Anonim

Ny teknik kan gøre materialer varmere end Sun 's kerne i 20 quadrillionths of a second

Materialer

David Szondy

16. november 2015

Den nye teknik kan opvarme materialer til temperaturer, der er større end Suns kerne i under en million milliont sekund (Kredit: Imperial College London)

Hvis nogle mennesker bliver utålmodige og venter på et blødkogt æg til at lave mad, er det ikke noget i forhold til en gruppe teoretiske fysikere på Imperial College London. De har fået en ny metode, der kan give lasere mulighed for at varme visse materialer til temperaturer varmere end ved solens kerne i 20 quadrillionths of a second. Den nye teknik ville angiveligt være 100 gange hurtigere end verdens mest energiske lasersystem ved Lawrence Livermore National Laboratory i Californien og ville have store anvendelser i fremtidig fusionsforskning.

Med sit løfte om billig, ubegrænset energi er fusionskraft den hellige gral af energiproduktion. For at gøre fusionsreaktorer praktiske, er det desværre nødvendigt at genskabe forhold og processer svarende til dem, der findes i Solens indre. For ingeniører og forskere, der bruger lasere for at nå dette mål, er en af ​​de snuble, hvordan man hurtigt opvarmer et mål til utroligt høje temperaturer.

Ifølge Imperial College-teamet er svaret simpelthen et spørgsmål om at ramme et mål med flere og mere kraftfulde lasere. Det kræver at adressere, hvordan materialet opvarmes. I den form for høj temperatur plasmamiljø, som fusion opstår, hvordan en laser opvarmer noget er en kompleks proces, hvor laserstrålen opvarmer elektronerne i et materiale, som derefter opvarmer de ioner, der udgør det meste af materialets masse. Det virker, men det er relativt langsomt.

Hvad Imperial College-teamet ønskede, var at skære ud elektronerne og opvarme ionerne direkte. Ifølge Dr. Arthur Turrell gjorde de den uventede opdagelse, at hvis visse typer materialer rammes af en højintensitetslaser, genererer de det, der kaldes en elektrostatisk stødbølge.

Det i sig selv er ikke nyt, men tidligere var alle sådanne shockwaves push ionerne foran dem uden nogen varme effekt. Teamet, der findes ved hjælp af sofistikeret supercomputermodellering, at højdensitetsmaterialer, såsom plast eller cæsiumhydrid, har en særlig kombination af ioner, der accelereres med forskellige hastigheder, og det giver en slags friktion, hvor en enkelt slags ion ikke gør det t. Fordi materialet har en høj densitet, presses ionerne sammen med chokbølgen med en faktor på 10, hvilket øger friktionseffekten.

"De to typer af ioner fungerer som kampe og en kasse, du har brug for begge, " siger dr Mark Sherlock fra instituttet for fysik på imperial. "En flok kampe vil aldrig lyse på egen hånd - du har brug for friktionen forårsaget af at slå dem mod boksen. "

Hidtil er Imperial College-teknikken strengt teoretisk og har kun været forsøgt i computermodeller, men det tyder på, at det ville være i stand til at opvarme små mængder fast stof til temperaturer i området 11, 6 millioner grader Celsius (20, 8 millioner ° F) i tiere femtosekunder, eller mindre end en million millioner af et sekund. Udfordringen er nu at bevise teknikken eksperimentelt, hvilket er noget, som holdet er sikker på, kan opnås. Hvis det er tilfældet, siger holdet, at det ville være den hurtigste opvarmningshastighed nogensinde opnået i et laboratorium for et betydeligt antal partikler og ville have stor indflydelse på fusionsforskning og applikationer.

"Hurtigere temperaturændringer sker, når atomer slår sammen i acceleratorer som Large Hadron Collider, men disse kollisioner er mellem enkeltpar partikler, " siger dr. Turrell. "I modsætning hertil kunne den foreslåede teknik udforskes ved mange laserfaciteter rundt omkring i verden og ville varme materiale i fast massefylde. "

Holdets resultater blev offentliggjort i Nature Communications .

Kilde:

Imperial College London

Den nye teknik kan opvarme materialer til temperaturer, der er større end Suns kerne i under en million milliont sekund (Kredit: Imperial College London)

Anbefalet Redaktørens Valg