Hivi majuzi, Taasisi ya Fizikia Inayotumika ya Chuo cha Sayansi cha Urusi ilianzisha Kituo cha eXawatt cha Utafiti wa Mwanga Mkali (XCELS), mpango wa utafiti wa vifaa vikubwa vya kisayansi kulingana naleza zenye nguvu nyingiMradi huo unajumuisha ujenzi waleza yenye nguvu nyingikulingana na teknolojia ya ukuzaji wa mapigo yenye mlio wa kiotomatiki katika fuwele kubwa za potasiamu dideuterium fosfeti (DKDP, fomula ya kemikali KD2PO4), ikiwa na jumla inayotarajiwa ya mapigo 600 ya nguvu ya kilele cha PW. Kazi hii inatoa maelezo muhimu na matokeo ya utafiti kuhusu mradi wa XCELS na mifumo yake ya leza, ikielezea matumizi na athari zinazowezekana zinazohusiana na mwingiliano wa uwanja wa mwanga mkali sana.
Programu ya XCELS ilipendekezwa mwaka wa 2011 kwa lengo la awali la kufikia kilele cha nguvulezaPato la mapigo la 200 PW, ambalo kwa sasa limeboreshwa hadi 600 PW.mfumo wa lezainategemea teknolojia tatu muhimu:
(1) Teknolojia ya Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) inatumika badala ya teknolojia ya jadi ya Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA);
(2) Kwa kutumia DKDP kama njia ya kupata faida, ulinganishaji wa awamu ya bendi pana ya juu hugunduliwa karibu na urefu wa wimbi la 910 nm;
(3) Leza kubwa ya kioo ya neodymium yenye uwazi mkubwa yenye nishati ya mapigo ya maelfu ya jouli hutumika kusukuma kipaza sauti cha parametric.
Ulinganishaji wa awamu ya bendi pana ya Ultra hupatikana sana katika fuwele nyingi na hutumika katika leza za femtosecond za OPCPA. Fuwele za DKDP hutumika kwa sababu ndizo nyenzo pekee zinazopatikana katika mazoezi ambazo zinaweza kupandwa hadi sentimita kumi za uwazi na wakati huo huo zina sifa zinazokubalika za macho ili kusaidia ukuzaji wa nguvu ya PW nyingi.lezaImegundulika kuwa wakati fuwele ya DKDP inaposukumwa na mwanga wa masafa mawili wa leza ya glasi ya ND, ikiwa urefu wa wimbi wa mtoa huduma wa mapigo yaliyokuzwa ni 910 nm, vipindi vitatu vya kwanza vya upanuzi wa Taylor wa kutolingana kwa vekta ya wimbi ni 0.
Mchoro 1 ni mpangilio wa kimchoro wa mfumo wa leza wa XCELS. Sehemu ya mbele ilizalisha mapigo ya femtosecond yenye urefu wa wimbi la kati la 910 nm (1.3 katika Mchoro 1) na mapigo ya nanosecond ya 1054 nm yaliyoingizwa kwenye leza iliyosukumwa ya OPCPA (1.1 na 1.2 katika Mchoro 1). Sehemu ya mbele pia inahakikisha ulandanishi wa mapigo haya pamoja na nishati inayohitajika na vigezo vya anga. OPCPA ya kati inayofanya kazi kwa kiwango cha juu cha marudio (1 Hz) huongeza mapigo ya mlio hadi makumi ya jouli (2 katika Mchoro 1). Mapigo yanaongezwa zaidi na OPCPA ya Nyongeza katika boriti moja ya kilojouli na kugawanywa katika mihimili 12 inayofanana (4 katika Mchoro 1). Katika OPCPA 12 ya mwisho, kila moja ya mapigo 12 ya mwanga yanayopigwa huongezwa hadi kiwango cha kilojouli (5 katika Mchoro 1) na kisha kubanwa na gratings 12 za mgandamizo (GC ya 6 katika Mchoro 1). Kichujio cha mtawanyiko kinachoweza kupangwa cha acousto-optic kinatumika katika sehemu ya mbele kudhibiti kwa usahihi mtawanyiko wa kasi ya kikundi na mtawanyiko wa mpangilio wa juu, ili kupata upana mdogo zaidi wa mapigo. Wigo wa mapigo una umbo la karibu supergauss ya mpangilio wa 12, na kipimo data cha spectral kwa 1% ya thamani ya juu ni 150 nm, inayolingana na upana wa mapigo wa kikomo cha mabadiliko cha Fourier wa fs 17. Kwa kuzingatia fidia isiyokamilika ya mtawanyiko na ugumu wa fidia ya awamu isiyo ya mstari katika vipaza sauti vya parametric, upana wa mapigo unaotarajiwa ni fs 20.
Leza ya XCELS itatumia moduli mbili za kuongeza masafa ya leza ya kioo ya UFL-2M yenye chaneli 8 (3 katika Mchoro 1), ambapo chaneli 13 zitatumika kusukuma OPCPA ya Nyongeza na OPCPA 12 za mwisho. Chaneli tatu zilizobaki zitatumika kama kilojouli huru za nanosecond zinazopigwa.vyanzo vya lezakwa majaribio mengine. Kwa kupunguzwa na kizingiti cha kuvunjika kwa macho cha fuwele za DKDP, kiwango cha mionzi ya mapigo ya pampu kimewekwa kuwa 1.5 GW/cm2 kwa kila chaneli na muda ni 3.5 ns.
Kila chaneli ya leza ya XCELS hutoa mapigo yenye nguvu ya PW 50. Jumla ya chaneli 12 hutoa jumla ya nguvu ya kutoa ya PW 600. Katika chumba kikuu cha shabaha, kiwango cha juu cha kulenga cha kila chaneli chini ya hali bora ni 0.44×1025 W/cm2, ikizingatiwa kuwa vipengele vya kulenga vya F/1 vinatumika kwa kulenga. Ikiwa mapigo ya kila chaneli yatabanwa zaidi hadi fs 2.6 kwa mbinu ya baada ya kubanwa, nguvu ya mapigo ya kutoa inayolingana itaongezwa hadi 230 PW, inayolingana na kiwango cha mwanga cha 2.0×1025 W/cm2.
Ili kufikia kiwango kikubwa cha mwanga, katika pato la 600 PW, mapigo ya mwanga katika njia 12 yatalenga katika jiometri ya mionzi ya dipoli kinyume, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Wakati awamu ya mapigo katika kila njia haijafungwa, kiwango cha kuzingatia kinaweza kufikia 9×1025 W/cm2. Ikiwa kila awamu ya mapigo imefungwa na kusawazishwa, kiwango cha mwanga kinachotokana kitaongezeka hadi 3.2×1026 W/cm2. Mbali na chumba kikuu cha shabaha, mradi wa XCELS unajumuisha hadi maabara 10 za watumiaji, kila moja ikipokea miale moja au zaidi kwa majaribio. Kwa kutumia uwanja huu wa mwanga wenye nguvu sana, mradi wa XCELS unapanga kufanya majaribio katika kategoria nne: michakato ya elektrodinamiki ya kwanta katika nyanja kali za leza; Uzalishaji na kasi ya chembe; Uzalishaji wa mionzi ya sumakuumeme ya pili; Astrofizikia ya maabara, michakato ya msongamano mkubwa wa nishati na utafiti wa uchunguzi.
Mchoro 2 Jiometri ya kulenga katika chumba kikuu cha shabaha. Kwa uwazi, kioo cha mfano cha boriti 6 kimewekwa kuwa wazi, na mihimili ya ingizo na matokeo inaonyesha njia mbili tu 1 na 7
Mchoro 3 unaonyesha mpangilio wa anga wa kila eneo la utendaji kazi wa mfumo wa leza wa XCELS katika jengo la majaribio. Umeme, pampu za utupu, matibabu ya maji, utakaso na kiyoyozi viko katika basement. Jumla ya eneo la ujenzi ni zaidi ya mita za mraba 24,000. Matumizi ya jumla ya nguvu ni takriban MW 7.5. Jengo la majaribio lina fremu ya ndani yenye mashimo na sehemu ya nje, kila moja ikiwa imejengwa kwenye misingi miwili iliyotenganishwa. Mifumo ya utupu na mingine inayosababisha mtetemo imewekwa kwenye msingi uliotengwa, ili ukubwa wa usumbufu unaopitishwa kwenye mfumo wa leza kupitia msingi na usaidizi upunguzwe hadi chini ya 10-10 g2/Hz katika masafa ya 1-200 Hz. Kwa kuongezea, mtandao wa alama za marejeleo ya kijiografia umewekwa katika ukumbi wa leza ili kufuatilia kwa utaratibu mteremko wa ardhi na vifaa.
Mradi wa XCELS unalenga kuunda kituo kikubwa cha utafiti wa kisayansi kulingana na leza za nguvu za kilele cha juu sana. Njia moja ya mfumo wa leza wa XCELS inaweza kutoa kiwango cha mwanga kinacholenga mara kadhaa zaidi ya 1024 W/cm2, ambacho kinaweza kuzidi zaidi kwa 1025 W/cm2 kwa kutumia teknolojia ya baada ya kubana. Kwa mapigo ya kulenga dipole kutoka kwa njia 12 katika mfumo wa leza, kiwango cha karibu na 1026 W/cm2 kinaweza kupatikana hata bila kufunga baada ya kubana na awamu. Ikiwa usawazishaji wa awamu kati ya njia umefungwa, kiwango cha mwanga kitakuwa cha juu mara kadhaa. Kwa kutumia nguvu hizi za mapigo zinazovunja rekodi na mpangilio wa boriti ya njia nyingi, kituo cha XCELS cha baadaye kitaweza kufanya majaribio yenye kiwango cha juu sana, usambazaji tata wa uwanja wa mwanga, na kugundua mwingiliano kwa kutumia mihimili ya leza ya njia nyingi na mionzi ya sekondari. Hii itachukua jukumu la kipekee katika uwanja wa fizikia ya majaribio ya uwanja wa sumakuumeme wenye nguvu nyingi.
Muda wa chapisho: Machi-26-2024