Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.981 RSS
←   Июль 2007   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.981 подписчиков
+9 за неделю
←   Все выпуски   →

Микроскопические плазменные пузыри оказались на удивление нестабильными


Научно-популярная библиотека на «Элементах»

В. Н. Тутубалин и др. Математическое моделирование в экологии: Историко-методологический анализ.

Книга о реальной эффективности применения математических моделей в экологии и других науках, о «колодках мышления» и о чернобыльской катастрофе.

Микроскопические плазменные пузыри оказались на удивление нестабильными

18.07.2007

Магнитное поле в плазменном пузыре концентрируется на его поверхности (изображение из обсуждаемой статьи)
Магнитное поле в плазменном пузыре концентрируется на его поверхности (изображение из обсуждаемой статьи)

Сверхмощный лазерный импульс, прожигая мишень насквозь, порождает облачко сильно замагниченной плазмы. Американские физики, проследив за поведением этого облачка, выяснили, что плазма в нём более нестабильна, чем считалось ранее.

Концентрированный свет жжется — согласно легенде, это было известно еще Архимеду. Только сейчас, в отличие от тех времен, физики уже не собирают солнечный свет зеркалами, а конструируют сверхмощные импульсные лазеры, луч которых в мгновение ока прожигает предметы насквозь. Оказывается, такой эксперимент позволяет узнать немало интересного о... свойствах замагниченной плазмы, что, в свою очередь, может пригодиться в астрофизике (см. подборку популярных статей по физике плазмы в Соросовском образовательном журнале).

В современных экспериментах мощность короткого лазерного импульса можно сделать настолько большой, что материал мишени (например, тонкой пленки) не успеет ни расплавиться, ни загореться, а сразу (за доли наносекунды) превратится в плазму. Если лазерный импульс не слишком короткий (например, 1 нс), то это облачко плазмы выдувается наружу, «впитывая» при этом энергию светового импульса, и лишь после его прекращения начинает остывать. В результате получается плазма с очень высокой концентрацией энергии и сильными магнитными полями (вплоть до 100 Тесла). Ее динамика очень интересна физикам, но до сих пор в экспериментах по прожиганию мишеней ее проследить не удавалось.

На днях группа американских исследователей опубликовала в работе Phys. Rev. Lett. 99, 015001 (2 July 2007) результаты эксперимента, который впервые смог показать этот процесс в динамике (статья доступна на сайте одного из авторов, pdf, 260 Кб). Эти результаты, с одной стороны, примерно подтвердили ожидания физиков, но с другой стороны, кое в чём их и озадачили.

«Ноу-хау» этой группы заключалось в очень изящной схеме пространственного «картографирования» магнитного поля субмиллиметровых размеров за очень короткое время. На расстоянии нескольких миллиметров от мишени размещалась ампула с дейтерием и гелием-3, готовая к микротермоядерному взрыву. Этот микровзрыв осуществлялся сразу после прожигания мишени. Родившиеся в нём протоны, разлетаясь во все стороны, проходили вначале сквозь мелкую сеточку, затем сквозь облачко плазмы и попадали на экран. Если бы в плазме не было магнитного поля, то на экране получилось бы четкое неискаженное изображение сеточки. Но поскольку магнитное поле в плазме слегка отклоняет протоны, изображение получалось деформированным, и благодаря этому удалось вычислить пространственное распределение поля. Этот метод в чём-то напоминает то, как астрофизики строят карты темной материи, используя отклонение света от далеких галакт! ик в поле гравитации.

Искаженное изображение металлической сеточки в «протонных лучах» позволяет вычислить пространственное распределение магнитного поля в плазменном пузыре (изображение из обсуждаемой статьи)
Искаженное изображение металлической сеточки в «протонных лучах» позволяет вычислить пространственное распределение магнитного поля в плазменном пузыре (изображение из обсуждаемой статьи)

Разработанная экспериментальная методика позволила с высокой точностью восстановить динамику плазменного пузыря. Выяснилось, во-первых, что самое сильное магнитное поле располагалось не внутри, а на самой поверхности пузыря. Во-вторых, пока лазерный луч давил на облачко, оно расширялось, сохраняя совершенно симметричную полусферическую форму. Однако как только световой импульс выключался, эта форма быстро становилась несимметричной.

Авторы сравнили эти данные с результатами численного моделирования и выяснили, что имеется несогласие на втором этапе процесса (то есть при выключенном луче). Теоретики не ожидали, что нестабильность в плазме будет развиваться так быстро, а это происходит, по всей видимости, из-за того, что плазма остывает заметно быстрее, чем считалось. Теоретикам теперь предстоит перепроверить, было ли что-то упущено в программах моделирования плазмы или же тут есть предмет для более глубокого теоретического исследования (к слову сказать, всевозможные нестабильности — это одна из отличительных черт плазмы; именно из-за них пока что не удается запустить термоядерный реактор).

Источник: C. K. Li et al. Observation of the Decay Dynamics and Instabilities of Megagauss Field Structures in Laser-Produced Plasmas // Physical Review Letters, 99, 015001 (2 июля 2007 года).

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

16.07 Создано новое микроэлектронное устройство — тепловой транзистор

Финские и итальянские физики научились регулировать мощность микроскопического электронного холодильника, в котором постоянный ток переносит также и тепло. Это большой шаг вперед в одноэлектронике.
В избранное