उच्च तीव्रता के लिए अभूतपूर्व प्लाज्मा लेंसिंग

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उच्च तीव्रता के लिए अभूतपूर्व प्लाज्मा लेंसिंग

एक 20-सेंटीमीटर लंबी केशिका डिस्चार्ज वेवगाइड, जिसका उपयोग बेला के केंद्र में उच्च-तीव्रता वाले लेजर दालों का मार्गदर्शन करने के लिए किया जाता है, और इलेक्ट्रॉनों को तेज करने के लिए अपना वर्तमान रिकॉर्ड स्थापित करने के लिए लागू किया जाता है: 8 बिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट (GeV)। श्रेय: थोर स्विफ्ट / बर्कले लैब

छोटे स्थानों पर केंद्रित उच्च शक्ति वाले लेजर पल्स वैज्ञानिक अनुसंधान से लेकर उद्योग और चिकित्सा तक, अविश्वसनीय तीव्रता तक पहुंचने के लिए विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों को सक्षम करते हैं। उदाहरण के लिए, बर्कले लैब लेजर एक्सेलेरेटर (बेला) केंद्र में, समान पहुंच त्रिज्या तक पहुंचने वाले पारंपरिक कणों की तुलना में हजारों गुना छोटे कणों के त्वरण को बनाने की कुंजी तीव्रता है। हालांकि, लेजर-प्लाज्मा एक्सेलेरेटर (एलपीए) को कई सेंटीमीटर से अधिक निरंतर तीव्रता की आवश्यकता होती है, न कि केवल स्पॉट फोकस जो विवर्तन के कारण तेजी से फैलता है।


निरंतर तीव्रता प्राप्त करने के लिए, ऊर्जा विभाग के लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) में बेला केंद्र, पतली खोखली संरचनाओं या “केशिकाओं” का उपयोग करता है जिसमें प्रकाश दालों को परिवहन के लिए प्लाज्मा होता है। बेला सेंटर के वैज्ञानिक लंबी और लंबी केशिकाओं की ओर बढ़ रहे हैं क्योंकि वे अपने एलपीए के साथ उच्च बीम ऊर्जा के लिए प्रयास करते हैं।

उनका नवीनतम कार्य पहले की तुलना में अधिक सटीकता के साथ दिखाता है कि ये प्लाज्मा वेवगाइड बेहद स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य उच्च गुणवत्ता वाले हैं, और इन विशेषताओं को 40 सेंटीमीटर तक की दूरी पर बनाए रखा जा सकता है। यह पुष्टि करता है कि एलपीए के लिए इस प्रमुख तकनीक को बढ़ाया जा सकता है क्योंकि बेला केंद्र उच्च स्तर की ओर बढ़ता है, अनुसंधान सुविधाओं के लिए जैव चिकित्सा अनुसंधान और उपचार से मुक्त-इलेक्ट्रॉन-लेजर प्रकाश स्रोतों तक संभावित अनुप्रयोगों को लाभान्वित करता है।

जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन में पोस्टडॉक्टरल विद्वान मार्लीन टर्नर और स्टाफ वैज्ञानिक एंथनी गोंसाल्वेस के साथ प्रकाशित काम का वर्णन किया गया है। हाई पावर लेजर साइंस एंड इंजीनियरिंग.

“इस काम से पता चलता है कि केशिकाएं त्वरण के लिए अत्यधिक स्थिर प्लाज्मा लक्ष्य उत्पन्न कर सकती हैं और त्वरण संचालन में देखी गई भिन्नता मुख्य रूप से लेजर उतार-चढ़ाव पर आधारित होती है, जो सक्रिय लेजर प्रतिक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता को दर्शाती है।”

उच्च-तीव्रता वाले लेज़रों के लिए अभूतपूर्व प्लाज्मा लेंसिंग

मार्विन टर्नर (दाएं) COVID एहतियात के तहत एंथनी गोंसाल्वेस के साथ सहयोग करते हैं। श्रेय: थोर स्विफ्ट / बर्कले लैब

प्लाज्मा चैनल लगातार शक्तिशाली दालों का मार्गदर्शन करते हैं

फाइबर ऑप्टिक्स लेजर बीम दालों को हजारों किलोमीटर में ले जा सकता है, जो आधुनिक कंप्यूटर नेटवर्क से परिचित एक सिद्धांत है। हालांकि, बेला केंद्र (पृथ्वी की सतह पर सूर्य के प्रकाश से अधिक परिमाण के 20 आदेश) में एक उच्च लेजर तीव्रता के साथ, इलेक्ट्रॉनों को तुरंत उनके मूल परमाणुओं से लेजर क्षेत्र द्वारा हटा दिया जाएगा, ग्लास फाइबर जैसे ठोस पदार्थों को नष्ट कर देगा। . इसका समाधान प्लाज्मा का उपयोग करना है, जो पदार्थ की वह स्थिति है जिसमें इलेक्ट्रॉनों को उनके परमाणुओं से “फाइबर” के रूप में हटा दिया जाता है।

बेला केंद्र ने अब तक की उच्चतम लेजर-आधारित कण ऊर्जा प्राप्त करने के लिए 20 सेंटीमीटर तक की दूरी तक लेजर दालों को निर्देशित करने के लिए प्लाज्मा का उपयोग किया है। प्लाज्मा केशिकाओं के अंदर विद्युत निर्वहन द्वारा बनाया जाता है। यह वह जगह है जहां इलेक्ट्रॉन लेजर पल्स द्वारा स्थापित अल्ट्रा हाई इलेक्ट्रिक फील्ड की लहर “सर्फ” करता है। जितना लंबा निरंतर ध्यान, उतनी ही तेजी से वे सवारी के अंत में आगे बढ़ रहे हैं।

हालांकि, एक विद्युत निर्वहन में गैस का टूटना एक हिंसक और काफी हद तक अनियंत्रित घटना है (एक छोटी, सीमित बिजली की हड़ताल की कल्पना करें)। बेला केंद्र में उच्च जीआईएस विकिरण और सटीक नियंत्रण की ओर अग्रसर, शोधकर्ताओं को यह जानने की जरूरत है कि तरंग-मार्गदर्शक विशेषताओं को एक लेजर पल्स से दूसरे में कैसे पुन: उत्पन्न किया जा सकता है, और प्रत्येक लेजर पल्स कितनी अच्छी तरह मार्गदर्शन कर सकता है।

फाइबर ऑप्टिक्स को संबंधित तरंग-मार्गदर्शक परिणाम देने के लिए, प्लाज्मा का घनत्व केंद्र में सबसे कम होना चाहिए, जिसका प्रोफाइल गणितीय रूप से परवलयिक के रूप में वर्णित है। गोंसाल्वेस ने कहा, “हमने अभूतपूर्व सटीकता के साथ दिखाया कि प्लाज्मा प्रोफाइल वास्तव में लेजर पल्स स्पॉट आकार में बहुत ही परवलयिक हैं, जिन्हें वे मार्गदर्शन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।” “यह पल्स को गुणवत्ता में कमी के बिना वेवगाइड में प्रचारित करने की अनुमति देता है।”

उच्च-तीव्रता वाले लेज़रों के लिए अभूतपूर्व प्लाज्मा लेंसिंग

मर्लिन टर्नर एक 40 सेमी लंबी केशिका का अवलोकन करती है। श्रेय: थोर स्विफ्ट / बर्कले लैब

अन्य प्रकार के प्लाज्मा वेवगाइड (उन्हें बनाने के कई तरीके हैं) को भी इन विधियों का उपयोग करके उच्च सटीकता के साथ मापा जा सकता है।

माप की सटीकता यह जांचने के लिए भी आदर्श थी कि घनत्व प्रोफ़ाइल एक लेजर शॉट से दूसरे में कितना बदलता है, क्योंकि केशिका टिकाऊ होने के बावजूद, इसके अंदर तरंग-निर्देशित प्लाज्मा हर बार एक नया बनाता है। टीम को उत्कृष्ट स्थिरता और प्रजनन क्षमता मिली।

बेला सेंटर के निदेशक एरिक एस्रे ने कहा, “ये परिणाम, मशीन सीखने की तकनीकों द्वारा सहायता प्राप्त सक्रिय प्रतिक्रिया पर हमारे चल रहे काम के साथ, लेजर-प्लाज्मा त्वरक की स्थिरता और उपयोगिता में सुधार के लिए एक बड़ा कदम है।” (लेजर उतार-चढ़ाव को स्थिर करने के लिए सक्रिय प्रतिक्रिया भी बेला केंद्र में अनुसंधान और विकास का विषय है।)

निर्देशित लेजर नाड़ी की प्रगति के मार्ग को रोशन करता है

लेजर-प्लाज्मा त्वरण प्रौद्योगिकी कण त्वरक के आकार और लागत को कम कर सकती है उदाहरण के लिए, अस्पतालों और विश्वविद्यालयों में उनकी उपलब्धता बढ़ाकर, और अंततः इन लाभों को उच्च-भौतिकी भौतिकी के लिए अगली पे-जेनरेशन पार्टिकल कोलाइडर में लाकर। 8 अरब इलेक्ट्रॉन वोल्ट (जीवी) के वर्तमान रिकॉर्ड से परे उनके कण-बीम ऊर्जा विकिरण को बढ़ाने की चाबियों में से एक लंबे त्वरण चैनलों का उपयोग है; दूसरा “स्टेजिंग” है, या दूसरे में इनपुट के रूप में एक त्वरण मॉड्यूल के आउटपुट का उपयोग। प्लाज्मा चैनल की गुणवत्ता का परीक्षण जहां त्वरण होता है – और उस गुणवत्ता की स्थिरता और उर्वरता – इन योजनाओं के तकनीकी आधार पर विश्वास मत देता है।

यह प्रदर्शित करने के अलावा कि ये केशिका-आधारित वेवगाइड उच्च और सुसंगत गुणवत्ता के हैं, इस कार्य में वेवगाइड्स शामिल हैं, जब तक कि उनका उपयोग रिकॉर्ड-ब्रेकिंग प्राप्त करने के लिए किया जाता है। टर्नर ने कहा, “अब हमने जो सटीक 40 सेंटीमीटर लंबी वेवगाइड विकसित की है, वह उन जीआईएस को और आगे बढ़ा सकती है।”


विश्व रिकॉर्ड त्वरण: 8 इंच में शून्य से 7.8 बिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट


और जानकारी:
इस तरह। टर्नर एट अल, रेडियल घनत्व प्रोफ़ाइल की स्थिरता और केशिका निर्वहन प्लाज्मा वेवगाइड लंबाई में 40 सेमी तक, हाई पावर लेजर साइंस एंड इंजीनियरिंग (२०२१)। डीओआई: 10.1017 / एचपीएल.2021.6

लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी द्वारा प्रदान किया गया

गुणों का वर्ण – पत्र: उच्च तीव्रता वाले लेजर के लिए अभूतपूर्व प्लाज्मा लेंसिंग (2021, 9 सितंबर) 12 सितंबर, 2021 को https://phys.org/news/2021-09-unprecedented-plasma-lensing-high-intensity-lasers.html से लिया गया।

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