Berkeley Laser feuert Impulse Hunderte Male stärker als alle elektrischen Anlagen der Welt zusammen - Die Wissenschaften - 2020

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Anonim

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Stellen Sie sich ein Gerät vor, das mehr Strom liefern kann als alle elektrischen Anlagen der Welt. Dies ist jedoch keine Stütze für den nächsten James Bond-Film. Ein neuer Laser am Lawrence Berkeley National Laboratory wurde am 20. Juli getestet und lieferte Impulse mit einer Leistung von Petawatt einmal pro Sekunde. Ein Petawatt ist 1015 Watt oder 1.000.000.000.000.000 Watt - rund 400-mal so viel wie die Gesamtleistung aller elektrischen Anlagen der Welt.

Wie ist das überhaupt möglich? Nun, die Impulse beim Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA) sind sowohl außerordentlich leistungsstark als auch extrem kurz. Jeder Petawatt-Burst dauert nur 40 Femtosekunden oder 0,00000000000004 Sekunden. Da der Laser nur einen kurzen Impuls pro Sekunde abgibt, beträgt die durchschnittliche Leistung des Lasers nur etwa 40 Watt - genau wie bei einer Glühlampe in einer Leselampe.

Der Laser von BELLA ist nicht der erste, der so viel Energie verbraucht - ein Laser im Lawrence Livermore National Laboratory, nur eine Autostunde von Berkeley entfernt, erreichte 1,25 Petawatt in den 1990er Jahren. Und die University of Texas in Austin hat einen eigenen Hochleistungslaser, der 2008 die Marke von 1,1 Petawatt erreichte. Der Berkeley-Laser ist jedoch der erste, der Petawatt-Impulse mit einer solchen Frequenz liefert, sagt das Labor. Bei voller Leistung kann der Texas Petawatt Laser zum Vergleich einen Schuss pro Stunde abgeben.

Simuliertes Bild von laserbeschleunigenden Elektronen in einem Plasma. Credit: Cameron Geddes, LOASIS-Programm, im Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung für Energie, NERSC

Das Department of Energy plant, den leistungsstarken Laser für den Antrieb eines sehr kompakten Teilchenbeschleunigers über ein Verfahren namens Laser-Wake-Field-Beschleunigung einzusetzen, das Elektronen für den Einsatz in Kollidern oder für bildgebende oder medizinische Anwendungen auf hohe Energien anhebt. Elektronenstrahlen werden bereits verwendet, um helle Röntgenstrahlenpulse für die Hochgeschwindigkeitsabbildung zu erzeugen. Ein intensiver Laserpuls kann die Atome in einem Gas ionisieren und Elektronen von Protonen trennen, um ein Plasma zu erzeugen. Und lasergeschnitzte Wellen im Plasma blau im Bild rechts fegen Elektronen auf Grün und beschleunigt sie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nach außen.

BELLA-Direktor Wim Leemans sagt, die ersten Experimente des Projekts werden darauf abzielen, Elektronenstrahlen auf Energien von 10 Milliarden Elektronenvolt (oder 10 GeV) zu beschleunigen, indem der Laser durch einen plasma-basierten Apparat mit einer Länge von etwa einem Meter gebrannt wird. Das Lasergerät selbst ist etwas größer und füllt einen recht großen Raum siehe oberes Foto . Zum Vergleich produzierte das kürzlich neu entwickelte Stanford Linear Accelerator Center aus einem 3,2 Kilometer langen Beschleuniger Elektronenstrahlen von 50 GeV.

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