Hivi majuzi, Taasisi ya Fizikia Inayotumika ya Chuo cha Sayansi cha Urusi ilianzisha Kituo cha eXawatt cha Utafiti wa Mwanga Uliokithiri (XCELS), mpango wa utafiti wa vifaa vikubwa vya kisayansi kwa msingi wa juu sana.lasers zenye nguvu nyingi. mradi ni pamoja na ujenzi wa sanalaser yenye nguvu ya juukulingana na teknolojia ya ukuzaji wa mapigo ya kigezo cha kigezo cha sauti katika fuwele kubwa za potassium dideuterium phosphate (DKDP, fomula ya kemikali ya KD2PO4) inayotarajiwa, ikiwa na jumla ya matokeo yanayotarajiwa ya mipigo ya kilele cha 600 PW. Kazi hii inatoa maelezo muhimu na matokeo ya utafiti kuhusu mradi wa XCELS na mifumo yake ya leza, inayoelezea matumizi na athari zinazoweza kutokea zinazohusiana na mwingiliano wa uga wenye nguvu zaidi.
Mpango wa XCELS ulipendekezwa mwaka wa 2011 kwa lengo la awali la kufikia nguvu ya kilelelezapato la kunde la 200 PW, ambalo kwa sasa limeboreshwa hadi 600 PW. Yakemfumo wa laserinategemea teknolojia tatu muhimu:
(1) Teknolojia ya Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) inatumika badala ya Ukuzaji wa Mpigo wa Chirped (Ukuzaji wa Kupigo kwa Chirped, OPCPA). CPA) teknolojia;
(2) Kwa kutumia DKDP kama njia ya kupata faida, ulinganishaji wa awamu ya ukanda mpana zaidi hufikiwa karibu na urefu wa nm 910;
(3) Kipenyo kikubwa cha leza ya kioo cha neodymium yenye nishati ya mapigo ya maelfu ya jouli hutumika kusukuma amplifier ya parametric.
Ulinganishaji wa awamu ya bendi pana zaidi hupatikana kwa wingi katika fuwele nyingi na hutumiwa katika leza za OPCPA femtosecond. Fuwele za DKDP hutumiwa kwa sababu ndizo nyenzo pekee zinazopatikana katika mazoezi ambazo zinaweza kukuzwa hadi makumi ya sentimita ya shimo na wakati huo huo zina sifa zinazokubalika za macho ili kusaidia upanuzi wa nguvu za PW nyingi.lasers. Imegundulika kuwa kioo cha DKDP kinaposukumwa na mwanga wa mzunguko wa mara mbili wa leza ya glasi ya ND, ikiwa urefu wa mawimbi ya mtoaji wa mapigo yaliyoimarishwa ni 910 nm, masharti matatu ya kwanza ya upanuzi wa Taylor ya kutolingana kwa vekta ya wimbi ni 0.
Mchoro wa 1 ni mpangilio wa kimkakati wa mfumo wa laser wa XCELS. Ncha ya mbele ilitoa mipigo ya sekunde ya femtosecond iliyo na urefu wa kati wa 910 nm (1.3 katika Mchoro 1) na 1054 nm nanosecond pulses hudungwa katika OPCPA pumped laser (1.1 na 1.2 katika Kielelezo 1). Mwisho wa mbele pia huhakikisha maingiliano ya mipigo hii pamoja na nishati inayohitajika na vigezo vya anga. OPCPA ya kati inayofanya kazi kwa kasi ya juu zaidi ya kurudia (1 Hz) huongeza mpigo unaovuma hadi makumi ya joule (2 kwenye Mchoro 1). Mapigo ya moyo yanakuzwa zaidi na OPCPA ya Nyongeza kuwa boriti ya kilojuli moja na kugawanywa katika mihimili midogo 12 inayofanana (4 kwenye Mchoro 1). Katika OPCPA 12 za mwisho, kila moja ya mipigo 12 ya mwanga iliyopigwa huimarishwa hadi kiwango cha kilojuli (5 kwenye Kielelezo 1) na kisha kubanwa na vipandio 12 vya mgandamizo (GC ya 6 kwenye Mchoro 1). Kichujio cha mtawanyiko cha acousto-optic kinachoweza kupangwa kinatumika kwenye ncha ya mbele ili kudhibiti kwa usahihi mtawanyiko wa kasi ya kikundi na mtawanyiko wa utaratibu wa juu, ili kupata upana mdogo zaidi wa mapigo. Wigo wa mapigo ya moyo una umbo la karibu 12th order supergauss, na spectral bandwidth katika 1% ya thamani ya juu ni 150 nm, sambamba na Fourier transform limit pulse upana wa 17 fs. Kwa kuzingatia fidia isiyo kamili ya utawanyiko na ugumu wa fidia ya awamu isiyo ya mstari katika amplifiers ya parametric, upana wa pigo unaotarajiwa ni 20 fs.
Laser ya XCELS itatumia moduli mbili za 8-channel UFL-2M neodymium kioo za kuongeza frequency za laser (3 kwenye Kielelezo 1), ambapo chaneli 13 zitatumika kusukuma OPCPA ya Nyongeza na OPCPA 12 ya mwisho. Vituo vitatu vilivyosalia vitatumika kama kilojuli ya nanosecond inayojitegemeavyanzo vya laserkwa majaribio mengine. Imepunguzwa na kizingiti cha kuvunjika kwa macho cha fuwele za DKDP, nguvu ya mionzi ya mapigo ya pumped imewekwa kuwa 1.5 GW/cm2 kwa kila chaneli na muda ni 3.5 ns.
Kila chaneli ya leza ya XCELS hutoa mipigo yenye nguvu ya 50 PW. Jumla ya chaneli 12 hutoa jumla ya pato la 600 PW. Katika chumba kikuu kinacholengwa, kiwango cha juu zaidi cha kulenga cha kila chaneli chini ya hali bora ni 0.44×1025 W/cm2, ikizingatiwa kuwa vipengee vya kuzingatia F/1 vinatumika kulenga. Iwapo mapigo ya kila chaneli yamebanwa zaidi hadi 2.6 fs kwa mbinu ya baada ya mgandamizo, nguvu inayolingana ya mipigo ya pato itaongezwa hadi 230 PW, sambamba na mwangaza wa 2.0×1025 W/cm2.
Ili kufikia kiwango kikubwa cha mwanga, kwa pato la 600 PW, mipigo ya mwanga katika njia 12 itazingatia jiometri ya mionzi ya dipole ya kinyume, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Wakati awamu ya pigo katika kila chaneli haijafungwa, kiwango cha kuzingatia kinaweza. kufikia 9×1025 W/cm2. Iwapo kila awamu ya mpigo imefungwa na kusawazishwa, nguvu ya mwanga inayoambatana itaongezwa hadi 3.2×1026 W/cm2. Mbali na chumba cha lengo kuu, mradi wa XCELS unajumuisha hadi maabara 10 za watumiaji, kila moja ikipokea boriti moja au zaidi kwa majaribio. Kwa kutumia uwanja huu wa mwanga wenye nguvu sana, mradi wa XCELS unapanga kufanya majaribio katika makundi manne: michakato ya quantum electrodynamics katika nyanja kali za laser; Uzalishaji na kuongeza kasi ya chembe; Uzalishaji wa mionzi ya sekondari ya umeme; Unajimu wa maabara, michakato ya msongamano mkubwa wa nishati na utafiti wa uchunguzi.
FIG. 2 Kuzingatia jiometri katika chumba kuu lengwa. Kwa uwazi, kioo cha kimfano cha boriti 6 kimewekwa kwa uwazi, na mihimili ya pembejeo na pato inaonyesha njia mbili tu 1 na 7.
Mchoro wa 3 unaonyesha mpangilio wa anga wa kila eneo la kazi la mfumo wa leza wa XCELS katika jengo la majaribio. Umeme, pampu za utupu, matibabu ya maji, utakaso na hali ya hewa ziko kwenye basement. Jumla ya eneo la ujenzi ni zaidi ya 24,000 m2. Jumla ya matumizi ya nguvu ni takriban 7.5 MW. Jengo la majaribio lina fremu ya ndani isiyo na mashimo na sehemu ya nje, kila moja iliyojengwa kwa misingi miwili iliyotenganishwa. Utupu na mifumo mingine ya kushawishi mtetemo imewekwa kwenye msingi uliotengwa na vibration, ili amplitude ya usumbufu unaopitishwa kwa mfumo wa laser kupitia msingi na usaidizi upunguzwe hadi chini ya 10-10 g2/Hz katika masafa ya masafa. 1-200 Hz. Kwa kuongeza, mtandao wa alama za kumbukumbu za kijiografia huwekwa kwenye ukumbi wa laser ili kufuatilia kwa utaratibu utelezi wa ardhi na vifaa.
Mradi wa XCELS unalenga kuunda kituo kikubwa cha utafiti wa kisayansi kulingana na leza za nguvu za juu sana. Chaneli moja ya mfumo wa leza ya XCELS inaweza kutoa mwangaza unaolenga mara kadhaa zaidi ya 1024 W/cm2, ambao unaweza kuzidishwa zaidi kwa 1025 W/cm2 kwa teknolojia ya baada ya mgandamizo. Kwa mapigo ya kuzingatia dipole kutoka kwa njia 12 kwenye mfumo wa laser, kiwango cha karibu na 1026 W/cm2 kinaweza kupatikana hata bila mgandamizo wa baada ya mgandamizo na kufuli kwa awamu. Ikiwa maingiliano ya awamu kati ya njia imefungwa, mwanga wa mwanga utakuwa mara kadhaa juu. Kwa kutumia nguvu hizi za kuvunja rekodi za mapigo na mpangilio wa mihimili ya njia nyingi, kituo cha baadaye cha XCELS kitaweza kufanya majaribio kwa nguvu ya juu sana, ugavi changamano wa maeneo ya mwanga, na kutambua mwingiliano kwa kutumia miale ya leza ya idhaa nyingi na mionzi ya pili. Hii itachukua jukumu la kipekee katika uwanja wa fizikia ya majaribio ya uwanja wa nguvu zaidi wa kielektroniki.
Muda wa posta: Mar-26-2024