10 petavatų lazeris gali išgarinti materiją

10PW galią sunku įsivaizduoti, tai yra 10 milijonų milijardų vatų. Vos prieš kelis metus 1 PW lazeris vadintas Mirties Žvaigžde. Naujasis – 10 kartų galingesnis. Palyginimui, JAV parduodamų lazerinių rodyklių galia saugumo sumetimais ribojama 0,005W.

10PW lazerio ištakos

Šis lazeris yra dalis Extreme Light Infrastructure (ELI) projekto, kurį Europos mokslininkai pradėjo praėjusio dešimtmečio viduryje, vadovaujami prancūzų mokslininko ir Nobelio premijos laureato Gérard Mourou. Šio projekto tikslas – ne tik lazerinių tyrimų infrastruktūros, bet ir taikomųjų mokslų pažanga.

Šiai programai finansavimą skyrė Europos Komisiaj, ir per keletą metų buvo parinktos trys šalys trims naujiems lazeriams: Rumunija, Vengrija ir Čekijos respublika. Ligšiol projektui skirta daugiau nei 850 milijonų eurų, daugiausiai iš Europos regionų plėtros fondo.

10PW lazeris stovii naujai pastatytoje Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP) laboratorijoje Măgurele mieste, netoli sostinės, Bukarešto. ELI-NP skirta fotobranduolinės fizikos tyrimams ir jos taikymuil. Kitos dvi laboratorijos yra trumpų impulsų antrinių spinduliavimo šaltinių ir dalelių tyrimo ELI-Beamlines Čekijos Respublikoje, ir ELI-ALPS – Attosecond Light Pulse Source (atosekundinių šviesos impulsų šaltinis) – Vengrijoje.

Ką galima nuveikti su 10PW lazeriu?

Su 10PW galia mokslininkai gali išgarinti materiją, taip atverdami naujas supernovų proceso įžvalgas. Tai tik vienas pavyzdys, nors tikrai įspūdingas. Turint tokios galios lazerį, galima tirti sunkiųjų metalų susidarymą.

Yra ir žemiškesnių panaudojimo sričių – ELI-NP tobulins vėžio gydymą protonais bei ieškos naujų radioaktyvių atliekų tvarkymo būdų. Be to, jis galėtų padėti kurti naujus radioaktyvių medžiagų aptikimo būdus, kuriais saugumo komandos galėtų skenuoti, tarkime, atvykstančius konteinerius, ieškodamos pavojingų ir nelegalių medžiagų. Oficiali projekto tyrimų fazė turėtų prasidėti 2020 metų pradžioje.

Per kelis dešimtmečius lazerių galia taip išaugo, kad, pasak ELI „dėl lazerio šviesa veikiamų elektringų dalelių dinamikos reliatyvistinių efektų dominavimo fundamentaliai pasikeičia šviesos ir materijos sąveikos dėsniai”. Iš šio fundamentalaus pokyčio mokslininkai gali sukurti naujus rentgeno spindulių, gama spindulių ir aukštos energijos dalelių kūrimo būdus. Šie nauji metodai, savo ruožtu atveria naujus jų panaudojimo skirtingose mokslo srityse, nuo medicinos tyrimų iki medžiagų mokslų.

Kaip atrodo 10 PW?

Kad ir kaip magėtų įsivaizduoti milžinišką palydovinę lėkštę, iš centro šaudančią spindulį (ahem, Mirties Žvaigždę), netgi 10PW galios lazeris yra kiek kasdieniškesnis. Pats lazeris yra kemroje, o jį valdantys mokslininkai, žinoma, sėdi priešais kompiuterį.

Lazerio galingą ir tikslų veikimą užtikrina dvi kartu veikiančios sistemos. Viena – High Power Laser System (angl. didelės galios lazerinė sistema), kurią sudaro du lazeriai. Jie kuria lazerio impulsus. Kita – Laser Beam Transport System (angl. lazerio spindulio transportavimo sistema), nukreipianti impulsus mikrometrų tikslumu. Šis komponentas yra visai ne lazeris, o, kaip nurodoma ELI-NP pateikiamoje informacijoje – „metro dydžio apertūros pritaikomi veidrodžiai, sumontuoti vakuuminėje vamzdžių ir ertmių sistemoje.” Visai sistemai būtina itin aukšto lygio oro kokybės ir vibracijų kontroliavimo sistema, tad, moksline prasme, galima įsivaizduoti švarų kambarį.

Jei galėtume pažvelgti į apsauginę kamerą kai lazeris veikia, spindulys būtų matomas ir šviestų raudonai, nors spinduliavimas ir netoli infraraudonojo spinduliavimo ribos, pasakoja Dr. Nicolae Zamfir, ELI-NP projekto direktorius. Aukštos energijos pompavimo lazeris irgi būtų matomas – žalias.

Dr. Zamfir dar paaiškino ir lazerio spindulio dydį, apie 60cm ar kiek mažiau, ir plotą, į kurį jis gali būti nukreiptas: „Spindulys sufokusuojamas į mm2 tik sąveikos [kameroje],” pridūrė jis.

Lazerio technologijų ateitis

Jei viskas vyks kaip planuojama, ELI-NP 10PW lazeris taps netgi dar galingesnis. Remiantis optics.org (bei inžinieriaus darbo ELI-NP skelbimu — užtenka bakalauro laipsnio), du 10PW lazeriai bus apjungti ir „fokusuoto lazerio spindulio intensyvumas sieks \(10^{23}W/cm^{2}\), kai bangos ilgis 820 nanometrų ir impulso trukmė 25 femtosekundžių.” Dabartinis stiprumas yra \(10^{15}W/cm^{2}\).

Be trijų laboratorijų Rumunijoje, Vengrijoje ir Čekijoje, ELI planuoja įrengti ir ketvirtą. Kol kas dar nenuspręsta, kur, bet joje naudojamos lazerio galia turėtų būti bent dešimt kartų didesnė už naudojamą Rumunijoje.

Jill Duffy
www.extremetech.com