رأي الفنان.
أظهر الباحثون أكثر من 10 شدة لنبض الليزر23 ث / سم2 يُستخدم ليزر Betawat في مركز علوم الليزر النسبي (CoReLS) التابع لمعهد العلوم الأساسية في جمهورية كوريا. لقد مر أكثر من عقد على تحقيق كثافة الليزر هذه ، وهو ما يعادل عشرة أضعاف ما أفاد به فريق في جامعة ميشيغان في عام 2004. تساعد هذه النبضات الضوئية شديدة الشدة على استكشاف العلاقات المعقدة بين الضوء والمادة بطرق كانت مستحيلة سابقًا.
يمكن استخدام ليزر قوي لاكتشاف الأحداث التي يُعتقد أنها ناجمة عن أشعة كونية عالية الطاقة ذات طاقات أكبر من كوادريليون (1015) إلكترون فولت (EV). على الرغم من أن العلماء يعرفون أن هذه الأشعة تنشأ من مكان ما خارج نظامنا الشمسي ، إلا أن كيفية تشكلها ومكوناتها تظل لغزا طويل الأمد.
قال تشانغ هي ، مدير الشعاب المرجانية والأستاذ في معهد جوانججو للعلوم والتكنولوجيا: “سيسمح هذا الليزر عالي الكثافة للمختبر بدراسة الظواهر الفلكية مثل تشتت الإلكترون والفوتون والفوتون”. “يمكن استخدامه في الاقتراب التجريبي والوصول إلى الأفكار النظرية ، والتي تم اقتراح بعضها لأول مرة منذ أكثر من قرن.”
في بصري، مجلة الجمعية البصرية للبحوث عالية التأثير (OSA) أبلغ الباحثون عن نتائج عدة سنوات من العمل لزيادة شدة نبضات الليزر من ليزر المرجان. تتطلب دراسة تفاعلات المادة بالليزر شعاع ليزر شديد التركيز ، وكان الباحثون قادرين على تركيز حبة الليزر على بقعة واحدة فقط أكثر من ميكرون ، وهو أقل من خُمس قطر شعرة الإنسان. يمكن مقارنة كثافة الليزر القياسية الجديدة بتركيز كل الضوء الذي يصل إلى الأرض عند 10 ميكرون من الشمس.
طور الباحثون في مركز علوم الليزر النسبي في جمهورية كوريا (CoReLS) نبضات عالية الكثافة باستخدام ليزر Betawat (في الصورة). سيسمح هذا لعلماء الليزر عالي الكثافة بدراسة الظواهر الفلكية مثل تشتت الإلكترون والفوتون وتشتت الفوتون في المختبر. الائتمان: Song Hee Nam ، Correls
قلنا: “سيسمح هذا الليزر عالي الكثافة بعلم جديد ومليء بالتحديات ، لا سيما المجال القوي لمعالجة الديناميكا الكهربية الكمية ، والتي يتعامل معها المنظرون بشكل أساسي”. “قد يساعدنا على فهم الظواهر الفلكية بشكل أفضل وتوفير المعلومات اللازمة لتطوير مصادر جديدة لنوع من العلاج الإشعاعي الذي يستخدم البروتونات عالية الطاقة لعلاج السرطان.”
يكثف النبضات
يتوسع الرقم القياسي الجديد في العمل السابق الذي أظهر فيه الباحثون نظام ليزر فيمتوثانية يعتمد على Ti: Sapphire ، الذي يركز 4 بيتاوات (PW) نبضات في 1 ميكرومتر مع مدة تقل عن 20 قدمًا من الثانية. تم الإعلان عن هذا الليزر في عام 2017 ، وهو ينتج حوالي 1000 مرة من الطاقة في نبضة ليزر واحدة أكثر من كل الكهرباء الموجودة على الأرض ، حيث يدوم 24 مرة فقط في الثانية.
لإنشاء نبضات ليزر عالية الكثافة على الهدف ، يجب أن تكون النبضات الضوئية التي تم إنشاؤها مركزة بشكل وثيق للغاية. في هذا العمل الجديد ، يستخدم الباحثون البصريات التكيفية للتعويض بدقة عن التشوهات البصرية. يحتوي هذا النظام على مرايا قابلة للتشوه – لها شكل سطح عاكس يمكن التحكم فيه – يمكنها تصحيح التشوهات في الليزر بدقة وإنشاء شعاع بطول موجة يتم التحكم فيه جيدًا. ثم استخدموا مرآة كبيرة خارج المحور على شكل قطع مكافئ لتحقيق تركيز أكثر إحكامًا. تتطلب هذه العملية معالجة دقيقة للنظام البصري للتركيز.
غرفة تلامس جسم الليزر لتسريع البروتون ، بكثافة بؤرية أكبر من 1023 ث / سم2 تم إثبات أن الزجاج المكافئ خارج المحور F / 1.1 يتم توسيطه بإحكام على شعاع ليزر متعدد بيتا واط. الائتمان: تشانغ هي نام
“لقد سمحت سنوات خبرتنا العديدة في تطوير ليزر الطاقة فائقة الصغر لليزر PW بأداء المهمة القوية المتمثلة في إنجاز شدة ليزر تزيد عن 10 أمتار لكل ميكرومتر مع حجم شعاع يبلغ 28 سم.23 ث / سم2قال لدينا.
دراسة العمليات عالية الطاقة
يستخدم الباحثون هذه النبضات عالية الكثافة لإنتاج إلكترونات ذات طاقات أكبر من 1 GeV (109 eV) وللعمل في نظام غير خطي حيث يتصادم إلكترون واحد مع عدة مئات من فوتونات الليزر في وقت واحد. أحد أنواع الحقول القوية في هذه العملية هو الديناميكا الكهربية الكمية ، والمعروف أيضًا باسم تشتت الخطي غير كومبتون ، والذي يُعتقد أنه يساهم في توليد أشعة كونية عالية الطاقة.
سوف يستخدمون أيضًا ضغط الإشعاع الناتج عن الليزر بكثافة الأشعة فوق البنفسجية لتسريع البروتونات. سيساعد فهم كيفية حدوث هذه العملية في تطوير مصدر بروتون جديد قائم على الليزر لعلاج السرطان. يتم تطوير المصادر المستخدمة في العلاج الإشعاعي اليوم باستخدام معجل يتطلب درعًا إشعاعيًا كبيرًا. من المتوقع أن يقلل مصدر البروتون الذي يعمل بالليزر من تكلفة الكمبيوتر ، مما يجعل آلة الأورام بالبروتون أقل تكلفة ويمكن الوصول إليها على نطاق واسع للمرضى.
يعمل الباحثون باستمرار على تطوير أفكار جديدة لزيادة تعزيز كثافة الليزر دون زيادة كبيرة في حجم نظام الليزر. تتمثل إحدى طرق تحقيق ذلك في إيجاد طريقة جديدة لتقليل مدة نبضة الليزر. مع وجود أشعة الليزر ذات القمم التي تتراوح من 1 إلى 10 PW قيد التشغيل الآن والعديد من المرافق المخطط لها للوصول إلى 100 PW ، ليس هناك شك في أن الفيزياء عالية الكثافة ستحقق خطوات هائلة في المستقبل.
ملاحظة: “إدراك شدة الليزر أكثر من 1023 ث / سم2“JW Yoon و YG Kim و IW Choi و J.H. تشونغ ، إتش دبليو لي ، إس. لي ، سي. لدينا ، 6 مايو 2021 ، بصري.
DOI:
