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激光瞬间加热质料温度凌驾太阳中心温度
2015-12-24

多年来,研究人员一直在研究用高能激光加热质料,以求能最终爆发聚变能量。最近,英国伦敦帝国理工学院的理论物理学家提出一种新的加热机制,通过高能激光爆发无对撞静电攻击波,能在20飞秒内把小块固体质料加热到千电子伏特(千万度)级别,比太阳中心温度还要高。相关结果宣布在最近的《自然·通讯》杂志上。
 研究人员称,这是他们第一次提出这种要领,有望为研究热核聚变能源开辟新途径——科学家们一直在寻求如何模仿太阳爆发清洁能源。
据物理学家组织网报道,新要领的加热速度是目前美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室聚变实验中的100倍。在大部分质料中,激光能量会首先加热质料中的电子,再由电子去加热组成物质的粒子——离子。研究小组的要领是利用激光诱导的静电攻击波直接加热离子,因此比通过电子间接加热更快。                                    通常,当高强度激光照射到质料上时,爆发的静电攻击波会推动离子,使它们加速离开而无法被加热。研究人员发明,如果质料中含有特殊的离子联接,它们会通过攻击波获得差别的加速度,从而导致摩擦,反过来使它们迅速变热。这种效果在含有两种离子的固体(如塑料)中最强,只有一种离子时,就没这种效果。别的,密度大也是加热速度快的原因之一。攻击波通过高密度质料时,离子被挤在一起,摩擦效果比低密度质料要大得多。

论文合著者、该校物理系博士马克·夏洛克说:“两种离子就像洋火头和洋火盒,你两个都需要。一根洋火自己是不会烧起来的。”                                             论文第一作者阿瑟·特瑞尔说,聚变研究中的问题之一就是如何在恰其时间、恰当所在从激光中获得能量。而这一要领让能量直接进入了离子。
我们都知道太阳温度很是高,而这一次英国的理论物理学家可以把固态质料的温度加热到比太阳中心的温度还要高,并有望成绩强大的热核聚变能源。换句话说,未来我们可能创立出许许多多的“人造太阳”,为人类带来无限的清洁能源。事实上,各国的科学家都在为了这一大胆的创想而探索。其中,世界最大激光器——美国国家燃烧装置正距离这个目标越来越近。希望英国科学家的新研究可以资助人类早日实现这个愿望,让多年的梦想逐步成为现实。
伦敦皇家学院理论物理学家已经设计出了一款快速加热装置,可在不到一百万的万分之一秒的时间内将某种质料加热至一千万度。
这种要领在这里首次提出,可能与新的热核聚变能量研究途径有关,在这项研究中,科学家正在寻求可复制出太阳生产清洁能源的能力的要领。
这项加热系统,比目前看到的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室接纳的世界上最具能量激光系统进行的聚变实验加热速率约莫快100倍。目前这场竞争已经进行到理论付诸于实践的阶段。
多年来为了创立能量聚变,研究人员一直在用高能激光器来加热质料。在这项新的研究中,皇家学院物理学家正在寻找直接加热离子的要领,这些颗粒组成了大宗的物质。
激光加热大大都质料时,来自激光的能量首先加热目标中的电子。然后依次加热离子,比直接加热离子的历程要慢。
皇家研究小组发明,当高强度的激光射向某种类型的质料时会形成一个静电攻击波,能够直接加热离子。他们的发明被宣布在《Nature Communications》上。

"这是一个完全意想不到的结果。聚变研究的其中一个问题是在正确的时间正确的所在从激光中获得能量。这种要领可使能量直接进入离子,”论文第一作者阿瑟·特瑞尔博士说。
 一般情况下,激光诱导的静电攻击波将离子推向前面,使他们从攻击波加速离开,但还没有热起来。然而,使用庞大的超等盘算机模拟,研究小组发明发明,如果质料包括离子的特殊组合,它们将通过攻击波以差别的速度加速。这会导致摩擦,摩擦又使它们快速地加热。他们发明,该作用在具有两个离子类型的固体质料中最强,如塑料。

"这两种类型离子的行为像洋火和洋火盒;你需要两者的配合“,皇家学院物理系、相助研究者Mark Sherlock博士说,”一束洋火永远不可点燃自己 ——你需要与洋火盒不绝地爆发摩擦。

"加热目标所用的实际质料很是重要”,相助研究者Steven Rose教授增补说。“关于那些只有一种离子类型的质料,这种作用就完全消失了”。

"这种加热很是迅速,因为目标质料密度很是大。离子被挤压在一起,当静电攻击波通过时,质料的密度通常是一种固体质料密度的十倍,导致摩擦作用要比在低密度质料中的作用强的多,如气体质料。

这项技术如果经过实验验证,关于一个庞大数目的离子群体来说,可能是有史以来被证实在实验室中加热速率最快的。

"当原子在加速器中撞击在一起时,就像大型强子对撞机,温度会变革更快,但这些碰撞是单粒子对之间的碰撞,”Turrell博士说。“相反,在世界各地许多激光设施中都可以探讨这项技术——可以加热通例的固体密度质料。”

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