Ученые разработали и теоретически обосновали совершенно новый метод получения сверхсильных магнитных полей в лабораторных условиях.
Метод лазерной имплозии микротрубок с лезвийной структурой, разработанный учеными из Университета Осаки, основывается на воздействии на цилиндрические мишени с лезвиями особой формы внутри сверхинтенсивных лазерных импульсов. Технология позволяет достичь интенсивности магнитного поля, которая приближается к одному мегатеслу — значению, сопоставимому с экстремальными условиями вблизи нейтронных звезд или астрофизических струй.
Основное преимущество метода заключается в том, что он позволяет создавать такие поля «с нуля», без необходимости внешнего намагничивания среды. Традиционные подходы требуют наличия магнитного поля, которое затем усиливается посредством сжатия. Новый механизм основан исключительно на взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного импульса с внутренней структурой микротрубки, состоящей из зубчатых, асимметрично расположенных лезвий. Эти лезвия вызывают завихрение плазмы при взрыве — таким образом в центре конструкции формируются закольцованные электрические токи. Именно эти токи создают мощное аксиальное магнитное поле.
Взаимодействие принимает форму положительной обратной связи: возникающее магнитное поле сжимает потоки заряженных частиц, заставляя их вращаться все быстрее, что, в свою очередь, еще сильнее усиливает магнитное поле. Этот самоусиливающийся процесс позволяет достичь значений, превышающих 500 килотесла — предела, который в компактных установках ранее считался недостижимым.
Авторы исследования отмечают, что ключевым аспектом успешной генерации поля является асимметрия в конструкции мишени — именно она создает необходимые условия для появления вихрей в плазме. По расчетам и симуляциям, эта схема функционирует стабильно и предсказуемо при соблюдении соответствующей геометрии микротрубки.
Для численного моделирования физики использовали суперкомпьютер SQUID и специализированный, полностью релятивистский код EPOCH. Также была создана аналитическая модель, позволяющая оценивать масштабируемость процесса и подбирать оптимальные параметры мишени.
Данная разработка открывает широкие возможности как в области фундаментальной физики, так и для прикладных исследований. Технология может быть использована для моделирования экстремальных условий, характерных для внутренних областей звезд или струй в галактических ядрах, изучения квантово-электродинамических эффектов в сильных полях, а также в перспективных направлениях в области лазерного термоядерного синтеза. В частности, метод может способствовать развитию схем «быстрого зажигания» с использованием протонных пучков.
Наша технология открывает принципиально новый способ создания и изучения экстремальных магнитных полей в компактном формате. Это экспериментальный мост между лабораторной плазмой и астрофизической Вселенной.
Фото: hi-tech.mail.ru