Mencapai 2 Petawat Kekuasaan, fasilitas Zeus yang didanai oleh NSF di University of Michigan mendukung penelitian dengan potensi manfaat untuk kedokteran, keamanan nasional, ilmu material, dan bidang lainnya.
Fasilitas Laser Zeus di University of Michigan telah mencapai eksperimen resmi pertamanya di 2 Petawatts (2 Quadrillion Watts), hampir dua kali lipat kekuatan puncak laser lain yang saat ini beroperasi di Amerika Serikat.
Di luar total listrik yang diproduksi di seluruh dunia lebih dari 100 kali, ledakan daya yang sangat besar ini hanya ada untuk kisaran pulsa laser yang sangat pendek, hanya 25 quintilonths dari satu detik.
“Tonggak sejarah ini menandai awal dari percobaan yang telah pindah ke daerah yang belum dieksplorasi untuk ilmu lapangan Amerika yang tinggi,” kata Karl Krushelnick, direktur Gérard Mourou Center for UltraFast Optical Science, yang mengakomodasi Zeus.
Aplikasi di seluruh sains dan masyarakat
Penelitian di Zeus akan memiliki aplikasi di bidang kedokteran, keamanan nasional, ilmu material dan astrofisika, selain plasma Ilmu dan fisika kuantum. Didukung oleh Yayasan Sains Nasional AS, Zeus adalah fasilitas pengguna – yang berarti bahwa tim peneliti dari seluruh negeri dan internasional dapat mengajukan proposal eksperimental yang melalui proses seleksi independen.
“Salah satu hal hebat tentang Zeus bukan hanya satu palu laser besar, tetapi Anda dapat membagi cahaya menjadi beberapa blok,” kata Franklin Dollar, profesor fisika dan astronomi di University of California, Irvine, yang timnya menjalankan eksperimen pengguna pertama di 2 Petawatts. “Memiliki sumber daya nasional seperti ini, yang memberi waktu kepada pengguna yang konsep eksperimennya adalah yang paling menjanjikan untuk memajukan prioritas ilmiah, benar -benar membawa ilmu pengetahuan laser intensitas tinggi kembali ke AS”
Memproduksi level akselerator partikel
Tim dolar, bekerja dengan fasilitas Zeus, bertujuan untuk menghasilkan balok elektron dengan energi yang sebanding dengan yang diproduksi dalam akselerator partikel yang membentang selama ratusan meter. Balok -balok ini akan membawa energi 5 hingga 10 kali lebih banyak dari yang dicapai sebelumnya di Zeus.
“Kami bertujuan untuk mencapai energi elektron yang lebih tinggi menggunakan dua balok laser yang terpisah – satu untuk membentuk saluran pemandu dan yang lain untuk mempercepat elektron melaluinya,” kata Anatoly Maksimchuk, Ilmuwan Penelitian UM di bidang teknik listrik dan komputer, yang memimpin pengembangan area eksperimental.
Bagian dari upaya ini melibatkan target yang dirancang. Tim memperluas sel gas yang mengandung helium di mana pulsa laser diarahkan. Ketika denyut nadi melewati, ia menelanjangi elektron dari atom, membuat plasma – campuran elektron bebas dan ion bermuatan positif. Elektron yang dilepaskan kemudian ditarik setelah pulsa laser, seperti peselancar mengendarai gelombang di belakang kapal yang melaju, dalam proses yang dikenal sebagai akselerasi Wakefield.
Karena cahaya bergerak lebih lambat melalui plasma, elektron dapat mengejar pulsa laser. Dengan target yang lebih panjang dan lebih padat, mereka dapat menghabiskan waktu ekstra untuk mempercepat sebelum menyalip denyut nadi, memungkinkan mereka untuk mencapai kecepatan yang jauh lebih tinggi.
Menuju Eksperimen Skala Zettawatt
Demonstrasi kemampuan Zeus untuk membangun tahap untuk percobaan Tengara, yang diperkirakan akan berakhir akhir tahun ini, di mana elektron yang dipercepat akan bertabrakan dengan pulsa propagasi counter -laser. Dari perspektif elektron, pulsa laser 3-Petawat akan tampak diperkuat pada skala Zettawatt. Fenomena ini memberi Zeus nama lengkapnya: “Sistem pulsa laser ultrashort setara Zettawatt.”
“Penelitian dasar yang dilakukan di fasilitas NSF Zeus memiliki banyak aplikasi yang mungkin, termasuk metode pencitraan yang lebih baik untuk jaringan lunak dan teknologi yang maju yang digunakan untuk mengobati kanker dan penyakit lainnya,” kata Vyacheslav Lukin, direktur program di Divisi Fisika NSF, yang mengawasi proyek ZEUS. “Ilmuwan yang menggunakan kemampuan unik Zeus akan memperluas batas pengetahuan manusia dengan cara baru dan memberikan peluang baru untuk inovasi Amerika dan pertumbuhan ekonomi.”
Fasilitas Zeus cocok dengan ruang yang mirip dengan game sekolah. Di salah satu sudut ruangan, laser menghasilkan pulsa inframerah awal. Perangkat optik yang disebut kisi difraksi merentangkannya dalam waktu sehingga ketika laser pompa melemparkan pulsa ke dalam pulsa, itu tidak menjadi begitu kuat sehingga mulai merobek udara yang terpisah. Pulsa terbesar adalah 12 inci dan beberapa kaki panjang.
Setelah empat pompa laser menambah energi, denyut nadi memasuki kekosongan. Kisi kisi lain yang meratakannya ke disk 12 inci yaitu 8 mikron-sekitar 10 kali lebih tipis dari selembar kertas printer. Bahkan pada persimpangan 12 inci, intensitasnya dapat mengubah udara menjadi plasma, tetapi kemudian fokus hingga 0,8 mikron lebar untuk memberikan intensitas maksimum pada percobaan.
https://www.youtube.com/watch?v=3syblssqbze
Terbang animasi dari sistem laser Zeus. Kredit: Universitas Michigan
“Sebagai fasilitas berukuran sedang, kami dapat beroperasi lebih gesit daripada fasilitas skala besar seperti akselerator partikel atau fasilitas pengapian nasional,” kata John Nees, Ilmuwan Penelitian UM di bidang teknik listrik dan komputer, yang memimpin konstruksi Laser Zeus. “Keterbukaan ini menarik ide -ide baru dari komunitas ilmuwan yang lebih luas.”
Tantangan dalam membangun kekuatan penuh
Jalan menuju 2 petawatt lambat dan hati -hati. Hanya mendapatkan potongan yang mereka butuhkan untuk merakit sistem lebih sulit dari yang diharapkan. Tantangan terbesar adalah kristal safir, diresapi dengan atom titanium. Diameter hampir 7 inci, ini adalah komponen penting dari sistem akhir sistem, yang membawa pulsa laser ke daya penuh.
“Kristal yang akan kita dapatkan di musim panas akan membuat kita 3 petawatt, dan butuh empat setengah tahun untuk diproduksi,” kata Franko Bayer, manajer proyek untuk Zeus. “Ukuran kristal titanium safir yang kita miliki, hanya ada beberapa di dunia.”
Sementara itu, melompat dari kekuatan 300 yang dipertahankan dari laser Hercules sebelumnya menjadi hanya 1 petawatt di Zeus mengakibatkan kegelapan kegelapan kisi. Pertama, mereka harus menentukan penyebabnya: apakah mereka rusak secara permanen atau hanya digelapkan oleh endapan karbon dari balok yang kuat yang molekul air mata -molekul yang mengapung di ruang vakum yang tidak sempurna?
Ketika ternyata itu adalah deposit karbon, Nees dan tim laser harus mengetahui berapa banyak tembakan laser yang dapat berjalan dengan aman di antara pembersihan. Jika kisi -kisi menjadi terlalu gelap, mereka dapat mendistorsi pulsa laser dengan cara yang merusak optik lebih jauh di sepanjang jalan.
Akhirnya, tim Zeus telah menghabiskan total 15 bulan menjalankan eksperimen pengguna sejak pembukaan pada Oktober 2023 karena masih ada banyak pengetahuan yang dapat dilakukan dengan Laser 1 Petawatt. Sejauh ini, ia telah menyambut 11 percobaan terpisah dengan total 58 percobaan dari 22 institusi, termasuk peneliti internasional. Selama tahun berikutnya, antara percobaan pengguna, tim Zeus akan terus meningkatkan sistem ke potensi penuhnya.
Didukung oleh Yayasan Sains Nasional AS
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
