Afgiver højeffekt laserlys på plasmatæthedsgrænsen

Interaktionen mellem højeffekt laserlyskilder og stof har givet anledning til adskillige anvendelser, herunder; hurtig ionacceleration; intens røntgen, gammastråler, positron- og neutrongenerering; og hurtigantændelsesbaseret laserfusion. Disse applikationer kræver en forståelse af energiabsorption og momentumoverførsel fra højintensive lasere til plasmapartikler.

En gruppe japanske forskere ledet af Osaka University har foreslået, at stoffer opvarmet med højeffektlasere producerer en ultrahøjtryksplasmatilstand, sammenlignelig med dem, der findes i stjernernes centre, og at plasmaets overfladespænding kan skubbe lyset tilbage. Da lasere med energier, der er i stand til at opvarme materiale tilstrækkeligt til at skabe dette tryk, ikke havde været tilgængelige til dato, processen var ikke taget i betragtning. Deres arbejde udgivet i Naturkommunikation beskriver deres teori og understøttende simuleringer.

"Forståelse af ekstreme højtrykstilstande skabt af laserlys, der interagerer med materialer, er afgørende for laserbaserede applikationer, " siger medforfatter Yasuhiko Sentoku. "Vores teori foreslår, at stejling af overfladeplasma med intens laser, dvs. kedeligt hul, stoppes til sidst af ultrahøjt plasmatryk, og en ny fase af plasmaopvarmning dukker op."

De udledte grænsetætheden for boring af laserhuller, som svarer til den maksimale plasmadensitet laserlys kan nå. De fandt ud af, at efter at have nået tæthedsgrænsen, overfladeplasmaet begynder at blæse ud mod laseren, også selvom laseren bestråler plasmaet kontinuerligt.

Forskernes teori forklarer overgangen til blowout ud fra et balanceforhold mellem trykket fra laserlyset og overfladeplasmaet. Teorien giver en rettesnor til at kontrollere elektronenergi, hvilket er vigtigt for applikationer som ionacceleration og parplasmadannelse.

"Vi udledte også tidsskalaen for overgangen fra hulboring til udblæsning, viser, at vores resultater vil være anvendelige til lasereksperimenter med flere picosekunder, " siger hovedforfatter Natsumi Iwata. "Vi håber, at vores arbejde vil danne grundlag for anvendelsesfokuseret forskning, for eksempel laser-initieret nuklear fusion."