Российским ученым удалось нагреть металл до трех миллионов градусов

13.10.2017 12:05 1

Российским ученым удалось нагреть металл до трех миллионов градусов

Российским ученым удалось нагреть поверхность металла до трех миллионов градусов и при этом сохранить его плотность при прямом облучении мощным лазером. Это открывает новые возможности по исследованию материалов в экзотическом состоянии теплого плотного вещества, которое в естественных условиях встречается только в недрах планет. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Последние годы наблюдается повышенный интерес ученых к изучению так называемого теплого плотного вещества (Warm Dense Matter) — экзотического состояния вещества, которое с одной стороны проявляет свойства плазмы, но с другой стороны находится при столь высоком давлении, что электроны в нем являются квантово вырожденными, то есть близки по своим свойствам к электронам в твердых телах.

В нашем ближайшем окружении теплое плотное вещество не встречается, однако именно в этом состоянии находится вещество в недрах планет. По этой причине знание законов, которые описывают его поведение, в частности, важно для планетологии, поскольку позволяет строить корректные модели возникновения и развития планет.

Обычно в эксперименте состояние теплого плотного вещества достигается за счет относительно невысокого — до нескольких десятков и сотен тысяч градусов Цельсия — нагрева твердотельных образцов. Однако осуществить такой нагрев сложно, поскольку при нагреве вещество стремится расшириться, и его плотность быстро падает. Поэтому нагрев осуществляют или под дополнительным давлением — например, в алмазных наковальнях, — или достаточно быстро, чтобы вещество просто не успело разлететься.

Для быстрого нагрева вещества идеальным источником выглядят «сверхбыстрые» лазеры, излучающие импульсы длительностью всего в несколько десятков фемтосекунд. Такие импульсы, кроме того, могут быть достаточно мощными. Например, недавно китайским ученым удалось получить импульсы с рекордной мощностью в почти пять петаватт. Поскольку генерируемые такими машинами импульсы одновременно короткие и мощные, они могут быстро нагреть вещество до требуемых температур.

До сих пор, однако, осуществить прямой нагрев вещества подобными лазерными импульсами не удавалось, поскольку у любого лазерного импульса есть предвестник или так называемый предымпульс. И, хотя обычно его мощность в миллионы раз ниже, чем мощность самого импульса, но из-за значительно большей длительности он несет в себе достаточное количество энергии, чтобы разрушить поверхность мишени задолго до его прихода. Проблема особенно усугубляется в случае сверхмощных импульсов, для которых предвестник может иметь мощность, сравнимую с мощностью промышленных лазеров, применяемых для резки металла.

Решить эту проблему смогли в нижегородском Институте прикладной физики РАН, где был создан лазерный комплекс PEARL, принципы генерации излучения в котором отличны от традиционных. Обычно лазерное излучение создаётся в специальных лазерных средах. Их сначала «накачивают» энергией, возбуждая атомы, а затем пропускают через них импульс небольшой мощности. Проходя сквозь среду, импульс индуцирует излучение возбуждённых атомов, которое складывается с первоначальным импульсом и многократно усиливает его. Принципиальной проблемой борьбы с предвестником в таких системах является явление спонтанной люминесценции — возбужденные атомы излучают даже в отсутствии внешнего импульса, и поэтому лазерная среда начинает «светить» еще до его прихода, создавая предымпульс.

В дальнейшем ученые рассчитывают, во-первых, провести аналогичные исследования для более высоких интенсивностей лазерного излучения, а во-вторых, измерить в повторных экспериментах другие свойства получающейся плазмы, которые позволили бы проверить некоторые теоретические модели, придуманные для описания тёплого плотного вещества.

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Безопасное средство для восстановления функций организма Эффективная защита информации на предприятии Обзор смартфона Samsung Galaxy S8 Plus Помощь в проведении поминального обеда Основные советы по выбору качественного подержанного ноутбука

Последние новости