Gera žinia termobranduolinei sintezei: paaiškėjo kaip sukurti superstiprų magnetinį lauką, bent 10 kartų galingesnį už visus bandymus Žemėje

Gamtoje tokie galingi magnetiniai laukai egzistuoja tik kosmose, ir jie gali padėti išgauti švarią branduolinės sintezės energiją ir astrofizikinius procesus modeliuoti laboratorijoje.

Tai, aišku, jaudinanti perspektyva, tačiau kol kas fizikai tik parodė teoriniais skaičiavimais, kad tokia technika gali veikti, ir eksperimentiškai dar nebuvo išbandyta dėl pateisinamos priežasties – kol kas nėra pakankamai galingų lazerių, kuriais būtų galima teoriją išbandyti praktikoje.

Bet popieriuje principas veikia, remdamasis Faradėjaus efektu, kuris yra šviesos ir magnetinio lauko keistos sąveikos rezultatas.

Tai nėra labai paprasta, bet iš esmės Faradėjaus efektas remiasi faktu, kad jeigu elektromagnetinės bangos, tarkime, regimoji šviesa, sklinda nemagnetinėje terpėje, tada jos poliarizacijos plokštuma, veikiama nuolatinio magnetinio lauko, pasisuks.

Poliarizuota šviesa yra tokia, kurios visos šviesos bangos vibruoja vienoje plokštumoje. Bet šios plokštumos kampas gali suktis.

O dėl Faradėjaus efekto, šviesai sklindant terpe, poliarizacijos plokštuma suksis pagal nuolatinį magnetinį lauką.

Ką visa tai turi bendro su lazeriais? Na, iš Faradėjaus efekto išplaukia, kad keičiant per magnetinę terpę sklindančios regimos šviesos poliarizaciją, ji sukurs magnetinį lauką.

Kuo galingesnė elektromagnetinė banga, tuo stipresnį magnetinį lauką ji gali sukurti – taigi, panaudojus išties stiprius lazerius, turėtų būti įmanoma sukurti išties stiprų lauką.

Su šia idėja fizikai žaidė nuo XX amžiaus septintojo dešimtmečio, bet ji niekur taip ir nepasistūmėjo, kadangi Faradėjaus efektui reikia absorbcijos – paprastai tai vyksta susiduriant elektronams.

Lazeriui pasiekus tam tikrą intensyvumą, elektronai tampa ultrareliatyvistiniai, tai yra, jie susiduria daug rečiau ir įprasta absorbcija liaujasi.

Todėl tyrėjai nutarė, kad pakankamai galingas lazeris, kuriuo būtų galima kurti superstiprų magnetinį lauką, tuo pačiu sustabdytų absorbcijos procesą, tad Faradėjaus efektas nevyktų.

Tačiau dabar tyrėjai iš Rusijos, Italijos ir Vokietijos iškėlė hipotezę, kad itin intensyviuose lazerių spinduliuose absorbciją gali suteikti spinduliavimo trintis,o ne elektronų susidūrimai.

Ir ši ypatinga trinties rūšis, bent jau popieriuje, turėtų suteikti galimybę kurti supergalingą magnetinį lauką.

Remiantis komandos skaičiavimais, pakankamai galingas lazeris galėtų sukurti kelių gigagausų stiprumo magnetinį lauką (gausas yra CGS sistemos magnetino lauko stiprumo matavimo vienetas. 10 000 gausų yra viena tesla – SI magnetinio lauko stiprumo matavimo vienetas).

Palyginimui, gigagausas yra 10⁹ arba 1 000 000 000 gausų (10⁵ teslų). Beprotiškai galingas MRI aparatas tesukuria 70 000 gausų (7T) magnetinį lauką, kai tuo tarpu neutroninės žvaigždės paviršiuje magnetinio lauko stiprumas siekia trilijoną gausų (šimtą milijonų teslų).

Dabar galingiausi laboratorijose sukuriami maždaug 10⁸ gausų laukai kontroliuoja branduolinę sintezę ilgą laiką, tad čia naujoji technika labai praverstų.

Taip pat mokslininkai šia technika galėtų atkurti beprotiškai galingų kosmoso magnetinių laukų sąlygas laboratorijoje.

„Nauja tyrimų sritis – laboratorinė astrofizika – atsirado gan neseniai, ir dabar itin vystosi itin sparčiai, “ sakė vienas iš tyrėjų, Sergey Popruzhenko iš Maskvos Inžinerinės fizikos instituto Rusijoje. „Mūsų darbas kelia itin didelį susidomėjimą dėl atsiveriančių naujų šios srities perspektyvų.“

Naujosios technikos eksperimentinis patikrinimas, siekiant išsiaiškinti, ar ji veikia taip pat gerai, kaip ir ant popieriaus, bus tikras iššūkis. Bet nors Popruzhenko prognozuoja, kad galėsime tai atlikti „artimoje ateityje“, reikės palaukti pakankamai galingų lazerių.

Gera naujiena, kad trys tokie aparatai dabar konstruojami, kaip dalis ES projekto Extreme Light Infrastructure, kuriamo Čekijos respublikoje, Rumunijoje ir Vengrijoje, tad procesas jau vyksta.

„Šie lazerinių įrenginiai gebės sukurti šviesos intensyvumą, kurio reikia superstiprių magnetinių laukų kūrimui, naudojant spinduliavimo trintį, o taip pat daugelio kitų fundamentalių stipriojo lauko efektų stebėjimui,“sakė Popruzhenko.

Tyrimas publikuotas New Journal of Physics.

Fiona Macdonald
www.sciencealert.com