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.
Сверхсильные магнитные поля, приближающиеся к мегатесла-режиму, — сравнимые с теми, что наблюдаются вблизи сильно намагниченных нейтронных звёзд или астрофизических джетов, — были теоретически продемонстрированы с помощью компактной установки с лазерным приводом. Группа учёных под руководством профессора Масакацу Мураками из Университета Осаки предложила и смоделировала уникальную схему, в которой для достижения таких уровней поля используются полые цилиндры микронного размера с внутренними лопастями.
Метод, получивший название «имплозия микротрубок с лезвиями», заключается в направлении сверхмощных фемтосекундных лазерных импульсов на цилиндрическую мишень с внутренними лезвиями, напоминающими зубья пилы. Эти лезвия вызывают асимметричное закручивание имплодирующей плазмы, создавая циркулирующие токи вблизи центра. Возникающий в результате петлевой ток самопроизвольно создаёт интенсивное осевое магнитное поле, превышающее 500 килотесла и приближающееся к мегатеслам. Внешнее начальное поле не требуется.
Этот механизм кардинально отличается от традиционного магнитного сжатия, основанного на усилении исходного магнитного поля. При магнитном сжатии с помощью лазера поле создаётся с нуля исключительно за счёт взаимодействия лазера с плазмой. Более того, если в мишени есть структуры, нарушающие цилиндрическую симметрию, можно стабильно создавать сильные магнитные поля. Этот процесс образует петлю обратной связи, в которой потоки заряженных частиц, состоящих из ионов и электронов, усиливают магнитное поле, которое, в свою очередь, сильнее ограничивает эти потоки, ещё больше усиливая поле.
«Этот подход открывает новые возможности для создания и изучения экстремальных магнитных полей в компактном формате, — говорит профессор Мураками. — Он позволяет установить экспериментальную связь между лабораторной плазмой и астрофизической Вселенной».
Потенциальные области применения включают:
• Лабораторная астрофизика: имитация намагниченных струй и недр звёзд;
• Лазерный синтез: перспективные схемы быстрого зажигания с использованием протонного пучка;
• Изучение нелинейных квантовых явлений.
Моделирование проводилось на суперкомпьютере SQUID в Университете Осаки. Также была создана вспомогательная аналитическая модель для выявления фундаментальных законов масштабирования и стратегий оптимизации.
