Сверхмощный лазерный импульс, прожигая мишень насквозь, порождает облачко сильно замагниченной плазмы. Американские физики, проследив за поведением этого облачка, выяснили, что плазма в нём более нестабильна, чем считалось ранее.
Концентрированный свет жжется — согласно легенде, это было известно еще Архимеду. Только сейчас, в отличие от тех времен, физики уже не собирают солнечный свет зеркалами, а конструируют сверхмощные импульсные лазеры, луч которых в мгновение ока прожигает предметы насквозь. Оказывается, такой эксперимент позволяет узнать немало интересного о... свойствах замагниченной плазмы, что, в свою очередь, может пригодиться в астрофизике (см. подборку популярных статей по физике плазмы в Соросовском образовательном журнале).
В современных экспериментах мощность короткого лазерного импульса можно сделать настолько большой, что материал мишени (например, тонкой пленки) не успеет ни расплавиться, ни загореться, а сразу (за доли наносекунды) превратится в плазму. Если лазерный импульс не слишком короткий (например, 1 нс), то это облачко плазмы выдувается наружу, «впитывая» при этом энергию светового импульса, и лишь после его прекращения начинает остывать. В результате получается плазма с очень высокой концентрацией энергии и сильными магнитными полями (вплоть до 100 Тесла). Ее динамика очень интересна физикам, но до сих пор в экспериментах по прожиганию мишеней ее проследить не удавалось.
На днях группа американских исследователей опубликовала в работе Phys. Rev. Lett. 99, 015001 (2 July 2007) результаты эксперимента, который впервые смог показать этот процесс в динамике (статья доступна на сайте одного из авторов, pdf, 260 Кб). Эти результаты, с одной стороны, примерно подтвердили ожидания физиков, но с другой стороны, кое в чём их и озадачили.
«Ноу-хау» этой группы заключалось в очень изящной схеме пространственного «картографирования» магнитного поля субмиллиметровых размеров за очень короткое время. На расстоянии нескольких миллиметров от мишени размещалась ампула с дейтерием и гелием-3, готовая к микротермоядерному взрыву. Этот микровзрыв осуществлялся сразу после прожигания мишени. Родившиеся в нём протоны, разлетаясь во все стороны, проходили вначале сквозь мелкую сеточку, затем сквозь облачко плазмы и попадали на экран. Если бы в плазме не было магнитного поля, то на экране получилось бы четкое неискаженное изображение сеточки. Но поскольку магнитное поле в плазме слегка отклоняет протоны, изображение получалось деформированным, и благодаря этому удалось вычислить пространственное распределение поля. Этот метод в чём-то напоминает то, как астрофизики строят карты темной материи, используя отклонение света от далеких галактик в поле гравитации.
Разработанная экспериментальная методика позволила с высокой точностью восстановить динамику плазменного пузыря. Выяснилось, во-первых, что самое сильное магнитное поле располагалось не внутри, а на самой поверхности пузыря. Во-вторых, пока лазерный луч давил на облачко, оно расширялось, сохраняя совершенно симметричную полусферическую форму. Однако как только световой импульс выключался, эта форма быстро становилась несимметричной.
Авторы сравнили эти данные с результатами численного моделирования и выяснили, что имеется несогласие на втором этапе процесса (то есть при выключенном луче). Теоретики не ожидали, что нестабильность в плазме будет развиваться так быстро, а это происходит, по всей видимости, из-за того, что плазма остывает заметно быстрее, чем считалось. Теоретикам теперь предстоит перепроверить, было ли что-то упущено в программах моделирования плазмы или же тут есть предмет для более глубокого теоретического исследования (к слову сказать, всевозможные нестабильности — это одна из отличительных черт плазмы; именно из-за них пока что не удается запустить термоядерный реактор).
Источник: C. K. Li et al. Observation of the Decay Dynamics and Instabilities of Megagauss Field Structures in Laser-Produced Plasmas // Physical Review Letters, 99, 015001 (2 июля 2007 года).
Игорь Иванов
|
Последние новости: Физика, Игорь Иванов
Астрономические наблюдения недели
Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):
Новости науки по темам:
антропология,
археология,
астрономическая научная картинка дня,
астрономия,
биология,
биотехнологии,
генетика,
геология,
затмения,
информационные технологии,
космос,
лингвистика,
математика,
медицина,
нанотехнологии,
наука в России,
наука и общество,
Нобелевские премии,
палеонтология,
Первое апреля,
психология,
технологии,
физика,
химия,
эволюция,
экология,
энергетика,
этология
Новости науки по авторам:
Дарья Баранова,
Вера Башмакова,
Александр Бердичевский,
Максим Борисов,
Варвара Веденина,
Александр Венедюхин,
Михаил Волович,
Алексей Гиляров,
Сергей Глаголев,
Николай Горностаев,
Юрий Ерин,
Анастасия Еськова,
Дмитрий Замолодчиков,
Игорь Иванов,
Мария Кирсанова,
Дмитрий Кирюхин,
Александр Козловский,
Алексей Левин,
Андрей Логинов,
Лейла Мамирова,
Александр Марков,
Мария Медникова,
Вадим Мокиевский,
Максим Нагорных,
Елена Наймарк,
Петр Петров,
Александр Пиперски,
Константин Попадьин,
Сергей Попов,
Роман Ракитов,
Татьяна Романовская,
Александр Самардак,
Александр Сергеев,
Андрей Сидоренко,
Даниил Смирнов,
Любовь Стрельникова,
Алексей Тимошенко,
Мария Шнырёва
Новости науки по месяцам: 2012 V, IV, III, II, I
2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
Научные новости у наших партнеров:
«Биомолекула», «В мире науки», «Вокруг света», Газета.ру, Грани.ру, Лента.ру, «Наука и жизнь», «Популярная механика», Gzt.ru
|  | |
Подробнее
e-mail: 
