ранее недоступном уровне. Дело в том, что согласно теории квантовой электродинамики, у каждой элементарной частицы есть своя античастица. Однако при встрече вещества с антивеществом происходит бурная реакция, которая превращает их в фотоны, не имеющие размера и массы. Но лазерный луч — это не вещество, а значит им можно «касаться» античастиц и изучать их поведение без аннигиляции.
Из более прикладных применений разработки называется онкология. Сейчас лучевая терапия проводится на линейных ускорителях с помощью протонов высокой энергии, что требует радиационного экранирования.
Использование лазеров для генерации этих протонов сделает такие системы менее дорогостоящими и, соответственно, более доступными.
Полная информация о разработке и исследованиях опубликована в журнале Optica.
В Японии запустили самый мощный лазер в мире
3015
Добавить в закладки
Ученые из университета Осаки (Япония) заявили, что они построили
самую мощную на сегодняшний день лазерную установку в мире. Луч
светил только одну пикосекунду (одну триллионную часть секунды),
однако датчики зарегистрировали излучение мощностью в два
петаватт — два квадриллиона, или два миллиона миллиардов, ватт. О
рекордной разработке
рассказывает United Press
International.
Энергия, которая была сосредоточена в этом луче, на три порядка
превышала мировое потребление электроэнергии в любой данный
момент времени. Новый луч вдвое превзошел мощность лазера,
полученного 31 марта 2008 года американскими исследователями в
Техасском университете в Остине (США).
Тогда ученым удалось
получить лазер мощностью чуть более одного петаватт.
В то же время на выработку нового лазера ушло очень мало энергии.
Чтобы получить этот луч, ученым потребовалось всего несколько
сотен джоулей. Примерно такое же количество энергии потребовалось
бы, чтобы заработали несколько лампочек или микроволновая печь.
Конечно, для того, чтобы поддерживать работу лазера более одной
триллионной секунды, потребовалось бы гораздо больше энергии. Но,
как правило, для того, чтобы светить короткое время, лазеру не
нужно много электричества. Вместо этого японский лазер получил
мощность за счет прохождения через целую серию увеличительных
линз, общей протяженностью в 300 футов (более 91 м). Уникальный
оптический комплекс для лазерной установки был построен в Осаке
специально для этого эксперимента. На его сборку и тестирование
ушло несколько месяцев, прежде чем рекорд был установлен.
Вполне понятно, что ученые не собираются останавливаться на
достигнутом.
Исследователь Джунджи Каванака (Junji Kawanaka)
рассказывает, что сегодня в мире существует огромная конкуренция
в сфере сверхмощных лазерных установок. По его словам, перед
японскими специалистами стоит цель получить лазер мощностью в
десять петаватт, то есть улучшить свое достижение в пять раз. В
будущем лазеры подобного типа могут быть приняты на вооружение,
считают эксперты.
Ранее наш портал писал об уникальной разработке отечественных
инженеров —
лазерной установке на свободных электронах, построенной в
Новосибирске. Вообще,
новостей, связанных с достижениями в области лазерных
технологий, немало, как сугубо академических, так и более
прикладного свойства, скажем, об
использовании лазеров для моделирования взрыва сверхновых звезд в
лаборатории, о том, что
МКС вооружат лазерами для защиты от космического мусора или о
том, что удалось
снять на камеру прохождение лазерного луча.
Япония
лазер
университет техаса
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия».
Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Экономисты МГУ раскрыли, как связаны гендерное равенство и благополучие в многодетных семьях
13:30 / Наука и общество, Экономика
Обнаружен новый потенциальный механизм потери зрения
13:00 / Медицина
Пиявки регулярно используют других пресноводных животных в качестве убежища
12:30 / Биология
Уральские химики усовершенствовали материал для топливных элементов
11:30 / Химия
Подмосковье и не только: археологические итоги года с заместителем директора Института археологии РАН Асей Энговатовой
10:30 / Археология, История, Наука и общество
С участием ОИЯИ установлено более ста германиевых детекторов эксперимента LEGEND
12:00 / Физика
4 декабря — День российской информатики
10:00 / Информационные технологии
Пленарное заседание «Российская наука в эпоху международного соперничества» ― прямая трансляция
15:00 / Наука и общество
Дмитрий Чернышенко, зампред правительства РФ: Россия на девятом месте в мире по уровню научного развития
14:30 / Наука и общество
Ученые ЛЭТИ научили робота-художника писать картины цветными красками
14:00 / Новые технологии
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Посещение самого мощного лазера в мире
БУХАРЕСТ, РУМЫНИЯ . Днем 21 сентября -го -го года я прибыл в Магуреле, где футуристическое белое здание контрастирует с глубоким синим небом. Это очень теплый день, и единственный звук, который мы слышим в широком кампусе, исходит от разбрызгивателей. За исключением собаки, спящей на улице, мы могли легко поверить, что находимся в калифорнийском кампусе.
Здание является румынской частью европейской инфраструктуры экстремального освещения ELI. Он поставляется с расширением NP для ядерной физики, так как это направление, в котором хотят двигаться ученые. С чисто организационной точки зрения, ELI NP с более чем 200 сотрудниками является частью более крупного Национального института физики и ядерной техники Хория Хулубей (IFIN-HH), который является одним из крупнейших научных учреждений Румынии, в котором работает в общей сложности 800 человек.
.
В ELI NP установлен самый мощный в мире лазер мощностью 10 ПВт. Сам проект ELI был инициирован лауреатом Нобелевской премии Жераром Муру и финансировался принимающими странами, а также Европейским фондом регионального развития. Магуреле находится на окраине Бухареста, столицы центральноевропейского государства Румыния. Город, в котором новые офисные башни чередуются со старыми жилыми домами. И где над центром до сих пор возвышается дворец диктатора Николае Чаушеску. Когда-то это было второе по величине правительственное здание в мире, а сегодня здесь находится румынский парламент.
Проблема в раю
ELI NP недавно попала в плохую прессу, а именно, в новостную статью из научного журнала Nature. Он был весьма критически настроен по отношению к руководству института, цитируя серьезные обвинения со стороны сотрудников IFIN HH в адрес бывшего директора IFIN Николае В. Замфира, который в настоящее время является директором проекта ELI NP. Сотрудники лазерного института, в свою очередь, опубликовали открытое письмо в поддержку Zamfir.
Если этого конфликта было бы недостаточно, ELI NP была потрясена проблемой, которая привлекла внимание в Брюсселе: система гамма-излучения с переменной энергией, второе крупное устройство после двух лазеров мощностью 10 ПВт, была задержана с доставкой, а Zamfir передал контракт другому поставщику. Этот шаг был передан в суд. И это привело к задержке закупок проекта. Новая дата поставки гамма-системы — 2023 год. Хотя лазерная система идет по плану, задержки с источником гамма-излучения нет, и, таким образом, Румыния не включена в заявку на создание Консорциума европейской исследовательской инфраструктуры ERIC. Вся дискуссия теперь поднята на правительственный уровень.
Новый ERIC будет иметь решающее значение для будущего финансирования общей инфраструктуры. Аллен Уикс, генеральный директор этой организации, сказал мне: «После десятилетия планирования и строительства недавно созданная ELI ERIC организует совместную научную пользовательскую программу и начнет координировать техническую операцию».
На данный момент в ELI ERIC входят представители правительства Чехии и Венгрии (принимающие страны для отделений ELI ELI BL и ELI ALPS), а также Италии и Литвы. Германия и Великобритания являются наблюдателями-основателями.
«Румыния с ELI NP, конечно же, должна стать частью ERIC», — добавил Уикс. «Идет постоянная политическая дискуссия о том, как Румыния может стать членом ERIC, и параллельно объект ELI-NP участвует в европейском проекте IMPULSE стоимостью 20 миллионов евро с другими объектами, чтобы определить, как лучше всего сотрудничать в научных операциях».
Запуск самого мощного лазера в мире
Месяц назад, когда я читал новости о природе, мне было интересно, чем там занимаются люди и каков статус лазера. Поэтому я связался с Иоаном Данкусом, руководителем отдела лазерных систем ELI NP. Он пригласил меня посетить объект. И он повез меня по оживленному трафику румынской столицы. Иоан — физик-лазер, который остался там, даже когда зарплата ученого упала до 50 долларов в месяц.
Это изменилось уже довольно давно. Плата теперь справедлива, и другие румыны возвращаются домой, к ним присоединяются международные ученые.
Иоан отвечает за одну из самых интересных лазерных систем в мире. «В августе мы тестировали всю систему, только конечные параболы заменили балочным отвалом. И мы достигли 10 петаватт при одном выстреле в минуту». В настоящее время это самая высокая мощность лазера в мире.
Лазерная система высокой мощности HPLS в ELI NP имеет два огромных плеча с тремя каскадами основного усилителя. Каждый каскад может быть использован в качестве луча с компенсацией ЛЧМ на выходе мощностью 100 ТВт, 1 ПВт и 10 ПВт соответственно. Длительность импульса составляет около 22 фс. Система была построена французской компанией Thales, которая также подписала 40-месячную гарантию, начиная с 1 января 2020 года.
Когда Иоан показал мне диспетчерскую HPLS в стиле НАСА, команда проводила эксперименты с лучом мощностью 100 ТВт, т. е. с входной частью и первой цепью усилителя.
Вся система основана на кристаллах TiSa, накачиваемых батареями зеленых лазеров. Он работает на частоте 10 Гц. Для последующих цепочек усилителя частота снижается до 1 Гц (1 ПВт) или до одного выстрела в минуту (10 ПВт).
В августе 2020 года системы были протестированы на предмет обеспечения номинальной мощности всего усилителя и компрессора мощностью 10 ПВт в одном плече. Недостающие внеосевые параболы будут доставлены в ноябре 2020 г. (1 ПВт) и в середине 2021 г. (10 ПВт), что позволит провести серию экспериментов по вводу в эксплуатацию всех каскадов усилителя. Такие эксперименты по вводу в эксплуатацию были выбраны из ряда международных заявок, и соответствующие коллеги из-за рубежа будут участвовать в следующем этапе испытаний.
Впереди захватывающая наука
Как только появятся параболы, они откроют для вас захватывающую и совершенно новую науку. Например, измерение интенсивностей свыше 10 22 Вт/см², чего раньше никто не делал. Кадзуо Танака, научный директор ELI NP, познакомил меня с этой увлекательной научной задачей.
Казуо — известный эксперт в области исследований лазерного синтеза. После ухода с должности профессора в Университете Осаки он устроился на новую работу на другом конце света в ELI NP. «Это шанс построить что-то новое. Здесь мы открываем новые горизонты для лазерной ядерной физики», — он с энтузиазмом относится к своему новому назначению.
Для измерения действительно экстремальных интенсивностей он планирует провести три разных эксперимента. Основываясь на моделировании и данных более низких интенсивностей, они будут тестировать и сравнивать результаты ускоренных электронов, протонов и гамма-лучей. Он ожидает результатов этих измерений летом 2021 года. Хотя эксперименты по вводу в эксплуатацию начнутся позже в этом году, регулярная эксплуатация пользовательской установки с двумя лучами мощностью 10 ПВт в настоящее время запланирована на 2022 год.
Три мысли о будущем
Итак, разработка лазера на ЭЛИ НП идет по графику, ряд экспериментальных залов полностью оборудован.
Их стены сделаны из огромных бетонных «кирпичей», которые позволяют легко менять конфигурацию. Кроме того, в главном лазерном зале достаточно места для будущих дополнений. Но как будет выглядеть будущее ELI NP?
Во-первых, нужно видеть, что организационный кризис серьезен. Это можно рассматривать как болезни роста, которые могут возникать в странах, где раньше не было такой масштабной исследовательской инфраструктуры. Тем не менее, решать проблемы должны все заинтересованные стороны. Было инвестировано несколько сотен миллионов европейских средств поддержки развития и скудные румынские средства, и для всех вовлеченных людей было бы катастрофой увидеть закрытие ELI NP.
С научной точки зрения объекты ELI дают повод задуматься о новой и удивительной науке. Жерар Муру описал возможности в своей Нобелевской лекции «Страсть к экстремальному свету: наибольшая польза для человечества». Возможные области применения широки, они уже обсуждались в главе оригинальной белой книги ELI, и с тех пор появилось больше.
Есть еще один ракурс, которым я хотел бы поделиться: Йоан Данкус показал мне то, что он называет «лазерной игровой площадкой». Это две лаборатории, где у студентов есть возможность пройти практическое обучение работе с реальными лазерными системами. Они учатся чистить зеркала, монтировать лазерный кристалл или настраивать систему измерения фазы. Обладая таким важным ноу-хау, они могут работать как высококвалифицированные операторы лазеров. Иоан обеспокоен тем, что они уедут за границу?
«Я больше боюсь, что они ходят в другие места вокруг», — признается он. Что, в конце концов, может быть не так уж и плохо. Обмен квалифицированными кадрами с другими исследовательскими институтами или даже промышленными компаниями необходим для роста и укрепления местного сообщества высоких технологий. И это имело бы положительные эффекты далеко за пределы того, что мы видим сейчас.
Ссылки:
«Текущий статус и основные моменты исследовательской программы ELI-NP», К.
А. Танака и др. https://doi.org/10.1063/1.5093535
Самый мощный в мире лазер мощностью 2000 триллионов ватт – но для чего он нужен?
Самый мощный из когда-либо созданных лазерных лучей был недавно запущен в Осакском университете в Японии, где лазер для экспериментов с быстрым зажиганием (LFEX) был форсирован для получения луча с пиковой мощностью 2000 триллионов ватт (два петаватт) для невероятно короткая продолжительность, примерно одна триллионная секунды или одна пикосекунда.
Такие большие значения трудно уловить, но мы можем думать о них как о мощности, в миллиард раз превышающей типичный прожектор на стадионе, или как об общей мощности всей солнечной энергии, падающей на Лондон. Представьте себе, что вся эта солнечная энергия фокусируется на поверхности шириной с человеческий волос в течение триллионной доли секунды: это, по сути, лазер LFEX.
LFEX — лишь один из серии сверхмощных лазеров, которые строятся по всему миру, начиная от гигантского 192-лучевого национального центра зажигания в Калифорнии и заканчивая лазером CoReLS в Южной Корее и лазером Vulcan в Лаборатория Резерфорда Эпплтона за пределами Оксфорда, Великобритания, и это лишь некоторые из них.
На стадии проектирования находятся и другие проекты, из которых наиболее амбициозным, вероятно, является Extreme Light Infrastructure, международное сотрудничество, базирующееся в Восточной Европе, посвященное созданию лазера в 10 раз более мощного, чем даже LFEX.
Так что же побуждает ученых всего мира создавать эти жемчужины оптических и электронных технологий? Что достаточно, чтобы убедить политиков выделить такие значительные средства на исследования для поддержки этих огромных проектов?
Воссоздание ранней вселенной
Ну, первая причина, которая приходит на ум, это «вау-фактор», связанный с лазерами. Но есть гораздо больше, чем просто захватывающие воображение ученых и энтузиастов.
Лазеры такой мощности — единственное средство, которым мы располагаем, чтобы воссоздать экстремальные условия в космосе, например, в атмосфере звезд, включая наше Солнце, или в ядрах планет-гигантов, таких как Юпитер. Когда эти сверхмощные лазеры направляют на обычную материю, она мгновенно испаряется, образуя чрезвычайно горячий и плотный ионизированный газ, который ученые называют плазмой.
Это экстремальное состояние вещества крайне редко встречается на Земле, но очень распространено в космосе — почти 9Считается, что 9% обычного вещества во Вселенной находится в состоянии плазмы.
Сверхмощные лазеры позволяют нам создать маленькую копию этих экстремальных состояний и объектов из вселенной таким образом, чтобы их можно было контролируемо изучать в лаборатории. В некотором смысле они позволяют нам путешествовать во времени, поскольку могут воссоздать условия, существовавшие в ранней Вселенной через несколько мгновений после Большого взрыва. Эти чрезвычайно плотные и горячие среды, которые могут создать только сверхмощные лазеры, уже многому научили нас об эволюции нашей Вселенной и ее нынешнем состоянии.
Используется ближе к дому
Один из ускоряющих лучей лазера LFEX в Осаке.
Осакский университет
С практической точки зрения, лазерные установки интересны не только своим вкладом в теоретические исследования, но и ключевыми практическими приложениями.
Например, текущие исследования в области производства альтернативной и чистой энергии или здравоохранения. LFEX в основном относится к первому, поскольку он создан для изучения исследований ядерного синтеза.
В отличие от ядерного деления, при ядерном синтезе не образуются радиоактивные отходы. Это означает, что термоядерное топливо гораздо проще хранить и обращаться с ним — мы можем использовать морскую воду и литий, которые несколько удобнее и легче достать, чем уран.
Ядерный синтез — это то, что создает и поддерживает огромную энергию звезд, но для запуска цепной реакции требуется значительное количество энергии. Мощные лазеры, такие как LFEX, являются лучшими кандидатами для этой работы. На самом деле, предварительные результаты обнадеживают: в ходе испытаний, проведенных в Национальном центре зажигания США, удалось выработать больше энергии, чем было затрачено в одном случае в прошлом году.
Недорогие исследования частиц
Этот класс сверхмощных лазеров также чрезвычайно привлекателен, поскольку они представляют собой гораздо более компактную и недорогую (по сравнению с ними) альтернативу огромным ускорителям частиц, таким как ЦЕРН, длина которых составляет много километров.
Мощные лазерные ускорители частиц могут генерировать рентгеновское излучение сверхвысокого качества без необходимости использования радиоизотопных частиц, требующих осторожного обращения. Затем эти лазерные рентгеновские лучи можно использовать для получения изображений биологических тканей с высоким разрешением в действительно компактной и недорогой системе. Например, вот эта лазерная томография насекомого.
В настоящее время исследователи также работают над использованием управляемых лазером ионных лучей для лечения рака. Этот метод до сих пор был ограничен из-за стоимости и размера обычных ускорителей. Лазерная терапия рака будет доступна гораздо большему количеству больниц, что позволит использовать этот эффективный метод лечения рака гораздо большему количеству пациентов.
Таким образом, сверхвысокая мощность, которую может обеспечить LFEX, хотя бы на короткое время, — это не просто модная новая игрушка, а захватывающий шаг вперед в применении лазерных технологий в более широком диапазоне дисциплин — от кажущегося абстрактным мира ранней Вселенной, до самых реальных применений, обеспечивающих инструменты для диагностики болезней или борьбы с раком.