物理學(xué)家提出新的加熱機(jī)制:激光瞬間加熱材料溫度超過太陽
多年來,研究人員一直在研究用高能激光加熱材料,以求能最終產(chǎn)生聚變能量。最近,英國倫敦帝國理工學(xué)院的理論物理學(xué)家提出一種新的加熱機(jī)制,通過高能激光產(chǎn)生無對撞靜電沖擊波,能在20飛秒內(nèi)把小塊固體材料加熱到千電子伏特(千萬度)級別,比太陽中心溫度還要高。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。
研究人員稱,這是他們第一次提出這種方法,有望為研究熱核聚變能源開辟新途徑——科學(xué)家們一直在尋求如何模仿太陽產(chǎn)生清潔能源。 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道,新方法的加熱速度是目前美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室聚變實(shí)驗(yàn)中的100倍。在大部分材料中,激光能量會(huì)首先加熱材料中的電子,再由電子去加熱組成物質(zhì)的粒子——離子。研究小組的方法是利用激光誘導(dǎo)的靜電沖擊波直接加熱離子,因此比通過電子間接加熱更快。 通常,當(dāng)高強(qiáng)度激光照射到材料上時(shí),產(chǎn)生的靜電沖擊波會(huì)推動(dòng)離子,使它們加速離開而無法被加熱。研究人員發(fā)現(xiàn),如果材料中含有特殊的離子聯(lián)接,它們會(huì)通過沖擊波獲得不同的加速度,從而導(dǎo)致摩擦,反過來使它們迅速變熱。這種效果在含有兩種離子的固體(如塑料)中最強(qiáng),只有一種離子時(shí),就沒這種效果。此外,密度大也是加熱速度快的原因之一。沖擊波通過高密度材料時(shí),離子被擠在一起,摩擦效果比低密度材料要大得多。 論文合著者、該校物理系博士馬克·夏洛克說:“兩種離子就像火柴頭和火柴盒,你兩個(gè)都需要。一根火柴自己是不會(huì)燒起來的! 論文第一作者阿瑟·特瑞爾說,聚變研究中的問題之一就是如何在恰當(dāng)時(shí)間、恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)從激光中獲得能量。而這一方法讓能量直接進(jìn)入了離子。 |