Un láser de alta potencia recientemente actualizado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía abrirá nuevos caminos en muchos campos de la ciencia al recrear las condiciones más extremas del universo, como las del corazón de las estrellas y los planetas, en un laboratorio.
Es el primer sistema láser de alta potencia que se combina con el láser de rayos X de SLAC, la fuente de luz coherente Linac LCLS. LCLS puede medir con precisión formas extremas de materia creadas por los pulsos de alta potencia, con temperaturas que alcanzanmillones de grados y presiones que se acercan a los 2 mil millones de toneladas por pulgada cuadrada, aproximadamente 300 mil millones de veces la presión al nivel del mar, ya que se transforma rápidamente a escala atómica. El láser actualizado será útil para estudiar cómo se transforman los materiales bajo estrés y para comprender elfísica de la fusión nuclear, que algún día podría servir como una fuente revolucionaria de energía.
Los científicos también pueden usar sus pulsos para impulsar una variedad de haces de partículas que exploran formas de materia, como plasmas densos en forma de estrella, de nuevas maneras. Plasmas, que se consideran un cuarto estado de la materia porque no son como sólidos,líquidos o gases, consisten en una sopa gaseosa de partículas cargadas que incluye electrones que flotan libremente y los átomos de los que se separaron los electrones.
"Esto nos dará más información sobre los procesos en el trabajo, desde los estados atómicos a los electrónicos", dijo Eduardo Granados, un científico láser de SLAC que supervisó la actualización.
El sistema láser actualizado está diseñado para alcanzar un pico de 200 teravatios de potencia, siete veces más alto que su pico anterior y equivalente a aproximadamente 100 veces el consumo de energía total del mundo comprimido en decenas de "femtosegundos" o cuadrillonésimos de segundo.Su potencia máxima antes de la actualización era de 30 teravatios. Los pulsos del láser ahora son mucho más potentes que la potencia de pulso combinada total de los más de 150 sistemas láser en funcionamiento en SLAC.
Nuevas formas de sondear materiales
Aunque el láser mejorado de SLAC no es el más poderoso del mundo, un láser completado en Japón este año ahora tiene el récord, con una potencia aproximadamente 10 veces mayor, y muchos otros sistemas láser en todo el mundo son varias veces más poderosos- lo que lo hace único es su capacidad de sincronizarse con los pulsos de rayos X intensos y ultrarrápidos producidos en LCLS, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
El crecimiento de estos sistemas láser de alta potencia en todo el mundo abre nuevas vías para el descubrimiento y ha despertado el interés entre los investigadores que trabajan en astrofísica, investigación de materiales, ciencias planetarias, geología y ciencias nucleares y de energía, entre otros campos. En septiembre.30, un simposio internacional organizado por el Consejo Científico de Japón se reunió en SLAC para discutir los últimos desarrollos en el uso de láseres de alta potencia y rayos X para estudiar la materia en condiciones extremas, y se planifican debates similares durante un período de dos días.Power Laser Workshop esta semana en SLAC y durante una próxima conferencia de astrofísica basada en laboratorio en SLAC.
El láser de alta potencia de SLAC emite pulsos de luz a frecuencias invisibles de infrarrojo cercano que empujan las muestras a condiciones extremas; el láser de rayos X prueba sus propiedades con una precisión increíble. Ambos sistemas láser pueden producir pulsos medidos en femtosegundos y el tiempoEl retraso entre los pulsos de rayos X y de alta potencia se puede ajustar para estudiar cómo los materiales se transforman rápidamente después de ser golpeados por el pulso láser de alta potencia.
El láser de alta potencia también se puede usar para generar simultáneamente haces de partículas como rayos gamma, protones y una forma especializada de rayos X llamada radiación betatron, todo lo cual se puede usar en concierto con pulsos LCLS para explorar estados exóticos deimporta de nuevas maneras.
"Ahora tendremos una imagen mucho más precisa de lo que está sucediendo en los experimentos con láser de rayos X de alta energía", dijo Granados.
Oportunidad para futuras actualizaciones
En el núcleo del sistema láser mejorado de SLAC, que se encuentra en la estación experimental de Materias en condiciones extremas en LCLS, se encuentra un cristal de zafiro de titanio grande y de alta calidad, que mide más de 3 pulgadas de diámetro. El cristal estimula y amplificaluz de otro láser. Esa luz amplificada se enfoca en un punto de solo una millonésima de pulgada de ancho, y los sistemas de sincronización ayudan a sincronizar la llegada de cada pulso láser con un pulso láser de rayos X LCLS con una precisión medida en femtosegundos.
El láser de alta potencia actualizado en LCLS estará disponible para los científicos durante la próxima ronda de experimentos en LCLS, que comienza en octubre, a la mitad de su potencia máxima diseñada, 100 teravatios. El plan es aumentar gradualmente su intensidad durantetiempo de operación regular a 200 teravatios, dijo Granados. El láser inicialmente podrá disparar un pulso cada 3.5 minutos a 100 teravatios, con una longitud de pulso de aproximadamente 40 femtosegundos. Con su potencia máxima de 200 teravatios, disparará un disparocada siete minutos
Granados dijo que el sistema láser eventualmente puede actualizarse aún más, hasta 300 teravatios y quizás hasta 400 teravatios, con equipo adicional.
Incluso antes de la actualización, el sistema láser se utilizó para un primer experimento LCLS que utilizó su pulso para producir una oleada secundaria de rayos X en forma de rayos X betatron. Esos rayos X betatron,que cubren un rango de energía más amplio que los pulsos LCLS y se produjeron acelerando electrones de alta energía con luz láser, se usaron para revelar más detalles sobre las muestras.
"Estos rayos X betatron son una fuente prometedora para futuros experimentos que ahora queremos probar a energías más altas", dijo Granados.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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