Текст уведомления здесь

Сверхмощный магнит сделали при помощи петельки из фольги и импульсного лазера

Он в сотни раз сильнее обычных магнитов, но намного меньше их и работает очень недолго

Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и МИФИ придумали, как создавать очень сильные магнитные поля при помощи сверхкоротких импульсов лазерного излучения. Магнитное поле, пусть на фемтосекунды и в микроскопическом объеме, превышает поле, создаваемое самыми сильными магнитами, и достигает нескольких тысяч тесла.
Добавить в закладки
Комментарии

Поле в несколько тесла соответствует медицинскому томографу. Такие поля могут притягивать все железные и стальные предметы в радиусе свыше метра, поэтому эксплуатировать их нужно очень осторожно. Разделить два таких магнита без специальных инструментов практически невозможно.

Поля в десять тесла и выше получают в больших электромагнитах, они нужны для того, чтобы управлять пучками элементарных частиц в ускорителях типа Большого адронного коллайдера. Поля еще мощнее вне микроскопических объемов получить практически невозможно. Этому мешают как технические ограничения (катушку разрывает сила Ампера), так и фундаментальные физические законы.

«В силу закона сохранения энергии увеличение силы поля без возрастания затрат энергии потребует уменьшения занимаемого им объема, — комментируют исследователи. — А большая концентрация энергии приводит к большому давлению и, как следствие, малому времени жизни таких полей».

Сегодня физики знают несколько методов получения магнитных полей, и один из самых перспективных основан на использовании мощных лазерных импульсов. Тем не менее ученые непрерывно ищут способ создать как можно более экстремальные поля наиболее простым способом. Обычно в качестве инструмента для этого физики рассматривают самые большие петаваттные лазерные установки. Впрочем, во Вселенной можно найти поля на много порядков мощнее, например, около вращающихся нейтронных звезд, но они недоступны для современных земных технологий.

Читайте также: Жерар Муру и нижегородские лазеры. Зачем нобелевский лауреат сотрудничает с российскими физиками

Авторы новой статьи предложили использовать для создания магнитного поля очень короткий, продолжительностью в десятки фемтосекунд (1 фс = 10–15 секунды) лазерный импульс, направленный на специальным образом изогнутую петлю из тонкой фольги. Объем, который ограничивает эта петля, составляет всего несколько микрометров в поперечнике, но именно благодаря компактному размеру взаимодействие излучения с металлом приводит к появлению очень мощного магнитного поля. В ходе работы ученые смоделировали несколько разных ситуаций — с разной формой петли и с разной продолжительностью лазерного импульса. Расчеты показали, что индукция магнитного поля для рассмотренных параметров может достигать семи тысяч тесла.

Мощное поле в рассмотренной системе возникает за счет тока, который создают покидающие металл электроны. Лазерный импульс выбивает электроны из одной пластины конденсатора на другую так, что на облучаемой пластине создается недостаток, а на тыльной — избыток электронов. Конденсатор замкнут проводником, через который система пытается как можно быстрее переместить заряд для того, чтобы прийти в равновесие. Ток получается при этом настолько сильным, что микроскопическая петля на очень короткое время становится на порядки более мощным магнитом, чем массивные устройства с толстыми сверхпроводящими кабелями.

Физики отмечают, что для реализации такой схемы лучше всего подходят компактные, так называемые настольные фемтосекундные лазеры. Как рассказал «Чердаку» один из авторов исследования Федор Корнеев, такие экстремально сильные поля можно применять не только стандартным для них образом, например для управления быстрыми частицами, генерации излучения или стабилизации плазмы, но и при исследовании высокоэнергетических астрофизических явлений в микрообъемах около фокуса лазерного пучка.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы