Yaklaşık 20 yıl önce, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) Nova Petawatt lazer sistemi (dünyanın ilk katrilyon-watt lazeri) üzerinde deneyler yapan araştırmacılar, deneyler sırasında sistemin yoğun kısa-darbeli lazer ışınları ince bir folyo hedefine ulaştıklarında, beklenmedik bir akış olduğunu keşfettiler.
Yüksek enerjili elektronlar ve protonlar hedefin arkasından akıyordu.
Bu ayın başlarında, uluslararası bir araştırmacı ekibi Nova Petawatt’ın halefi olan Ulusal Ateşleme Tesisi‘nin (NIF) petawatt sınıfı İleri Radyografik Yeteneğini (ARC)üzerinden, Nova‘nın sürpriz keşfini güçlü yeni bir kaynağa dönüştürmeyi vaat eden bir deneysel platform geliştirmeye başladı.
Araştırmadaki amaç Protonların, gezegenlerin ve yıldızların derinliklerinde bulunan aşırı koşulları incelemek, hedefe yönelik tümör tedavisini geliştirmek ve yüksek enerji yoğunluğu (HED) biliminin sınırlarını ilerletmeyi kapsıyordu.
İki NIF Discovery Science deneyinde, araştırmacılar hedefe dik olan ve Hedef Normal Kılıf Hızlanma (TNSA) alanı olarak adlandırılan güçlü bir elektrostatik kılıf alanı oluşturan 33 mikron kalınlığında titanyum folyosunda dört ARC ışınımını ateşledi.
Tarla, hedefin arka kısmından uzaklaştıkça, proton bakımından zengin hidrokarbonların kirlenme tabakasından yüksek enerjili proton ve iyonları hızlandırdı ve hedefin yüzeyini kaplayan su hep aynı hızla ilerledi.
Kampanyanın ana araştırmacısı LLNL fizikçisi Tammy Ma, “Sonuçlar, umduğumuz kadar iyi. Bu kesinlikle bir galibiyetti. ARC, diğer birçok kısa-darbeli lazerler kadar yoğun değil, bu yüzden toplumdaki bazı kişiler, bu ışınları oluşturmak için yoğunlukların yeterli olmayabileceğinden endişe ediyorlardı.
Fakat (sonuç) daha fazla protondu. 20 MeV (milyon elektron volt) ‘a yaklaşan enerjilerle, diğer uygulamaları ve serin fiziği mümkün kılacak bir kaynak olmadığını umduk.” Dedi.
ARC Işını
Deneylerde, NIF‘in iki 192 ışını, dört kısa atımlı ARC ışın demetini oluşturmak üzere bölünmüştür. Işınlayıcılar aynı anda 10 veya bir pikosaniye (saniyenin trilyonu) için ateşlendi. Böylece ışın başına 200 terarona (trilyon watt) güç üretildi. İkinci deneyde toplam 700 terawatt’lık toplam, NIF‘de üretilen en yüksek tepe gücüne erişildi.
ARC‘nin yüksek tepe gücü, bir osilatör tarafından üretilen kısa, geniş bantlı bir sinyalin tepe yoğunluğunu azaltmak için zaman içinde gerildiği, daha sonra lazer amplifikatörlerinde hasar eşiğinin altındaki yoğunluklarda çoğaltıldığı, nabız atışı amplifikasyonu adı verilen bir işlemle mümkün kılınmıştır. Son olarak büyük kompresör gemilerinde kısa bir nabızla en yüksek gücüne sıkıştırılmıştır.
LLNL‘nin Laboratuar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme (LDRD) programı tarafından desteklenen yeni Discovery Science platformu, daha önce keşfedilmemiş ultra yüksek kısa-darbeli lazer enerjileri ve uzun nabız süreleri için parçacık-ışın oluşturma fiziğini incelemek üzere tasarlanmıştır.
NIF‘nin 1,8 milyon ultraviyole katkısıyla birleştiğinde, yetenek, sayısız HED uygulamalarına imkan verecek ve maddenin aşırı hallerinin yaratılmasına ve çalışılmasına olanak sağlayacaktır.
NIF, yıldızların ve dev gezegenlerin iç mekanları gibi koşulları yerine getirebilen dünyanın tek tesisidir. Maddenin aşırı halde ısınması için ARC kısa-darbeli üretilmiş proton ışınlarının kullanılması, daha önce görülmemiş enerji yoğunluğu durumlarında opaklık ve eşitlik ölçümlerini mümkün kılar.
Proton Işını
Projenin önde gelen uzmanlarından Derek Mariscal, “Protonlar enerjilerini çok özel bir şekilde biriktiriyorlar. Bu yüzden protonlar tümör tedavisi gibi uygulamalar için ümit vericidir. Bir proton demetini tümöre doğru gönderebilir ve vücudun diğer bölgelerine zarar vermeden tüm enerjisini tam olarak istediğiniz yere yönlendirebilirsiniz.
Aynı şekilde katı bir malzeme ile. (Proton ışını) enerjisini çok hızlı bir şekilde istediğiniz yerde biriktirir, bu yüzden bir malzemeyi hidrodinamik olarak genişlemeden önce çok hızlı bir şekilde ısıtabilir. Yüksek enerji, yüksek yoğunluklu malzemeniz ile yoğunlaşır.” dedi.
Mariscal Proton-ivme platformunun gösterilip anlaşılmasının ardından, projedeki bir sonraki adımın, bir döteryum huzmesi üretmek üzere döteryumlu karbon (CD) folyodaki ARC ışınlarını ateşlemek olacağını söyledi.
“Bunları ikinci bir folyoya, lityum florid veya berilyum gibi etkileyebilir ve daha sonra, tüm 192 yerine yalnızca iki NIF kirişi kullanan gerçek bir lazer benzeri nötron kaynağı olan bir nötron ışını elde edebilirsiniz.” Dedi.
