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美国国家实验室新升级激光器能进一步探索宇宙极端现象

导读: 据外媒报道,来自美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们最近对一个强大的光学激光系统进行了升级,用于产生类似行星内部高压条件的冲击波。该激光系统为SLAC的超亮X射线激光器实验提供了三倍的能量,为探索宇宙中物质的极端状态提供了更有用的工具。

模拟行星的核心

MEC升级对于许多研究人员来说充满前景,其中包括机械工程博士生Shaughnessy Brennan Brown,他的研究重点是高能量密度科学,涉及化学、材料科学和物理学。Brennan Brown使用MEC实验箱,通过硅驱动冲击波,并形成了在地球内部发生的高压条件。

Brennan Brown指出:“在LCLS进行的MEC升级使得像我这样的研究人员能够产生令人兴奋的、以前未被开发的奇异物质体系,而且还具有极大的可靠性和可重复性。”

Brennan Brown的研究探讨了在高温和高压条件下地球核心在原子级方面重排的过程。这些高压状态的热力学特性会影响地球的磁场,从而保护我们免受太阳风的影响,并使我们能够在地球上生存。此次激光升级将允许Brennan Brown在她的样品中实现更高的压力和温度条件,这也是一个长期的目标。

高强度+精度

该光学激光器分阶段放大低功率光束并达到越来越高的能量。然而,激光束的质量和对激光束的控制能力在光束放大期间逐渐减小。低质量的脉冲最终可能形成一个完全不同的形状,这对于尝试重新创建特定条件的研究人员来说是无用的。

MEC激光区域经理Michael Greenberg表示:“初始低能量脉冲必须具有原始的空间模式和正确配置的时间形状 - 即,在放大之前精确地对脉冲功率造型,随着时间的变化,进而为每个用户的试验产生所需的激光脉冲特性。”

每个目标都是独一无二的,需要一个特定的能量和脉冲形状,进而使得人工测试和调整耗费大量时间。在进行升级之前,团队手动优化了脉搏形状,花费了几个小时、甚至几天的时间进行了适当的校准。

为了解决这个问题,MEC的激光科学家Eric Cunningham开发了一种自动化控制系统,用于在放大前对低功率光束进行调整。

Cunningham表示:“新系统允许使用计算机化的反馈回路系统对脉冲形状进行精确的定制,从而分析脉冲并对激光器自动进行重新校准。”新的优化器是一个能以最准确和及时的方式产生许多高质量脉冲的系统。

除了改进的脉冲形状之外,升级后的系统可以将样品上的能量进行一致地存储,这使得研究人员可以在其样品中非常细致地再现极端物质状态。因此,数据质量和运营效率均得到了提升。

Brennan Brown表示,人类的力量和技术促进了该仪器的成功:“MEC实验站的激光科学家和工程师的能力和资格为研究人员提供了探索尚未解决的宇宙问题所需的技术资源,并将其理论实现。”(文/Oscar译)


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