Le déanaí, thug Institiúid na Fisice Feidhmí de chuid Acadamh Eolaíochtaí na Rúise isteach Ionad eXawatt um Staidéar ar Sholas Foircneach (XCELS), clár taighde do ghléasanna eolaíochta móra atá bunaithe ar sholas thar a bheith...léasair ardchumhachtaÁirítear leis an tionscadal tógáil an-léasar ardchumhachtabunaithe ar theicneolaíocht aimplithe cuisle chirped optúil paraiméadrach i gcriostail fosfáit photaisiam dédeuterium (DKDP, foirmle cheimiceach KD2PO4) le cró mór, agus aschur iomlán ionchasach de 600 cuisle buaicchumhachta PW á sholáthar. Soláthraíonn an saothar seo sonraí tábhachtacha agus torthaí taighde faoin tionscadal XCELS agus a chórais léasair, ag cur síos ar fheidhmchláir agus ar thionchair fhéideartha a bhaineann le hidirghníomhaíochtaí réimse solais thar a bheith láidir.
Moladh an clár XCELS in 2011 leis an sprioc tosaigh buaicchumhacht a bhaint amachléasaraschur cuisle de 200 PW, atá uasghrádaithe faoi láthair go 600 PW. Acóras léasairag brath ar thrí phríomhtheicneolaíocht:
(1) Úsáidtear teicneolaíocht Aimplithe Pulse Chirped Paraiméadrach Optúil (OPCPA) in ionad na teicneolaíochta traidisiúnta Aimplithe Pulse Chirped (Chirped Pulse Amplification, OPCPA). CPA);
(2) Agus DKDP á úsáid mar mheán gnóthachain, baintear amach meaitseáil céime ultra-leathanbhanda gar do thonnfhad 910 nm;
(3) Úsáidtear léasar gloine neoidimiam le cró mór agus fuinneamh cuisle de na mílte giúl aige chun aimplitheoir paraiméadrach a phumpáil.
Faightear meaitseáil céime ultra-leathanbhanda go forleathan i mórán criostail agus úsáidtear í i léasair femtosecond OPCPA. Úsáidtear criostail DKDP toisc gurb iad an t-aon ábhar a fhaightear i gcleachtas is féidir a fhás go dtí na deicheanna ceintiméadar d'oscailt agus ag an am céanna tá cáilíochtaí optúla inghlactha acu chun tacú le haimpliú cumhachta il-PW.léasairFuarthas amach nuair a phumpálann solas minicíochta dúbailte an léasair gloine ND an criostal DKDP, má tá tonnfhad iompróra na cuisle aimplithe 910 nm, go bhfuil na chéad trí théarma de leathnú Taylor an neamhréir veicteora tonnta 0.
Is leagan amach sceitseach den chóras léasair XCELS é Fíor 1. Ghin an foirceann tosaigh bíoga femtosoicind sceite le tonnfhad lárnach de 910 nm (1.3 i bhFíor 1) agus bíoga nana-soicind 1054 nm a instealladh isteach sa léasar pumpáilte OPCPA (1.1 agus 1.2 i bhFíor 1). Cinntíonn an foirceann tosaigh sioncrónú na mbíoga seo chomh maith leis an bhfuinneamh agus na paraiméadair spásama riachtanacha. Aimplíonn OPCPA idirmheánach a oibríonn ag ráta athrá níos airde (1 Hz) an bíog sceite go dtí na deicheanna giúl (2 i bhFíor 1). Déantar an bíog a aimpliú tuilleadh ag an OPCPA Treisitheora i bhíoma cilea-ghiúl aonair agus roinntear é ina 12 fho-bhíoma comhionanna (4 i bhFíor 1). Sna 12 OPCPA deiridh, déantar gach ceann de na 12 bíog solais sceite a aimpliú go dtí an leibhéal cilea-ghiúl (5 i bhFíor 1) agus ansin comhbhrúitear iad le 12 ghreille comhbhrúite (GC de 6 i bhFíor 1). Úsáidtear an scagaire scaipthe in-ríomhchláraithe acústó-optúil sa cheann tosaigh chun scaipeadh luas grúpa agus scaipeadh ardord a rialú go beacht, chun an leithead cuisle is lú is féidir a fháil. Tá cruth beagnach sár-ghás den 12ú ord ar an speictream cuisle, agus is é 150 nm an bandaleithead speictreach ag 1% den luach uasta, rud a fhreagraíonn do leithead cuisle teorann claochlaithe Fourier de 17 fs. Agus an cúiteamh scaipthe neamhiomlán agus deacracht an chúitimh céime neamhlíneach in aimplitheoirí paraiméadracha á gcur san áireamh, is é 20 fs an leithead cuisle ionchais.
Úsáidfidh an léasar XCELS dhá mhodúl dúbailte minicíochta léasair gloine neoidimiam UFL-2M 8-chainéil (3 i bhFíor 1), agus úsáidfear 13 chainéal díobh chun an OPCPA Treisitheora agus 12 OPCPA deiridh a phumpáil. Úsáidfear na trí chainéal eile mar chileagúl cuislithe neamhspleácha nanasoicind.foinsí léasairle haghaidh turgnaimh eile. Teoranta ag an tairseach miondealaithe optúil de na criostail DKDP, socraítear déine ionradaíochta an chuisle phumpáilte go 1.5 GW/cm2 do gach cainéal agus is é 3.5 ns an fad.
Gineann gach cainéal den léasar XCELS bíoga a bhfuil cumhacht 50 PW acu. Soláthraíonn 12 chainéal san iomlán cumhacht aschuir iomlán de 600 PW. Sa phríomhsheomra sprice, is é 0.44 × 1025 W/cm2 an déine fócais uasta de gach cainéal faoi dhálaí idéalacha, ag glacadh leis go n-úsáidtear eilimintí fócais F/1 le haghaidh fócasú. Má dhéantar bíog gach cainéil a chomhbhrú tuilleadh go 2.6 fs trí theicníc iar-chomhbhrúite, méadófar an chumhacht bíog aschuir chomhfhreagrach go 230 PW, arb ionann í agus déine solais 2.0 × 1025 W/cm2.
Chun déine solais níos mó a bhaint amach, ag aschur 600 PW, díreofar na bíoga solais sna 12 chainéal i ngeoiméadracht na radaíochta déphola inbhéartaí, mar a thaispeántar i bhFíor 2. Nuair nach mbíonn an chéim bíge i ngach cainéal faoi ghlas, is féidir leis an déine fócais 9 × 1025 W/cm2 a bhaint amach. Má bhíonn gach céim bíge faoi ghlas agus sioncrónaithe, méadófar an déine solais chomhleanúnach mar thoradh go 3.2 × 1026 W/cm2. Chomh maith leis an bpríomhsheomra sprice, áirítear suas le 10 saotharlann úsáideora sa tionscadal XCELS, agus gach ceann acu ag fáil bhíoma amháin nó níos mó le haghaidh turgnaimh. Ag baint úsáide as an réimse solais thar a bheith láidir seo, tá sé beartaithe ag tionscadal XCELS turgnaimh a dhéanamh i gceithre chatagóir: próisis leictridinimice chandamach i réimsí léasair diana; Táirgeadh agus luasghéarú cáithníní; Giniúint radaíochta leictreamaighnéadaí tánaisteacha; Réaltfhisic saotharlainne, próisis dlúis ardfhuinnimh agus taighde diagnóiseach.
FÍG. 2 Geoiméadracht fhócasaithe sa phríomhsheomra sprice. Ar mhaithe le soiléireacht, tá scáthán parabólach bhíoma 6 socraithe go trédhearcach, agus ní thaispeánann na bhíomaí ionchuir agus aschuir ach dhá chainéal 1 agus 7.
Taispeánann Fíor 3 leagan amach spásúil gach limistéir fheidhmiúla de chóras léasair XCELS san fhoirgneamh turgnamhach. Tá leictreachas, caidéil folúis, cóireáil uisce, íonú agus aerchóiriú suite san íoslach. Tá achar iomlán na tógála níos mó ná 24,000 m2. Is é thart ar 7.5 MW an tomhaltas cumhachta iomlán. Tá fráma log inmheánach foriomlán agus cuid sheachtrach san fhoirgneamh turgnamhach, agus gach ceann acu tógtha ar dhá bhunús dícheangailte. Tá na córais folúis agus córais chreathaidh eile suiteáilte ar an mbunús atá scoite amach ó chreathadh, ionas go laghdaítear aimplitiúid an suaitheadh a tharchuirtear chuig an gcóras léasair tríd an mbunús agus an tacaíocht go dtí níos lú ná 10-10 g2/Hz sa raon minicíochta 1-200 Hz. Ina theannta sin, tá líonra marcóirí tagartha geodesiceacha bunaithe sa halla léasair chun monatóireacht chórasach a dhéanamh ar dhreapadh na talún agus an trealaimh.
Tá sé mar aidhm ag tionscadal XCELS saoráid mhór taighde eolaíochta a chruthú bunaithe ar léasair chumhachta buaice thar a bheith ard. Féadfaidh cainéal amháin de chóras léasair XCELS déine solais dhírithe a sholáthar atá roinnt uaireanta níos airde ná 1024 W/cm2, agus is féidir é sin a shárú tuilleadh faoi 1025 W/cm2 le teicneolaíocht iar-chomhbhrúite. Trí bíoga dípholacha ó 12 chainéal sa chóras léasair, is féidir déine gar do 1026 W/cm2 a bhaint amach fiú gan iar-chomhbhrú agus glasáil céime. Má ghlasáiltear an sioncrónú céime idir cainéil, beidh déine an tsolais roinnt uaireanta níos airde. Agus na déine bíog taifeadbhriseadh seo agus leagan amach an bhíoma ilchainéil á n-úsáid, beidh saoráid XCELS amach anseo in ann turgnaimh a dhéanamh le déine thar a bheith ard, dáiltí réimse solais casta, agus idirghníomhaíochtaí a dhiagnóisiú ag baint úsáide as bhíomaí léasair ilchainéil agus radaíocht thánaisteach. Beidh ról uathúil aige seo i réimse na fisice turgnamhaí réimse leictreamaighnéadaigh thar a bheith láidir.
Am an phoist: 26 Márta 2024