Laser có thể làm vật liệu nóng hơn cả Mặt trời trong tích tắc

Các nhà vật lí lí thuyết ở trường Imperial College London vừa nghĩ ra một cơ chế làm nóng cực nhanh mà họ tin rằng có thể làm nóng những vật liệu nhất định lên tới hàng chục triệu độ trong thời gian chưa tới một phần triệu triệu của một giây.

Phương pháp lần đầu tiên được đề xuất có thể thích ứng cho những lộ trình mới nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch, trong đó các nhà khoa học đang tìm cách bắt chước khả năng của Mặt trời sản sinh nguồn năng lượng sạch.

Quá trình làm nóng sẽ nhanh hơn khoảng 100 lần so với tốc độ hiện thấy ở các thí nghiệm nhiệt hạch sử dụng các hệ thống laser giàu năng lượng nhất thế giới tại Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore ở California, Hoa Kì. Cuộc chạy đua đặt ra cho các nhà khoa học hiện nay là đưa phương pháp của đội họ vào thực tiễn.

Laser có thể làm vật liệu nóng hơn cả Mặt trời trong tích tắc

Theo nghiên cứu mới, các laser có thể làm nóng vật liệu tới các nhiệt độ nóng hơn lõi của Mặt trời, trong thời gian chưa tới một phần triệu triệu của một giây.

Trong nhiều năm qua, các nhà nghiên cứu đã sử dụng laser công suất cao để làm nóng vật chất nhằm tạo ra sự nhiệt hạch. Trong nghiên cứu mới này, các nhà vật lí tại trường Imperial tìm kiếm các phương pháp làm nóng trực tiếp các ion – thành phần cấu tạo của vật chất.

Khi sử dụng laser làm nóng đa số vật liệu, năng lượng từ laser cung cấp trước tiên làm nóng các electron trong tấm bia. Rồi sau đó năng lượng này làm nóng các ion, nên quá trình chậm hơn so với làm nóng trực tiếp các ion.

Đội Imperial phát hiện thấy khi chiếu một laser cường độ cao vào một loại vật liệu nhất định, nó sẽ tạo ra một sóng xung kích tĩnh điện có thể làm nóng trực tiếp các ion. Khám phá của họ công bố trên tạp chí Nature Communications số ra ngày 13/11/2015.

“Đó là một kết quả hoàn toàn bất ngờ. Một trong những vấn đề với nghiên cứu nhiệt hạch là thu năng lượng từ laser ở đúng nơi đúng thời điểm. Phương pháp này đưa năng lượng thẳng cho các ion,” phát biểu của tác giả đứng tên đầu của bài báo, tiến sĩ Arthur Turrell.

Thông thường, các sóng xung kích tĩnh điện cảm ứng-laser đẩy các ion về phía trước, làm chúng gia tốc ra xa sóng nhưng không nóng lên. Tuy nhiên, sử dụng mô hình siêu máy tính phức tạp, các nhà nghiên cứu phát hiện thấy nếu một vật liệu chứa những kết hợp đặc biệt của các ion, thì chúng sẽ bị sóng xung kích làm gia tốc ở những tốc độ khác nhau. Điều này gây ra ma sát, thành ra làm chúng nóng lên nhanh chóng. Họ tìm thấy hiệu ứng sẽ mạnh nhất ở những chất rắn có hai loại ion, ví dụ như plastic.

“Hai loại ion tác dụng giống như que diêm và hộp diêm, bạn cần cả hai loại,” phát biểu của đồng tác giả, tiến sĩ Mark Sherlock. “Một nắm que diêm sẽ không bao giờ tự cháy được, bạn cần lực ma sát gây ra bởi việc quẹt chúng vào hộp diêm.”

“Bản thân vật liệu thật sự mang ra dùng làm bia đã là một bất ngờ,” phát biểu của đồng tác giả, giáo sư Steven Rose. “Ở những vật liệu chỉ có một loại ion, hiệu ứng hoàn toàn biến mất.”

Việc làm nóng diễn ra nhanh như vậy một phần là do vật liệu làm bia có mật độ rất dày đặc. Các ion bị nén lại gần gấp 10 lần so với mật độ thường gặp ở một vật liệu rắn khi sóng xung kích tĩnh điện đi qua, làm cho hiệu ứng ma sát mạnh hơn nhiều so với diễn ra một vật liệu kém đặc hơn, ví dụ chất khí.

Nếu được chứng minh thực nghiệm, kĩ thuật trên có thể sẽ đem lại tốc độ làm nóng nhanh nhất trong phòng thí nghiệm từng thu được cho một số lượng hạt có nghĩa.

“Các biến thiên nhiệt độ nhanh hơn xảy ra khi các nguyên tử lao vào nhau trong các máy gia tốc như Máy Va chạm Hadron Lớn, nhưng những va chạm này là giữa những cặp hạt độc thân,” tiến sĩ Turrell nói. “Trái lại, kĩ thuật mà chúng tôi đề xuất có thể khai thác ở nhiều xưởng laser trên khắp thế giới, và sẽ làm nóng vật liệu ở mật độ chất rắn.”

Tham khảo: A. E. Turrell et al. Ultrafast collisional ion heating by electrostatic shocks, Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms9905

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Các bài khác


Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 96)
04/09/2020
Khám phá Hải Vương tinh 1846 John Couch Adams (1819–1892), Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811–1877), Johann Gottfried Galle (1812–1910) “Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 95)
04/09/2020
Các định luật Kirchhoff về mạch điện 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) Khi vợ của Gustav Kirchhoff, Clara, qua đời, nhà vật
Lực nâng từ tách biệt tế bào sống với tế bào chết
27/08/2020
Một kiểu lực nâng từ có thể tách các tế bào sống với tế bào chết mà không làm thay đổi hay làm hỏng chúng. Quá trình có
LHC tạo ra vật chất từ ánh sáng
26/08/2020
Các nhà khoa học làm việc ở một thí nghiệm tại Máy Va chạm Hạt nặng Lớn đã chứng kiến các hạt W khối lượng lớn xuất
PHẢN BIỆN ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ TNPTQG NĂM HỌC 2019 – 2020 VÀ NHỮNG TRĂN TRỞ CỦA NGƯỜI CẦM PHẤN
20/08/2020
Khám phá sóng áp suất khí quyển toàn cầu sau 220 năm tìm kiếm
20/08/2020
Một nhà vật lí thế kỉ 18 lần đầu tiên dự đoán sự tồn tại của một dàn hợp xướng sóng khí quyển quét qua Trái đất.

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com