Ερευνητές στο κέντρο HZDR πέτυχαν μια πρωτοποριακή παρατήρηση της διαδικασίας ιονισμού σε ακραίες συνθήκες, χρησιμοποιώντας τον συνδυασμό δύο υπερσύγχρονων λέιζερ στο European XFEL κοντά στο Αμβούργο.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, προσφέρει πολύτιμα δεδομένα για τη φυσική των θερμών πλασμάτων και το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης μέσω λέιζερ. Η ικανότητα παρακολούθησης τέτοιων φαινομένων σε κλίμακα τρισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου ανοίγει νέους ορίζοντες στην κατανόηση της ύλης κάτω από ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις.
Εκατομμύρια βαθμοί σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου
Το πείραμα ξεκινά με μια εξαιρετικά έντονη λάμψη φωτός που χτυπά ένα λεπτό χάλκινο σύρμα, με πάχος μόλις το ένα έβδομο μιας ανθρώπινης τρίχας. Η ένταση του παλμού είναι τόσο ισχυρή που το σύρμα εξαερώνεται ακαριαία, δημιουργώντας πλάσμα σε θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών.
Σε αυτές τις συνθήκες, τα άτομα του χαλκού χάνουν δεκάδες από τα ηλεκτρόνιά τους. Για να παρακολουθήσουν τη διαδικασία, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη μέθοδο «pump-probe», όπου το οπτικό λέιζερ ReLaX δημιουργεί το πλάσμα και το λέιζερ ακτίνων Χ φωτογραφίζει τη δυναμική του φαινομένου.
Κύματα ηλεκτρονίων και η επιστροφή στην ηρεμία
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο αριθμός των ιόντων χαλκού που έχουν χάσει 22 ηλεκτρόνια κορυφώνεται περίπου 2,5 picoseconds μετά την κρούση του λέιζερ.
Η διαδικασία αυτή οφείλεται σε κύματα ηλεκτρονίων που, έχοντας τεράστια ενέργεια, παρασύρουν όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια από τα γειτονικά άτομα. Ωστόσο, η κατάσταση αυτή είναι προσωρινή, καθώς μέσα σε περίπου δέκα picoseconds τα ηλεκτρόνια χάνουν την ορμή τους και επανασυνδέονται με τους πυρήνες, εξουδετερώνοντας και πάλι τα άτομα.
Σημασία για την πυρηνική σύντηξη και το μέλλον
Η ακριβής κατανόηση αυτών των διεργασιών είναι καθοριστική για τον σχεδιασμό μελλοντικών αντιδραστήρων σύντηξης με λέιζερ. Τα νέα ευρήματα επιτρέπουν τη βελτίωση των υπολογιστικών προσομοιώσεων, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη σταθεροποίηση και τη θέρμανση του πλάσματος που απαιτείται για την παραγωγή καθαρής ενέργειας.
Το πείραμα αποδεικνύει την ισχύ των σύγχρονων λέιζερ και στρώνει τον δρόμο για τη δημιουργία εγκαταστάσεων που θα αξιοποιούν την ενέργεια των άστρων στη Γη.
