Ρότσεστερ: Πυρηνική σύντηξη στην ύλη με σύστημα λέιζερ

Το Εργαστήριο Ενέργειας Λέιζερ στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ χρησιμοποιεί ένα ισχυρό σύστημα λέιζερ Ωμέγα 60 ακτίνων για να παρέχει συγκεντρωμένη ενέργεια στους στόχους, μιμούμενος τις συνθήκες του εσωτερικού των εξωπλανητών και των κέντρων αστεριών, σύμφωνα με αποακλυπτικό άρθρο της ιστοσελίδας bigthink.com.

Αυτό το σύστημα λέιζερ λειτουργεί υπερθερμαίνοντας τα εξωτερικά στρώματα του στόχου προκαλώντας ένα εκρηκτικό αποτέλεσμα που δημιουργεί ένα ωστικό κύμα, οδηγώντας την ύλη σε καταστάσεις υψηλής πίεσης.

Η εκμετάλλευση του φωτός

Τα πιο ενδιαφέροντα μέρη του Σύμπαντος βρίσκονται υπό μεγάλη πίεση. Βαθιά μέσα σε πλανήτες (ειδικά σε εξωπλανήτες όπως οι τεράστιες υπερ-Γαίες), η βαρύτητα συνθλίβει την ύλη σε εξωτικές μορφές που δεν βρίσκονται σε πλανητικές επιφάνειες.

Στο κέντρο των άστρων, οι πιέσεις είναι τόσο υψηλές που τα άτομα υδρογόνου συμπιέζονται σφιχτά μέχρι να συντηχθούν σε ήλιο, απελευθερώνοντας ενέργεια σε μια διαδικασία που ονομάζεται σύντηξη που κάνει τον Ήλιο να συνεχίσει να λάμπει.

Φαίνεται παράξενο ότι το φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συνθλίψει δείγματα ύλης σε πυκνότητες που βρίσκονται στο κέντρο ενός γιγάντιου εξωπλανήτη ή αστεριού.

Εργαστήριο Ενέργειας Λέιζερ (LLE)

Ένα τεράστιο κτίριο που στεγάζει το Εργαστήριο Ενέργειας Λέιζερ (LLE) χρησιμοπιεί το σύστημα λέιζερ Omega 60 ακτίνων.

Πυροδοτώντας μία φορά την ώρα, το Omega μπορεί να παραδώσει έως και 60 terrawatts ισχύος σε στόχους που βρίσκονται στο κέντρο ενός τεράστιου θαλάμου σε σχήμα μπάλας ποδοσφαίρου, γεμάτο με όργανα. Το LLE είναι επίσης η βάση του Κέντρου για την ύλη σε ατομικές πιέσεις, ένα πρόγραμμα του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών το οποίο χρησιμοποιεί τα λέιζερ του LLE για να ωθήσει, μεταξύ άλλων, τα σύνορα της επιστήμης των εσωτερικών εξωπλανητών.

Το φως λέιζερ είναι συνεκτικό, πράγμα που σημαίνει ότι αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα ενός μόνο μήκους κύματος. Αυτό είναι διαφορετικό από αυτό που βγαίνει, ας πούμε, από έναν λαμπτήρα, ο οποίος εκπέμπει φως πολλών μηκών κύματος (δηλαδή, «λευκό» φως). Η συνοχή του φωτός λέιζερ σημαίνει ότι μια εστιασμένη δέσμη μπορεί να μεταφέρει εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σε έναν μικρό στόχο σε πολύ σύντομα χρονικά διαστήματα. Είναι η παροχή τόσο πολλής ενέργειας που δίνει στα συστήματα Omega και λέιζερ όπως αυτό τη διάτρηση που χρειάζονται για να οδηγήσουν την ύλη σε υψηλές πιέσεις.

Από το λέιζερ στην πίεση

Αλλά η σύνδεση μεταξύ των έντονων λέιζερ και της υψηλής πίεσης δεν είναι άμεση. Αντίθετα, απαιτεί ένα κρίσιμο ενδιάμεσο βήμα.

Όταν τα λέιζερ χτυπούν το στόχο τους, συνδέονται με την ύλη ρίχνοντας ενέργεια στις τυχαίες κινήσεις των συστατικών σωματιδίων της ύλης (όπως τα ηλεκτρόνια). Αυτές οι τυχαίες κινήσεις είναι ουσιαστικά θερμότητα. Τα λέιζερ υπερθερμαίνουν γρήγορα τα εξωτερικά στρώματα του στόχου, τα οποία ανταποκρίνονται φυσώντας υλικό προς τα έξω όπως σε μια έκρηξη. Σε αυτή την περίπτωση, ένα ισχυρό ωστικό κύμα μπορεί να οδηγηθεί στην αντίθετη κατεύθυνση της έκρηξης, δηλαδή στο στόχο.

Καθώς το ωστικό κύμα, που ταξιδεύει με δεκάδες μίλια το δευτερόλεπτο, διασχίζει τον στόχο, συμπιέζει την ύλη σε πυκνότητες που δεν μπορούσαν να επιτευχθούν με άλλο τρόπο.

Η χρήση αυτού του είδους «φαινόμενου πυραύλου» είναι επίσης η βάση του τρόπου με τον οποίο οι επιστήμονες πέτυχαν τα πρώτα τους πειράματα σύντηξης νεκρού σημείου στο σύστημα λέιζερ National Ignition Facility στο Lawrence Livermore National Lab (το NIF είναι ο «μεγάλος αδερφός» του LLE).

Για τις μελέτες σύντηξης, τα λέιζερ εκτοξεύονται σε μια μικροσκοπική σφαιρική κάψουλα (μέγεθος BB) που περιέχει ένα ισότοπο υδρογόνου. Τα εξωτερικά στρώματα της κάψουλας στη συνέχεια «αποκόπτονται». Αυτό σημαίνει ότι η θερμότητα που παράγεται από τα λέιζερ εκτοξεύεται από το εξωτερικό κέλυφος.

Η αφαίρεση λειτουργεί ως ένα είδος σφαιρικού κινητήρα πυραύλων που σπρώχνει την κάψουλα σε κατάρρευση (μια έκρηξη) και τη συμπιέζει έως ότου το υδρογόνο συντήξει σε ήλιο.

Έτσι, το φως μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα, η οποία μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε κίνηση και το αποτέλεσμα αυτής της κίνησης μπορεί να μετατραπεί σε μεγάλη συμπίεση. Είναι μια κομψή μέθοδος που απαιτεί μεγάλα μηχανήματα που μπορούν να επικεντρωθούν σε πολύ μικρούς στόχους, δίνοντας στους επιστήμονες βαθιές απόψεις για τις πιέσεις που διαμορφώνουν το Σύμπαν.

www.worldenergynews.gr