Новая методика – не просто эксперимент, цель которого – установить рекорд, но важный шаг в разработке технологии термоядерного синтеза. Для работы термоядерных реакторов имитируются процессы и условия в недрах Солнца, для чего требуется быстро нагревать вещества до сверхвысоких температур. При этом «удара» луча максимально мощного лазера недостаточно – требуется усовершенствовать саму технологию нагрева материала.
Как происходит нагрев вещества лазером при условии использовании традиционной методики? Пучок лазерных лучей нагревает электроны в веществе, а те, в свою очередь, нагревают ионы, которые составляют основную массу вещества. Процесс этот протекает сравнительно долго – так, авторы эксперимента утверждают, что ранее на нагревание вещества до температуры солнечного ядра требовалось в 100 раз больше времени.
Британские ученые решили ускорить процесс, нагревая непосредственно ионы, и выяснили, что когда лазерный луч с высокой плотностью потока попадает на определенные материалы, в них формируется электростатическая ударная волна. Формально данный факт не является открытием, так как это отмечалось и в экспериментах, которые проводились ранее. Однако тогда волны лишь «расталкивали» перед собой ионы, не нагревая их.
Артур Таррелл (Arthur Turrell) и его коллеги провели моделирование такого опыта на компьютере и выяснили, что пластмасса и гидрид цезия (материалы, которые отличаются высокой плотностью), имеют особую комбинацию ионов, и разгоняются они с различной скоростью. Это позволяет создать трение, нужное для нагрева. А из-за высокой плотности материала ударная волна, генерируемая лазерным пучком, дополнительно в 10 раз уплотняет ионы, и это также усиливает воздействие трения.
Марк Шерлок (Mark Sherlock), коллега Таррелла, проводит следующую аналогию:
Ионы двух типов в данных веществах выступают в роли спичек и коробка — чтобы зажечь пламя, необходимы оба компонента. Сама по себе спичка не загорится: нужно трение, возникающее при ударе ею о коробок.
Моделируя эксперимент на компьютере, ученые доказали, что небольшое количество твердого вещества можно с применением новой технологии нагреть до температуры 11,6 миллиона градусов Цельсия за 20 фемтосекунд.
Таррел поясняет:
При столкновении атомов в ускорителях (вроде Большого адронного коллайдера) температуры еще выше, но там суть эксперимента заключается в столкновениях единичных пар элементарных частиц. Нашу методику, наоборот, можно реализовать на лазерных установках по всему миру и нагревать твердое вещество.
В настоящее время физики работают над созданием экспериментального подтверждения теоретических моделей.
