برای پژوهش در حوزه فیزیک چگالی بالا و همجوشی هسته‌ای کنترل‌شده، تعدادی از آزمایشگاه‌های سراسر جهان لیزرهای بزرگ را به خدمت می‌گیرند تا اهداف جامد کوچک را گرم و فشرده کنند. برای تاباندن یکنواخت انرژی کافی بر روی هدف، از پرتوهای لیزر هم‌پوشان استفاده می‌شود. این کار منجر به روش‌هایی جدید برای کنترل پلاسمای تولید شده با لیزر می‌شود اما پیچیدگی را نیز تقویت می‌کند. برای مثال، می‌تواند انتقال انرژی پرتوهای متقاطع رخ دهد که در آن برهمکنش لیزر-پلاسما انرژی را از یک پرتو به پرتو دیگر انتقال می‌دهد.  اگر این اثر به خوبی کنترل نشود، می‌تواند تقارن تحویل انرژی به نمونه را کاهش دهد. در مقاله‌ای در فیزیکال ریویو لترز، شبیه‌سازی انجام شده توسط پیر میشل [1] در آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور-کالیفرنیا و همکارانش نشان می‌دهد که ضربان ایجادشده از تداخل بسامدهای مختلف لیزر می‌تواند بعضی از مشکلات انتقال پرتو متقاطع و گرمای بسیار زیاد یون‌های پلاسما را کاهش دهد.

میشل و همکارانش آزمایشی را مدل کردند که در آزمایشگاه ملی احتراق در لیورمور انجام می‌شود. در این آزمایش، ۱۹۲ پرتو وارد یک کاواک (حفره) می‌شوند، پرتوهای اکس تولید می‌کنند، سپس به گلوله بسیار کوچکی برخورد و آن را منفجر می‌کنند. در این صورت گلوله به چگالی بسیار بالایی می‌رسد. در شبیه‌سازی آن‌ها، طول‌موج‌های پرتوها یکسان نیست اما در گروه‌هایی تنظیم شده‌اند که باعث ۲۷۶ موج ضربه می‌شود. همین امر متعاقبا پتانسیل های الکترواستاتیکی می‌سازد که می‌تواند یون‌ها را کنار هم متراکم و پلاسما را گرم کند. نویسندگان تحول زمانی توزیع سرعت یون و اثر آن را بر انتقال پرتو متقاطع محاسبه کردند. آن‌ها دریافتند که انرژی بسیار سریع و عمدتا از طریق برخوردهای یون-یون بازتوزیع می‌شود. اثرات اشباع باعث می‌شود تا انتقال پرتو متقاطع در چند نانوثانیه پایدار گردد. این تحلیل پیشنهاد می‌دهد که با کنترل مناسب امواج ضربه، افتِ انرژیِ لیزرِ ورودی کاهش می‌یابد و پلاسما می‌تواند تا دماهای ۴۵ میلیون کلوین گرم شود.

منبع:

Synopsis: Heat from Beats, APS Physics news.

مرجع:

Stochastic Ion Heating from Many Overlapping Laser Beams in Fusion Plasmas, P. Michel, W. Rozmus, E. A. Williams, L. Divol, R. L. Berger, R. P. J. Town, S. H. Glenzer, and D. A. Callahan, Phys. Rev. Lett. 109, 195004 (2012)