レーザーは、固体の細孔からナノパルサーを作るのに役立ちます

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ビデオ: レーザーを使ったナノ技術 「ナノカクテル」 2022, 12月
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Anonim
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理論物理学者のグループは、固体内部の球形の細孔に強力なレーザーパルスを照射すると、固体が崩壊して非常に高密度の陽子核を形成する可能性があることを発見しました。静電相互作用の結果として、陽子は散乱して戻る傾向があるため、一定の照射により、そのようなシステムで振動システムが発生する、と科学者はScientificReportsに書いています。

固体に非常に短く強力なレーザーパルスを照射すると、その中に高エネルギーのイオンが形成されることが知られています。現在、このようにして得られたイオンは、基礎研究と、例えば、癌性腫瘍の治療などの医療機器の両方で使用することが提案されています。実験室の条件下で得られるこれまでで最も強力なレーザービームでは、比パルス出力は1平方センチメートルあたり1022ワットに達します。固体にそのようなレーザーが照射されると、その小さな部分がプラズマ雲に変わる可能性があり、結果として生じる場の電子は異常なジグザグ軌道に沿って移動します。

大阪大学の村上正勝氏が率いる日米の理論物理学者は、このような短い超強力なレーザーパルスを使用して、別の異常な効果を観察できることを発見しました。それらが水素を含む化学組成の固体を照射し、構造内にマイクロメートルサイズの小さな球状の細孔がある場合、1020から1022ワット/平方センチメートルの出力のフェムト秒レーザーパルスは崩壊につながります細孔とその場所での非常に濃縮されたプロトン核の形成。

数値シミュレーションを使用して、科学者は、照射中に、ガス空洞が10〜100メガエレクトロンボルトのエネルギーを持つ高エネルギー電子で満たされ、結果として生じる陽子が細孔壁に収集されることを示しました。このようなシステムの荷電粒子の濃度は、1立方センチメートルあたり約1023個に達する可能性があり、その結果、電子からの静電引力により、陽子が加速し始め、空洞が急速に崩壊します。このような急速な圧縮の結果、陽子のみからなる非常に高密度の核が前者の細孔の中心に形成されます。この原子核内の陽子の密度は、たとえば白色矮星内の密度に近いため、結果として得られる非常に高い強度の場の作用下で、陽子は再び異なる方向に飛んでいき、ほぼ元の状態で細孔を復元します。形。

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フェムト秒レーザーパルスの作用下での固体水素中の球形気泡の周期的崩壊のモデル化の結果

レーザーパルスの照射強度が一定に保たれていると、そのようなプロセスが振動モードに変わり、細孔が繰り返し圧縮されて引き伸ばされ、一種のナノパルサーが形成されます。科学者たちは、固体水素について提案されたメカニズムをモデル化しましたが、水素を含む他の化合物、特にさまざまな元素の水素化物についても同様の効果が典型的であると主張しています。

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フェムト秒レーザーパルスの作用下での固体水素中の球状気泡の周期的崩壊中のシステムの連続状態の画像

研究の著者によると、現代の技術はすでに実験で得られた結果を繰り返すことを可能にしています。しかし同時に、科学者たちは、彼らが提案したメカニズムを実装するためには、固体の微細孔が球対称でなければならないことに注意しています。すなわち、互いに接続された多数の不規則な形状の細孔を含む材料では、そのような崩壊は起こらない。物理学者は、この効果の実際的な実装は、たとえば星の陽子の振る舞いに関連する基本的な物理現象の研究と、実際の目的(癌治療または新しい物質の合成)の両方に使用できると主張しています。

高エネルギーレーザービームの使用は、さまざまなタスクに使用できます。たとえば、2年前、この研究の共著者の1人であるAlexei Arefievが率いる物理学者のグループは、プラスチックターゲットにペタワット赤外線レーザーを照射して強力なガンマ線ビームを生成することを提案しました。

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