Машины-монстры: 200-тераваттный лазер, который позволит изучать пограничные состояния материи [Технологии]

  В национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC National Accelerator Laboratory начат процесс запуска в работу модернизированного сверхмощного лазера, импульсы которого смогут буквально "осветить" многие области науки и воспроизвести в лаборатории чрезвычайные условия, которые присутствуют в различных частях космоса, в недрах звезд и массивных планет. Этот мощный лазер будет работать в паре с рентгеновским лазером LCLS (Linac Coherent Light Source), что позволит произвести съемку процессов, происходящих в материи, находящейся под воздействием чрезвычайных условий, температур, достигающих миллионов градусов, и давлений порядка 2 миллиардов тонн на квадратный дюйм.

  Кроме исследований пограничных состояний материи импульсы света нового лазера будут использоваться для получения лучей вторичных частиц, что может быть использовано для исследований некоторых экзотических и пограничных состояний материи, таких, как плотная плазма, которая находится внутри звезд.

  Модернизированная лазерная система рассчитана на генерацию импульсов, мощностью в 200 тераватт. Это в семь раз больше мощности системы до ее модернизации и в 100 раз больше суммарного моментального расхода энергии во всем мире, сжатого в десятки фемтосекунд, квадриллионных частей секунды. До модернизации мощность системы составляла 30 тераватт, а сейчас импульс нового лазера более мощен, нежели суммарные импульсы всех других 150 лазеров лаборатории SLAC.

  Тем не менее, новый лазер SLAC не является самым мощным лазером в мире. Пальму первенства держит лазер LFEX, запущенный в Японии в этом году, мощность которого еще в 10 раз выше. Но уникальность новой лазерной системы заключается в том, что ее работа синхронизирована с работой мощного сверхскоростного рентгеновского лазера, который позволяет снимать с высоким разрешением и с регулируемой задержкой все процессы, происходящие в материи на атомарном уровне.



  Ключевым компонентом модернизации лазерной системы является новый кристалл из высококачественного сапфира, допированного титаном, который имеет размер около 8 сантиметров в диаметре. Этот кристалл служит для усиления света от другого лазера и фокусировки выходного луча до пятна, диаметром в несколько миллионных долей миллиметра. Модернизации подверглись также системы синхронизации и выбора времени импульса, которые позволяют синхронизировать последовательность импульсов почти инфракрасного света и рентгеновского излучения с точностью, измеряемой фемтосекундами.

  Работа новой лазерной системы начнется позже в этом месяце, а работать она будет на половине своей расчетной мощности, 100 тераваттах. В последующее время мощность будет плавно увеличиваться, пока лазер не выйдет на свою расчетную мощность. Сначала лазер будет вырабатывать 100-тераваттные импульсы, продолжительностью 40 фемтосенкунд, с частотой один импульс в 3.5 минуты. А на пиковой мощности в 200 тераватт промежуток времени между импульсами будет составлять 7 минут.

  Но и 200 тераватт мощности не являются пределом мечтаний ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями материи и ее состояний. Поэтому лазерная система позже может быть модернизирована до мощности в 300 и 400 тераватт, но это будет возможно лишь при помощи замены части существующего и установки дополнительного оборудования.