เลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกคือ 2,000 ล้านล้านวัตต์ - แต่จะเหมาะกับอะไร?

เลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกคือ 2,000 ล้านล้านวัตต์ - แต่จะเหมาะกับอะไร?

Anonim

โดย Gianluca Sarri การสนทนา

ลำแสงเลเซอร์ที่ทรงพลังที่สุดที่เคยสร้างถูกยิงเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่มหาวิทยาลัยโอซาก้าในประเทศญี่ปุ่นที่ซึ่งเลเซอร์สำหรับการทดลองติดไฟได้รวดเร็ว (LFEX) ได้รับการส่งเสริมเพื่อผลิตลำแสงที่มีกำลังสูงสุด 2, 000 ล้านล้านวัตต์ - สอง Petawatts ระยะเวลาประมาณหนึ่งล้านล้านของวินาทีหรือหนึ่ง picosecond

ค่านิยมที่มีขนาดใหญ่นี้ยากที่จะเข้าใจ แต่เราสามารถคิดได้ว่ามันมีพลังมากกว่าพันล้านเท่าของแสงจากสนามกีฬาทั่วไปหรือเป็นพลังงานโดยรวมของพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดของดวงอาทิตย์ที่ตกลงบนลอนดอน ลองจินตนาการถึงการมุ่งเน้นพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวกว้างเท่ากับเส้นผมของมนุษย์ในช่วงเวลาหนึ่งในล้านล้านของวินาที: นั่นคือเลเซอร์ LFEX

LFEX เป็นหนึ่งในซีรีส์เลเซอร์พลังงานสูงพิเศษที่ถูกสร้างขึ้นทั่วโลกตั้งแต่สิ่งอำนวยความสะดวกการจุดระเบิดแห่งชาติขนาดใหญ่ 192- คานในแคลิฟอร์เนียไปจนถึงเลเซอร์ CoReLS ในเกาหลีใต้และเลเซอร์วัลแคนที่ Rutherford Appleton ห้องปฏิบัติการนอกอ๊อกซ์ฟอร์ด

มีโครงการอื่น ๆ ในขั้นตอนการออกแบบซึ่งความทะเยอทะยานที่สุดน่าจะเป็นโครงสร้างพื้นฐานของแสงที่รุนแรงซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างประเทศในยุโรปตะวันออกที่อุทิศให้กับการสร้างเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า LFEX ถึง 10 เท่า

แล้วอะไรคือแรงผลักดันให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสร้างอัญมณีแห่งแสงและเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ มีอะไรเพียงพอที่จะโน้มน้าวให้นักการเมืองจัดสรรงบประมาณการวิจัยที่สำคัญเช่นนี้เพื่อสนับสนุนโครงการอันยิ่งใหญ่เหล่านี้

สร้างจักรวาลขึ้นใหม่

เหตุผลแรกที่นึกถึงก็คือ "ปัจจัยว้าว" ที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์ แต่มันมีอะไรมากกว่าแค่จินตนาการของนักวิทยาศาสตร์และผู้ที่ชื่นชอบ

เลเซอร์ที่ทรงพลังนี้เป็นวิธีเดียวที่เราจะต้องสร้างสภาพแวดล้อมสุดขั้วที่พบในอวกาศเช่นในชั้นบรรยากาศของดาว - รวมถึงดวงอาทิตย์ของเรา - หรือในแกนกลางของดาวเคราะห์ยักษ์เช่นดาวพฤหัสบดี เมื่อแสงเลเซอร์อันทรงพลังเหล่านี้ถูกไล่ออกจากวัตถุธรรมดามันจะระเหยกลายเป็นไอทันทีซึ่งนำไปสู่ก๊าซไอออนิกที่ร้อนและหนาแน่นสูงซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าพลาสมา สสารที่รุนแรงที่สุดนี้หายากมากบนโลก แต่พบได้ทั่วไปในอวกาศเกือบ 99% ของสสารทั่วไปในเอกภพเชื่อว่าอยู่ในสถานะพลาสมา

เลเซอร์ที่ทรงพลังเป็นพิเศษทำให้เราสามารถสร้างแบบจำลองขนาดเล็กของสภาวะสุดขั้วเหล่านี้และวัตถุจากจักรวาลในแบบที่พวกเขาสามารถศึกษาได้ในลักษณะที่ควบคุมได้ในห้องปฏิบัติการ ในทางหนึ่งพวกมันอนุญาตให้เราย้อนเวลากลับไปเนื่องจากพวกมันสามารถสร้างเงื่อนไขที่พบในเอกภพในยุคต้น ๆ หลังจาก Big Bang สภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูงและร้อนแรงเหล่านี้ซึ่งมีเพียงเลเซอร์อันทรงพลังเท่านั้นที่สามารถสร้างขึ้นได้สอนเรามากมายเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาลและสถานะปัจจุบันของเรา

ใช้ใกล้บ้าน

ในทางปฏิบัติแล้วสิ่งอำนวยความสะดวกเลเซอร์ไม่เพียง แต่น่าสนใจสำหรับการป้อนเข้าไปในการวิจัยเชิงทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นหัวใจสำคัญของการใช้งานจริงที่สำคัญ ตัวอย่างเช่นการวิจัยในปัจจุบันเป็นทางเลือกและการสร้างพลังงานสะอาดหรือการดูแลสุขภาพ LFEX นั้นใช้กับอดีตเป็นส่วนใหญ่เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นเพื่อศึกษาการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชั่น

ซึ่งแตกต่างจากฟิชชันนิวเคลียร์ฟิวชั่นนิวเคลียร์ไม่ได้สร้างกากกัมมันตรังสี ซึ่งหมายความว่าเชื้อเพลิงฟิวชั่นนั้นง่ายต่อการจัดเก็บและจัดการมากขึ้น - เราสามารถใช้น้ำทะเลและลิเธียมได้ค่อนข้างสะดวกและง่ายกว่ายูเรเนียม

ฟิวชั่นนิวเคลียร์เป็นสิ่งที่สร้างและค้ำจุนพลังงานอันยิ่งใหญ่ของดวงดาว แต่มันต้องใช้กำลังสำคัญในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่ เลเซอร์กำลังสูงเช่น LFEX เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับงาน ในความเป็นจริงแล้วผลการทดสอบเบื้องต้นได้รับการกระตุ้นด้วยการทดสอบที่จุดระเบิดแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาที่จัดการเพื่อสร้างพลังงานมากกว่าที่ใช้ในโอกาสเดียวเมื่อปีที่แล้ว

การวิจัยอนุภาคที่ราคาไม่แพง

เลเซอร์ระดับสูงพิเศษนี้น่าดึงดูดอย่างยิ่งเพราะมันเป็นทางเลือกที่มีขนาดกะทัดรัดและราคาไม่แพงมาก (โดยการเปรียบเทียบ) ทางเลือกสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่เช่นที่ CERN ซึ่งวัดความยาวหลายกิโลเมตร เครื่องเร่งอนุภาคที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์กำลังสูงสามารถผลิตรังสีเอกซ์คุณภาพสูงพิเศษโดยไม่จำเป็นต้องใช้อนุภาคไอโซโทปรังสีซึ่งจำเป็นต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวัง เลเซอร์เอ็กซเรย์ที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์เหล่านี้สามารถใช้สำหรับการถ่ายภาพความละเอียดสูงของเนื้อเยื่อชีวภาพในระบบที่กะทัดรัดและราคาไม่แพง ตัวอย่างเช่นเอกซ์เรย์ของแมลง

นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับการใช้ลำแสงไอออนที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์สำหรับการรักษาโรคมะเร็ง เทคนิคนี้ถูก จำกัด เนื่องจากค่าใช้จ่ายและขนาดของเครื่องเร่งความเร็วแบบธรรมดา การรักษามะเร็งด้วยแสงเลเซอร์นั้นมีราคาไม่แพงสำหรับโรงพยาบาลจำนวนมากขึ้นซึ่งนำเทคนิคการรักษามะเร็งที่มีประสิทธิภาพนี้ไปใช้กับผู้ป่วยจำนวนมากขึ้น

ดังนั้นพลังงานที่สูงเป็นพิเศษที่ LFEX สามารถมอบให้ได้เพียงช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้นไม่ใช่แค่ของเล่นใหม่ที่แปลกใหม่ แต่เป็นก้าวที่น่าตื่นเต้นในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์กับสาขาวิชาที่หลากหลาย - จากโลกแห่งนามธรรมที่ดูเหมือนจะเป็นไปได้ เอกภพในยุคต้นสำหรับการใช้งานจริงอย่างมากซึ่งเป็นเครื่องมือในการวินิจฉัยโรคหรือต่อสู้กับโรคมะเร็ง