Облученный высокомощным лазером графен не требует дополнительных компонентов для работы в качестве ускорителя ионов и протонов.

 

Фото: Источник: Osaka University

 

Ученые из Японии обнаружили, что, если облучить графеновый лист лазером высокой мощности, он станет компактным и мощным ускорителем ионов и протонов.

Об этом говорится в публикации в научном журнале Scientific Reports.

Исследователи Университета Осаки в сотрудничестве с исследователями из Национального института квантовой науки и технологии (QST), Университета Кобе и Центрального национального университета Тайваня сообщили о прямом ускорении энергичных ионов путем облучения самой тонкой и прочной графеновой мишени в мире сверхинтенсивным излучением лазера J-KAREN в Кансайском фотонном научном институте, QST, Япония.
Облученный высокомощным лазером графен не требует дополнительных компонентов для работы в качестве ускорителя ионов и протонов.

 

Известно, что в теории лазерного ускорения ионов для большей энергии ионов требуется более тонкая мишень.
Однако прямое ускорение ионов в режиме чрезвычайно тонкой мишени затруднено, поскольку шумовые компоненты мощного лазера разрушают мишени до основного пика лазерного импульса.
Для эффективного ускорения ионов интенсивным лазером необходимо использовать плазменные зеркала, удаляющие шумовые компоненты.

 

 

Дерзкие исследователи разработали подвесной графен большой площади (LSG) в качестве мишени для лазерного ускорения ионов.
Поскольку графен известен как самый тонкий и прочный двумерный материал в мире, который подходит для лазерных источников ионов.

Атомарно тонкий графен прозрачен, обладает высокой электро- и теплопроводностью, имеет малый вес и в то же время является самым прочным материалом.
Графен нашел множество применений, в том числе в транспорте, медицине, электронике и энергетике.
Применение графена в области лазерного ускорения ионов, в котором уникальные свойства графена играют незаменимую роль - это новое, прорывное применение.

Прямое облучение мишеней LSG генерирует MeV протоны и углероды:

• от субрелятивистской до релятивистской интенсивности лазерного излучения;
• от низкой контрастности до высококонтрастных условий без плазменного зеркала.

 

В ходе опытов по облучению 1 - слойных пластинок графена лазером J-KAREN японские ученые обнаружили, что данный лазер может вырабатывать очень короткие, но яркие пучки лазерного излучения мощностью более петаватта.
Было проведено исследование при взаимодействии графена и частиц света - возникнут ли достаточно мощные электрические поля, которые способны отрывать часть атомов от листа графена и разгонять их до околосветовых скоростей?
Ранее пытались создавать подобные ускорители частиц на основе других материалов, но «мишень» для лазера всегда разрушалась слишком быстро, и значительный разгон частиц увидеть не удавалось.
Ученые попытались решить проблему разрушения с помощью сверхчистого однослойного графена - его сделали «мишенью».
Графен обладает высокой прочностью и почти полностью прозрачен для всех форм электромагнитных волн.
При взаимодействии лазерных лучей разной мощности с мишенями из графена оказалось, что графеновая мишень вырабатывала множество протонов и ионов углерода с высокой энергией, не разрушаясь.
При этом ионы вырабатывались как при большой, так и при довольно низкой мощности лазерных вспышек.

Результаты:

• это демонстрирует долговечность графена.
• прямое ускорение энергичных ионов без плазменного зеркала наглядно демонстрирует надежность LSG,
• ученые будут использовать LSG атомарной толщины в качестве мишени для ускорения других материалов, которые не могут делать это сами по себе,
• ускорение энергичных ионов при нерелятивистской интенсивности позволит исследовать лазерное ускорение ионов на относительно небольших лазерных установках,
• даже без плазменного зеркала в режиме чрезвычайно тонкой мишени реализуется ускорение энергичных ионов, что открывает новый режим лазерного ускорения ионов.

Если по-простому, то технологию можно будет применять:

 

• для создания компактных ускорителей ионов, которые нужны для радиотерапии рака, исследований в области термоядерной энергетики и физики высоких энергий.
• для проведения астрофизических экспериментов.

 

для разгона частиц других материалов.

 

 

Графен является разновидностью углерода, это материал толщиной в 1 атом.
За получение и изучение первых образцов графена Нобелевскую премию по физике 2010 г. получили выходцы из России К. Новоселов и А. Гейм.

 

Автор: А. Шевченко

Источник