Исследователи из Университета Осаки разработали новый метод создания сверхсильных магнитных полей с помощью лазерной имплозии микротрубок с лопастной структурой. Этот способ позволяет создавать поля напряжённостью до одного мегатесла, что является прорывом в области компактной высокополевой плазмы. Исследование опубликовано в журнале Physics of Plasmas.
Магнитные поля, близкие к мегатеслам — такие же мощные, как те, что существуют вокруг нейтронных звёзд или в астрофизических джетах, — были успешно смоделированы и созданы в теоретическом плане с помощью компактной лазерной системы. Учёные во главе с профессором Масакацу Мураками из Университета Осаки разработали и проанализировали оригинальную конструкцию, основанную на использовании полых цилиндров микроскопических размеров с внутренними лопастями для создания таких экстремальных уровней магнитного поля.
Технология «имплозия микротрубок с лезвиями» предполагает фокусировку мощнейших фемтосекундных лазерных импульсов на цилиндрическую мишень, содержащую внутренние лезвия, похожие на зубья пилы. Эти лезвия приводят к неравномерному скручиванию сжимающейся плазмы, формируя циркулирующие токи вблизи центральной области. Образующийся петлевой ток спонтанно генерирует интенсивное осевое магнитное поле, достигающее значений более 500 килотесла и приближающегося к мегатеслам. Использование внешнего начального поля не требуется.
В отличие от обычного магнитного сжатия, использующего усиление существующего магнитного поля, данный механизм предполагает создание поля с нуля посредством взаимодействия лазера и плазмы. Кроме того, наличие в мишени структур, не соблюдающих цилиндрическую симметрию, позволяет стабильно генерировать мощные магнитные поля. В результате формируется петля обратной связи: потоки заряженных частиц, состоящие из ионов и электронов, усиливают магнитное поле, которое, в свою очередь, оказывает более сильное влияние на эти потоки, что приводит к дальнейшему усилению поля.
«По словам профессора Мураками, данная методика предоставляет новые перспективы для разработки и исследования сильных магнитных полей в условиях ограниченного пространства. Она позволяет установить экспериментальную связь между плазмой, создаваемой в лаборатории, и явлениями, происходящими во Вселенной».
Потенциальные области применения включают:
• Лабораторные исследования в астрофизике: моделирование намагниченных струй и внутренних структур звёзд;
• Лазерный синтез: рассмотрены перспективные методы ускоренного запуска, основанные на использовании протонного пучка;
• Изучение нелинейных квантовых явлений.
Моделирование выполнялось на суперкомпьютере SQUID в Университете Осаки. Кроме того, была разработана аналитическая модель для определения основных закономерностей масштабирования и путей оптимизации.
[Фото: Masakatsu Murakami / University of Osaka]