Уникальная лазерная система ZEUS достигла мощности 2 петаватта
Университет Мичигана объявил об успешном запуске лазерной системы Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System (ZEUS), которая в ходе первого эксперимента достигла мощности 2 петаватта, или 2 квадриллиона ватт. Это более чем в 100 раз превышает общее потребление электроэнергии в мире, хотя, конечно, речь не идёт о создании «Звезды Смерти». Столь мощные импульсы длятся всего 25 квинтиллионных секунды и будут использоваться для проведения экспериментов в медицине, квантовой физике и материаловедении.
Разработка ZEUS, финансируемая Национальным научным фондом США, обошлась в $16 миллионов и заняла более четырёх лет. В её состав входят уникальные компоненты, например, сапфировые кристаллы диаметром 7 дюймов, легированные атомами титана. По словам руководителя проекта Франко Байера, кристаллы такого размера и качества – большая редкость, в мире их всего несколько.
Управление ZEUS – задача значительно сложнее, чем нажатие кнопки на лазерной указке. Начальный инфракрасный импульс усиливается с помощью лазерных накачек в четыре этапа. Для того, чтобы мощный импульс не разрушил воздух, он проходит через дифракционные решётки, которые растягивают его.
В результате импульс достигает размера 12 дюймов в диаметре и нескольких футов в длину. Затем он попадает в вакуумные камеры, где дополнительные решётки сжимают его до 0,8 микрон в ширину, обеспечивая максимальную интенсивность для проведения экспериментов.
Первый эксперимент, проведённый профессором физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвине Франклином Долларом, был направлен на гелиевую клетку. Столкновение импульса с гелием приводит к образованию плазмы – атомы ионизируются, образуя смесь свободных электронов и положительно заряженных ионов. Электроны ускоряются за лазерным импульсом, подобно сёрферам за катером, – это явление называется ускорение на кильватерной волне.
Цель эксперимента – создание мощных электронных пучков, сравнимых по мощности с пучками, генерируемыми ускорителями частиц, но без необходимости в дорогостоящем и громоздком оборудовании, которое обычно занимает сотни метров.
Лазерная система ZEUS, размещённая в здании размером со школьный спортзал в Центре ультрабыстрой оптической науки им. Жерара Муру, стала преемником лазера HERCULES, достигавшего мощности 300 тераватт в 2007 году. Хотя ZEUS, впервые анонсированный в 2022 году, в настоящее время примерно вдвое мощнее других лазеров в США и планируется довести его мощность до 3 петаватт, он всё ещё уступает по мощности лазеру в европейской лаборатории ELI-NP в Магуреле (Румыния), достигающему 10 петаватт.
Фото: Marcin Szczepanski / Michigan Engineering
