Pöytätason menetelmällä lähes megateslojen magneettikenttiä

Osakan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän erittäin voimakkaiden magneettikenttien tuottamiseksi laserilla ohjattujen terärakenteisten mikroputkien imploosioiden avulla. Menetelmällä saavutetaan lähes yhden megatelan kentänvoimakkuudet – läpimurto kompaktissa, voimakkaassa plasmatutkimuksessa.

Megateslojen tasoa lähestyvät ultravahvat magneettikentät – verrattavissa voimakkaasti magnetoituneiden neutronitähtien tai astrofysikaalisten suihkujen lähellä havaittuihin kenttiin – on nyt teoriassa osoitettu käyttämällä kompaktia, laserilla toimivaa laitteistoa.

Professori Masakatsu Murakamin johtama Osakan yliopiston ryhmä on ehdottanut ja simuloinut ainutlaatuista järjestelmää, jossa käytetään mikronin kokoisia onttoja sylintereitä, joissa on sisäiset sahanterämäiset viistot pinnat, näiden kenttätasojen saavuttamiseksi.

Tekniikka – jota kutsutaan terämäiseksi mikroputki-implosioksi (BMI) – perustuu erittäin voimakkaiden femtosekuntilaserpulssien suuntaamiseen lieriömäiseen kohteeseen, jossa on sahanterämäiset sisäterät. Nämä terät saavat implodoivan plasman pyörimään epäsymmetrisesti, mikä tuottaa kiertovirtoja lähellä keskustaa. Tuloksena oleva silmukkavirta tuottaa itsestään tasaisesti voimakkaan aksiaalisen magneettikentän, joka ylittää 500 kiloteslan ja lähestyy megateslojen aluetta. Ulkoisesti käytettyä siemenkenttää ei tarvita.

Tämä mekanismi on jyrkässä ristiriidassa perinteisen magneettisen puristuksen kanssa, joka perustuu alkuperäisen magneettikentän vahvistamiseen. BMI:ssä kenttä syntyy tyhjästä – puhtaasti laserin ja plasman vuorovaikutusten ohjaamana.

Lisäksi niin kauan kuin kohteessa on rakenteita, jotka rikkovat sylinterimäistä symmetriaa, voimakkaita magneettikenttiä voidaan silti tuottaa vankasti.

Prosessi muodostaa takaisinkytkentäsilmukan, jossa varattujen hiukkasten – ioneista ja elektroneista koostuvien – virtaukset vahvistavat magneettikenttää, mikä puolestaan rajoittaa näitä virtauksia tiukemmin ja vahvistaa kenttää entisestään.

”Tämä lähestymistapa tarjoaa tehokkaan uuden tavan luoda ja tutkia äärimmäisiä magneettikenttiä kompaktissa muodossa”, sanoo professori Murakami. ”Se tarjoaa kokeellisen sillan laboratorioplasmojen ja astrofysiikan maailmankaikkeuden välille.”

Mahdollisia sovelluksia ovat:

• - Laboratorioastrofysiikka: magnetoituneiden suihkujen ja tähtien sisätilojen matkiminen

• - Laserfuusio: protonisäteen nopean sytytyksen edistäminen

• - Korkean kentän QED: epälineaaristen kvantti-ilmiöiden tutkiminen

Aiheesta aiemmin:

Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille

Fononilaser

Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin