Коллектив исследователей под руководством профессора Масакацу Мураками в Университете Осаки представил инновационный способ генерации сверхмощных магнитных полей. Новая технология основана на лазерной имплозии специальной микротрубки, обладающей внутренними лопастями. Такое нестандартное устройство позволяет получать магнитные поля интенсивностью, приближающейся к одному мегатесла, что открывает перед мировой наукой широкие возможности для создания компактных и высокоэффективных плазменных систем.
Суть метода: уникальная имплозия микротрубок
В отличие от традиционных подходов, техника, предложенная японскими учёными, опирается на применение мощнейших фемтосекундных лазерных импульсов. Поразительно, но для генерации мегатесловых полей требуется всего одна специализированная цилиндрическая мишень микронного масштаба с внутриигольчатыми лопастями. Когда лазер взаимодействует с такой структурой, происходит стремительное асимметричное сжатие плазмы, а возникающие токи петлевой формы порождают сильнейшее магнитное поле, направленное вдоль оси мишени. Процесс полностью исключает необходимость во внешнем стартовом поле, что существенно упрощает эксперименты и расширяет возможности лабораторного моделирования.
Кардинальные отличия от классических методов
Традиционные методы генерации сверхсильных магнитных полей обычно основываются на усилении уже имеющегося поля путём магнитного сжатия. Однако в разработанной в Университете Осаки методике магнитное поле формируется с нуля благодаря специфике взаимодействия мощных лазеров с нестандартно организованной плазмой внутри микротрубки. Применение элементов, нарушающих симметрию — подобных зубьям пилы — помогает создавать устойчивые сильные поля. В результате появляется самоускоряющаяся обратная связь: заряжённые частицы (ионы, электроны) усиливают магнитное поле, а оно далее всё больше ограничивает и ускоряет эти потоки, формируя еще более интенсивное поле.
Вдохновляющие перспективы для науки и техники
Команда под руководством Масакацу Мураками считает, что разработанный подход открывает совершенно новые горизонты для плазменных исследований в компактных лабораторных условиях, приближающихся по своим параметрам к процессам, происходящим во Вселенной. Это позволяет не только исследовать экзотические космические явления (например, процессы вблизи магнетаров или в релятивистских джетах), но и переосмыслить вопросы управляемого термоядерного синтеза, быстрого зажигания с помощью протонных пучков и даже фундаментальные законы квантовой физики в экстремальных условиях.
Применение и роль суперкомпьютера SQUID
Компьютерное моделирование сложной динамики плазмы осуществлялось с помощью современного суперкомпьютера SQUID, размещённого в Университете Осаки. Высокая производительность вычислительной техники позволила детально рассчитать эволюцию токов и полей, подобрать оптимальные параметры для имплозии микротрубок, а также выяснить универсальные законы масштабирования, что в дальнейшем значительно упростит создание экспериментальных прототипов. Кроме этого, была разработана аналитическая модель, описывающая генерацию поля и позволяющая гибко изменять технологические параметры под разные задачи.
Преимущества и главные направления использования новых полей
Список потенциальных областей, где может быть востребован столь мощный и компактный источник магнитного поля, весьма разнообразен. Прежде всего, это:
- Лабораторная астрофизика — для воспроизведения процессов, расширяющих понимание устройства недр звёзд и поведения намагниченных струй в космическом пространстве;
- Оптимизация реакций термоядерного синтеза — новые схемы быстрого зажигания сложных топлив, в том числе с использованием протонных пучков;
- Изучение экстремальных квантовых явлений — в том числе нелинейных эффектов коллектива частиц в сверхсильных магнитных полях.
Как отмечает профессор Мураками, предложенное решение не только приближает эксперименты к явлениям космического масштаба, но и открывает путь к созданию новой техники для фундаментальных и прикладных исследований.
Источник: scientificrussia.ru
