မကြာသေးမီက ရုရှားသိပ္ပံအကယ်ဒမီ၏ အသုံးချရူပဗေဒအင်စတီကျုမှ အလွန်အမင်းအခြေခံ၍ ကြီးမားသောသိပ္ပံစက်ပစ္စည်းများအတွက် သုတေသနပရိုဂရမ်တစ်ခုဖြစ်သည့် eXawatt Center for Extreme Light Study (XCELS) ကို မိတ်ဆက်ခဲ့သည်။စွမ်းအားမြင့်လေဆာများ. ပရောဂျက်တွင် ဆောက်လုပ်ရန် အလွန်ပါဝင်သည်။စွမ်းအားမြင့်လေဆာကြီးမားသော အလင်းဝင်ပေါက် ပိုတက်စီယမ်ဒီဒီအိုတီရီယမ် ဖော့စဖိတ် (DKDP၊ ဓာတုဗေဒဖော်မြူလာ KD2PO4) ပုံဆောင်ခဲများတွင် optical parametric chirped pulse amplification နည်းပညာကို အခြေခံ၍ စုစုပေါင်းထွက်ရှိမည့် 600 PW အမြင့်ဆုံးပါဝါပဲမျိုးစုံကို မျှော်လင့်ထားသည်။ ဤအလုပ်သည် XCELS ပရောဂျက်နှင့် ၎င်း၏လေဆာစနစ်များအကြောင်း အရေးကြီးသောအသေးစိတ်အချက်အလက်များနှင့် သုတေသနတွေ့ရှိချက်များကို ပံ့ပိုးပေးသည်၊၊ အသုံးချပရိုဂရမ်များနှင့် အလွန်ပြင်းထန်သောအလင်းစက်ကွင်း အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုများနှင့်ဆက်စပ်သော ဖြစ်နိုင်ခြေရှိသောအကျိုးသက်ရောက်မှုများကို ဖော်ပြသည်။
XCELS ပရိုဂရမ်ကို အမြင့်ဆုံးပါဝါရရှိရန် ကနဦးရည်မှန်းချက်ဖြင့် 2011 ခုနှစ်တွင် အဆိုပြုခဲ့သည်။လေဆာpulse output သည် 200 PW ဖြစ်ပြီး လက်ရှိတွင် 600 PW သို့ အဆင့်မြှင့်ထားသည်။ ၎င်း၏လေဆာစနစ်အဓိကနည်းပညာသုံးရပ်ကို အားကိုးသည်-
(၁) Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) နည်းပညာကို ရိုးရာ Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) အစား အသုံးပြုသည်။ CPA) နည်းပညာ;
(၂) DKDP အား အမြတ်အလတ်စားအဖြစ် အသုံးပြု၍ အလွန်ကျယ်ပြန့်သော ကြိုးဝိုင်းအဆင့် ကိုက်ညီမှုကို 910 nm လှိုင်းအလျားအနီးတွင် သိရှိနိုင်သည်။
(၃) ပါရာမက်ထရစ် အသံချဲ့စက်ကို စုပ်ယူရန်အတွက် ထောင်ပေါင်းများစွာသော သွေးခုန်နှုန်း joules စွမ်းအင်ရှိသော ကြီးမားသော အလင်းဝင်ပေါက် နီအိုဒီယမ်မှန်လေဆာကို အသုံးပြုသည်။
Ultra-wideband အဆင့်လိုက်ဖက်ခြင်းကို ပုံဆောင်ခဲများစွာတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်တွေ့ရှိရပြီး OPCPA femtosecond လေဆာများတွင် အသုံးပြုသည်။ DKDP crystals များကို လက်တွေ့တွင် တွေ့ရှိရသည့် တစ်ခုတည်းသောပစ္စည်းဖြစ်သောကြောင့် အလင်းဝင်ပေါက်ဆယ်စင်တီမီတာအထိ ကြီးထွားနိုင်ပြီး တစ်ချိန်တည်းတွင် Multi-PW ပါဝါချဲ့ထွင်မှုကို ပံ့ပိုးရန် လက်ခံနိုင်သော optical အရည်အသွေးများပါရှိသည်။လေဆာများ. DKDP crystal ကို ND glass လေဆာ၏ ကြိမ်နှုန်းနှစ်ထပ်အလင်းဖြင့် စုပ်ယူသောအခါ၊ amplified pulse ၏ carrier wavelength သည် 910 nm ဖြစ်ပါက၊ wave vector ၏ ပထမသုံးချက်ဖြစ်သော Taylor expansion ၏ ပထမသုံးချက်မှာ 0 ဖြစ်သည်။
ပုံ 1 သည် XCELS လေဆာစနစ်၏ အသွင်အပြင်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ရှေ့ဆုံးမှ 910 nm (ပုံ 1 တွင် 1.3) နှင့် 1054 nm နာနိုစက္ကန် (ပုံ 1 တွင် 1.3) နှင့် OPCPA pumped လေဆာ (ပုံ 1 တွင် 1.1 နှင့် 1.2) ဖြင့် တီးခတ်ထားသော femtosecond ပဲမျိုးစုံကို ထုတ်ပေးသည်။ ရှေ့ဆုံးသည် ဤပဲမျိုးစုံများ၏ တပြိုင်တည်းလုပ်ဆောင်မှုကိုလည်း သေချာစေသည့်အပြင် လိုအပ်သော စွမ်းအင်နှင့် spatiotemporal ကန့်သတ်ချက်များကိုလည်း အာမခံပါသည်။ ပိုမိုမြင့်မားသော ထပ်ခါတလဲလဲနှုန်း (1 Hz) ဖြင့် လုပ်ဆောင်နေသော အလယ်အလတ် OPCPA သည် chirped pulse ကို ဆယ်ဂဏန်းအထိ joules (ပုံ 1 တွင် 2) တိုးမြှင့်ပေးသည်။ သွေးခုန်နှုန်းအား Booster OPCPA မှ ကီလိုဂျိုး တစ်ခုတည်းသို့ အလင်းတန်းတစ်ခုအဖြစ် ထပ်မံချဲ့ထွင်ပြီး ထပ်တူထပ်မျှသော အလင်းတန်း ၁၂ ခု (ပုံ ၁ တွင် ၄ ခု) ခွဲထားသည်။ နောက်ဆုံး 12 OPCPA တွင်၊ 12 chirped light pulses တစ်ခုစီကို kilojoule အဆင့် (ပုံ 1 တွင် 5 တွင်) ချဲ့ပြီး 12 compression gratings (GC ၏ ပုံ 1 တွင် 6) ဖြင့် ဖိသိပ်ထားသည်။ အသေးငယ်ဆုံးဖြစ်နိုင်သော pulse width ကိုရရှိရန် အုပ်စုအလျင်ပျံ့လွင့်မှုနှင့် မြင့်မားသောအစီအစဥ်ပျံ့နှံ့မှုကို တိကျစွာထိန်းချုပ်ရန်အတွက် acousto-optic ပရိုဂရမ်မီနိုင်သော ပြန့်ကျဲနေသော filter ကို ရှေ့ဆုံးတွင်အသုံးပြုသည်။ pulse spectrum သည် 12th-order supergauss နီးပါးပုံသဏ္ဍာန်ရှိပြီး အမြင့်ဆုံးတန်ဖိုး၏ 1% တွင် spectral bandwidth သည် 150 nm ဖြစ်ပြီး၊ Fourier transform limit pulse width 17 fs နှင့် သက်ဆိုင်ပါသည်။ ပါရာမက်ထရစ်အသံချဲ့စက်များတွင် မပြည့်စုံသောပျံ့နှံ့မှုလျော်ကြေးငွေနှင့် ပါရာမက်ထရစ်အသံချဲ့စက်များတွင် လိုင်းမဟုတ်သည့်အဆင့်လျော်ကြေးအခက်အခဲကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းဖြင့် မျှော်လင့်ထားသော pulse width သည် 20 fs ဖြစ်သည်။
XCELS လေဆာသည် 8-channel UFL-2M neodymium glass လေဆာကြိမ်နှုန်းနှစ်ဆ (ပုံ 1 တွင် 3) လိုင်းနှစ်ခုကို အသုံးပြုမည်ဖြစ်ပြီး Booster OPCPA နှင့် နောက်ဆုံး OPCPA 12 ခုကို အသုံးပြုမည်ဖြစ်သည်။ ကျန်ချန်နယ်သုံးခုကို အမှီအခိုကင်းသော နာနိုစက္ကန့်ကီလိုဂျိုးအဖြစ် အသုံးပြုပါမည်။လေဆာပါဝင်ပါတယ်။အခြားစမ်းသပ်မှုများအတွက်။ DKDP ပုံဆောင်ခဲများ၏ အလင်းပြမှုဆိုင်ရာ ပြိုကွဲမှုအဆင့်သတ်မှတ်ချက်ဖြင့် ကန့်သတ်ထားပြီး၊ pumped pulse ၏ ရောင်ခြည်ဖြာထွက်မှုပြင်းထန်မှုကို ချန်နယ်တစ်ခုစီအတွက် 1.5 GW/cm2 နှင့် ကြာချိန်သည် 3.5 ns ဖြစ်သည်။
XCELS လေဆာ၏ ချန်နယ်တစ်ခုစီသည် 50 PW စွမ်းအားဖြင့် ပဲမျိုးစုံကို ထုတ်လုပ်သည်။ စုစုပေါင်း 12 channel သည် စုစုပေါင်း output power 600 PW ဖြစ်သည်။ အဓိကပစ်မှတ်အခန်းတွင်၊ စံပြအခြေအနေများအောက်တွင် ချန်နယ်တစ်ခုစီ၏ အမြင့်ဆုံးအာရုံစူးစိုက်မှုပြင်းထန်မှုသည် 0.44×1025 W/cm2 ဖြစ်ပြီး၊ F/1 အာရုံစူးစိုက်မှုဒြပ်စင်များကို အာရုံစူးစိုက်ရန်အတွက် အသုံးပြုသည်ဟု ယူဆပါသည်။ ချန်နယ်တစ်ခုစီ၏ သွေးခုန်နှုန်းအား ဖိသိပ်မှုလွန်နည်းပညာဖြင့် 2.6 fs သို့ ထပ်မံချုံ့မည်ဆိုပါက၊ သက်ဆိုင်ရာ အထွက်သွေးခုန်နှုန်းအား 230 PW သို့ တိုးလာမည်ဖြစ်ပြီး၊ အလင်းပြင်းအား 2.0×1025 W/cm2 နှင့် သက်ဆိုင်သည်။
အလင်းပြင်းအား ပိုမိုရရှိစေရန်၊ 600 PW အထွက်တွင်၊ ချန်နယ် 12 ခုရှိ အလင်းအား ပုံ 2 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ပြောင်းပြန် dipole ရောင်ခြည်၏ ဂျီသြမေတြီတွင် အာရုံစူးစိုက်ပါမည်။ ချန်နယ်တစ်ခုစီရှိ သွေးခုန်နှုန်းအဆင့်ကို လော့ခ်မချသောအခါ၊ အာရုံစူးစိုက်မှု ပြင်းထန်နိုင်သည် 9×1025 W/cm2 သို့ရောက်ရှိ။ သွေးခုန်နှုန်းအဆင့်တစ်ခုစီကို လော့ခ်ချပြီး ထပ်တူပြုပါက၊ ပေါင်းစပ်ထွက်ပေါ်လာသောအလင်းပြင်းအားသည် 3.2×1026 W/cm2 သို့ တိုးလာမည်ဖြစ်သည်။ ပင်မပစ်မှတ်အခန်းအပြင်၊ XCELS ပရောဂျက်တွင် အသုံးပြုသူ ဓာတ်ခွဲခန်း ၁၀ ခုအထိ ပါဝင်ပြီး တစ်ခုစီသည် စမ်းသပ်မှုများအတွက် တစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက်ပိုသော အလင်းတန်းများကို လက်ခံရရှိကြသည်။ ဤအလွန်ပြင်းထန်သောအလင်းစက်ကွင်းကိုအသုံးပြု၍ XCELS ပရောဂျက်သည် ပြင်းထန်သောလေဆာနယ်ပယ်များတွင် ကွမ်တမ်အီလက်ထရောနစ်ဒိုင်းနမစ်လုပ်ငန်းစဉ်များကို အမျိုးအစားလေးမျိုးဖြင့် စမ်းသပ်လုပ်ဆောင်ရန် စီစဉ်ထားသည်။ အမှုန်များ၏ထုတ်လုပ်မှုနှင့်အရှိန်မြှင့်; အလယ်တန်းလျှပ်စစ်သံလိုက်ဓါတ်ရောင်ခြည်မျိုးဆက်; ဓာတ်ခွဲခန်းနက္ခတ္တဗေဒပညာ၊ မြင့်မားသောစွမ်းအင်သိပ်သည်းဆဖြစ်စဉ်များနှင့် ရောဂါရှာဖွေရေးသုတေသန။
သဖန်းသီး။ 2 အဓိကပစ်မှတ်အခန်းတွင် ဂျီသြမေတြီကို အာရုံစိုက်ပါ။ ကြည်လင်ပြတ်သားမှုအတွက်၊ beam 6 ၏ parabolic mirror ကို ဖောက်ထွင်းမြင်ရပြီး အဝင်နှင့်အထွက် beam များသည် channel 1 နှင့် 7 နှစ်ခုသာပြသသည်
ပုံ 3 သည် စမ်းသပ်အဆောက်အအုံရှိ XCELS လေဆာစနစ်၏ လုပ်ငန်းဆောင်တာဧရိယာတစ်ခုစီ၏ spatial layout ကိုပြသထားသည်။ လျှပ်စစ်၊ ဖုန်စုပ်ပန့်များ၊ ရေသန့်စင်ခြင်း၊ သန့်စင်ခြင်းနှင့် လေအေးပေးစက်များသည် မြေအောက်ခန်းတွင် တည်ရှိသည်။ စုစုပေါင်းတည်ဆောက်မှုဧရိယာသည် 24,000 m2 ကျော်ဖြစ်သည်။ စုစုပေါင်း ဓာတ်အားသုံးစွဲမှုမှာ 7.5 MW ခန့်ဖြစ်သည်။ စမ်းသပ်အဆောက်အအုံတွင် အတွင်းပိုင်းအခေါင်းပေါက်ဘောင်တစ်ခုနှင့် ပြင်ပအပိုင်းတစ်ခုစီပါ၀င်ပြီး တစ်ခုစီသည် နှစ်ထပ်အုတ်မြစ်နှစ်ခုပေါ်တွင် တည်ဆောက်ထားသည်။ လေဟာနယ်နှင့် အခြားတုန်ခါမှု-လှုံ့ဆော်ပေးသည့်စနစ်များကို တုန်ခါမှု- သီးခြားအခြေခံအုတ်မြစ်ပေါ်တွင် တပ်ဆင်ထားသောကြောင့် ဖောင်ဒေးရှင်းမှတစ်ဆင့် လေဆာစနစ်သို့ ပေးပို့သည့် အနှောက်အယှက်၏ပမာဏကို ကြိမ်နှုန်းအကွာအဝေးတွင် 10-10 g2/Hz အောက်သို့ လျှော့ချနိုင်စေရန်၊ 1-200 Hz ထို့အပြင်၊ မြေပြင်နှင့် စက်ပစ္စည်းများ၏ ပျံ့လွင့်မှုကို စနစ်တကျ စောင့်ကြည့်ရန် လေဆာခန်းမတွင် ဘူမိဗေဒဆိုင်ရာ အမှတ်အသားများ ကွန်ရက်တစ်ခုကို တပ်ဆင်ထားသည်။
XCELS ပရောဂျက်သည် အလွန်မြင့်မားသော စွမ်းအားမြင့် လေဆာများကို အခြေခံ၍ ကြီးမားသော သိပ္ပံသုတေသန အဆောက်အအုံကို ဖန်တီးရန် ရည်ရွယ်သည်။ XCELS လေဆာစနစ်၏ ချန်နယ်တစ်ခုသည် ဖိသိပ်မှုလွန်နည်းပညာဖြင့် 1024 W/cm2 ထက် အဆများစွာ ပိုမိုမြင့်မားသော focused light intensity ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်၊ ၎င်းသည် 1025 W/cm2 ကို ကျော်လွန်သွားနိုင်သည်။ လေဆာစနစ်ရှိ 12 လိုင်းများမှ dipole-focusing pulses ဖြင့်၊ 1026 W/cm2 အနီးရှိ ပြင်းထန်မှုအား ဖိသိပ်မှုလွန်ခြင်းနှင့် အဆင့်သော့ခတ်ခြင်းမပြုဘဲ ရရှိနိုင်မည်ဖြစ်သည်။ ချန်နယ်များကြားတွင် အဆင့်ထပ်တူပြုခြင်းအား လော့ခ်ချပါက၊ အလင်းပြင်းအားသည် အဆများစွာ ပိုမြင့်လာမည်ဖြစ်သည်။ ဤစံချိန်ချိုးသွေးခုန်နှုန်းပြင်းအားများနှင့် လိုင်းပေါင်းစုံအလင်းတန်းပုံစံကိုအသုံးပြု၍ အနာဂတ် XCELS စက်ရုံသည် အလွန်ပြင်းထန်သောပြင်းထန်မှု၊ ရှုပ်ထွေးသောအလင်းအကွက်ဖြန့်ကျက်မှုများနှင့် ဘက်စုံလေဆာရောင်ခြည်များနှင့် ဆင့်ပွားရောင်ခြည်များကို အသုံးပြု၍ အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုများကို အဖြေရှာနိုင်မည်ဖြစ်သည်။ ၎င်းသည် အလွန်အားကောင်းသော လျှပ်စစ်သံလိုက်စက်ကွင်း စမ်းသပ်ရူပဗေဒနယ်ပယ်တွင် ထူးခြားသောအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်မည်ဖြစ်သည်။
စာတိုက်အချိန်- မတ်လ ၂၆-၂၀၂၄