ថ្មីៗនេះ វិទ្យាស្ថានរូបវិទ្យាអនុវត្តនៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ីបានណែនាំមជ្ឈមណ្ឌល eXawatt សម្រាប់ការសិក្សាពន្លឺខ្លាំង (XCELS) ដែលជាកម្មវិធីស្រាវជ្រាវសម្រាប់ឧបករណ៍វិទ្យាសាស្ត្រដ៏ធំដែលផ្អែកលើយ៉ាងខ្លាំង។ឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់។. គម្រោងនេះរួមបញ្ចូលទាំងការសាងសង់ឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់។ផ្អែកលើបច្ចេកវិជ្ជាពង្រីកជីពចរអុបទិក ប៉ារ៉ាមេទ្រិច នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ប៉ូតាស្យូម ឌីឌីទែរៀម ផូស្វ័រ ដែលមានជំរៅធំ (DKDP រូបមន្តគីមី KD2PO4) ជាមួយនឹងទិន្នផលសរុបដែលរំពឹងទុកនៃជីពចរថាមពលកំពូល 600 PW ។ ការងារនេះផ្តល់នូវព័ត៌មានលម្អិតសំខាន់ៗ និងការរកឃើញស្រាវជ្រាវអំពីគម្រោង XCELS និងប្រព័ន្ធឡាស៊ែររបស់វា ដោយពណ៌នាអំពីកម្មវិធី និងផលប៉ះពាល់សក្តានុពលទាក់ទងនឹងអន្តរកម្មនៃវាលពន្លឺខ្លាំងបំផុត។
កម្មវិធី XCELS ត្រូវបានស្នើឡើងក្នុងឆ្នាំ 2011 ជាមួយនឹងគោលដៅដំបូងនៃការសម្រេចបាននូវថាមពលកំពូលឡាស៊ែរទិន្នផលជីពចរនៃ 200 PW ដែលបច្ចុប្បន្នត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដល់ 600 PW ។ របស់វា។ប្រព័ន្ធឡាស៊ែរពឹងផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យាសំខាន់ៗចំនួនបី៖
(1) បច្ចេកវិទ្យា Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) ត្រូវបានប្រើជំនួសឱ្យ Chirped Pulse Amplification (Chirped Pulse Amplification, OPCPA)។ CPA) បច្ចេកវិទ្យា;
(2) ការប្រើប្រាស់ DKDP ជាមធ្យមការទទួលបាន ការផ្គូផ្គងដំណាក់កាល ultra wideband ត្រូវបានដឹងនៅជិតរលក 910 nm ។
(3) ឡាស៊ែរកញ្ចក់ neodymium ដែលមានជំរៅធំដែលមានថាមពលជីពចររាប់ពាន់ joules ត្រូវបានប្រើដើម្បីបូម amplifier parametric ។
ការផ្គូផ្គងដំណាក់កាល Ultra-wideband ត្រូវបានរកឃើញយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ជាច្រើន ហើយត្រូវបានគេប្រើនៅក្នុងឡាស៊ែរ OPCPA femtosecond ។ គ្រីស្តាល់ DKDP ត្រូវបានប្រើព្រោះវាជាវត្ថុធាតុតែមួយគត់ដែលត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងការអនុវត្តដែលអាចលូតលាស់ដល់រាប់សិបសង់ទីម៉ែត្រនៃជំរៅ ហើយក្នុងពេលតែមួយមានគុណភាពអុបទិកដែលអាចទទួលយកបានដើម្បីគាំទ្រដល់ការពង្រីកថាមពលពហុ PW ។ឡាស៊ែរ. វាត្រូវបានគេរកឃើញថានៅពេលដែលគ្រីស្តាល់ DKDP ត្រូវបានបូមដោយពន្លឺប្រេកង់ពីរដងនៃឡាស៊ែរកញ្ចក់ ND ប្រសិនបើរលកដឹកជញ្ជូននៃជីពចរ amplified គឺ 910 nm នោះពាក្យបីដំបូងនៃ Taylor ពង្រីកនៃវ៉ិចទ័ររលកមិនត្រូវគ្នាគឺ 0 ។
រូបភាពទី 1 គឺជាគ្រោងការណ៍នៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS ។ ចុងខាងមុខបានបង្កើតជីពចរ femtosecond chirped ជាមួយនឹងរលកកណ្តាលនៃ 910 nm (1.3 ក្នុងរូបភាពទី 1) និង 1054 nm nanosecond pulses ចាក់ចូលទៅក្នុង OPCPA pumped laser (1.1 និង 1.2 នៅក្នុងរូបភាពទី 1) ។ ផ្នែកខាងមុខក៏ធានាផងដែរនូវការធ្វើសមកាលកម្មនៃជីពចរទាំងនេះក៏ដូចជាថាមពលដែលត្រូវការនិងប៉ារ៉ាម៉ែត្រ spatiotemporal ។ OPCPA កម្រិតមធ្យមដែលដំណើរការនៅអត្រាពាក្យដដែលៗខ្ពស់ជាង (1 Hz) ពង្រីកជីពចរដែលស្រែករហូតដល់រាប់សិបជូល (2 ក្នុងរូបភាពទី 1) ។ ជីពចរត្រូវបានពង្រីកបន្ថែមដោយ Booster OPCPA ទៅជាធ្នឹមគីឡូជូលតែមួយ ហើយបែងចែកជា 12 អនុធ្នឹមដូចគ្នា (4 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ នៅក្នុង 12 OPCPA ចុងក្រោយ នីមួយៗនៃ 12 chirped light pulses ត្រូវបានពង្រីកដល់កម្រិត kilojoule (5 ក្នុងរូបភាពទី 1) ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានបង្ហាប់ដោយ compression gratings ចំនួន 12 (GC នៃ 6 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ តម្រងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយនៃកម្មវិធី acousto-optic ត្រូវបានប្រើនៅផ្នែកខាងមុខ ដើម្បីគ្រប់គ្រងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយនៃល្បឿនក្រុម និងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយលំដាប់ខ្ពស់ យ៉ាងជាក់លាក់ ដើម្បីទទួលបានទទឹងជីពចរតូចបំផុត។ វិសាលគមជីពចរមានរាងជា supergauss ជិតលំដាប់ទី 12 ហើយវិសាលគមវិសាលគមនៅ 1% នៃតម្លៃអតិបរមាគឺ 150 nm ដែលត្រូវនឹង Fourier transform limit pulse width នៃ 17 fs ។ ដោយពិចារណាលើសំណងនៃការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយមិនពេញលេញ និងការលំបាកនៃសំណងដំណាក់កាល nonlinear នៅក្នុង amplifiers ប៉ារ៉ាម៉ែត្រ ទទឹងជីពចរដែលរំពឹងទុកគឺ 20 fs ។
ឡាស៊ែរ XCELS នឹងប្រើប្រាស់ម៉ូឌុល 8-channel UFL-2M neodymium glass laser laser double frequency (3 ក្នុងរូបភាពទី 1) ដែលក្នុងនោះ 13 channels នឹងត្រូវបានប្រើដើម្បីបូម Booster OPCPA និង 12 OPCPA ចុងក្រោយ។ ឆានែលចំនួនបីដែលនៅសល់នឹងត្រូវបានប្រើជា nanosecond kilojoule pulsed ឯករាជ្យប្រភពឡាស៊ែរសម្រាប់ការពិសោធន៍ផ្សេងៗ។ កំណត់ដោយកម្រិតនៃការបំបែកអុបទិកនៃគ្រីស្តាល់ DKDP អាំងតង់ស៊ីតេ irradiation នៃជីពចរដែលបានបូមត្រូវបានកំណត់ទៅ 1.5 GW/cm2 សម្រាប់ឆានែលនីមួយៗ ហើយរយៈពេលគឺ 3.5 ns ។
ឆានែលនីមួយៗនៃឡាស៊ែរ XCELS ផលិតជីពចរជាមួយនឹងថាមពល 50 PW ។ បណ្តាញសរុបចំនួន 12 ផ្តល់ថាមពលទិន្នផលសរុប 600 PW ។ នៅក្នុងអង្គជំនុំជម្រះគោលដៅចម្បង អាំងតង់ស៊ីតេនៃការផ្តោតអារម្មណ៍អតិបរមានៃឆានែលនីមួយៗក្រោមលក្ខខណ្ឌដ៏ល្អគឺ 0.44 × 1025 W/cm2 ដោយសន្មត់ថាធាតុផ្តោតអារម្មណ៍ F/1 ត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការផ្តោតអារម្មណ៍។ ប្រសិនបើជីពចរនៃឆានែលនីមួយៗត្រូវបានបង្ហាប់បន្ថែមទៀតដល់ 2.6 fs ដោយបច្ចេកទេសក្រោយការបង្ហាប់ នោះថាមពលជីពចរទិន្នផលដែលត្រូវគ្នានឹងកើនឡើងដល់ 230 PW ដែលត្រូវនឹងពន្លឺនៃ 2.0 × 1025 W/cm2 ។
ដើម្បីសម្រេចបាននូវអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺកាន់តែច្រើន នៅទិន្នផល 600 PW ជីពចរពន្លឺនៅក្នុងបណ្តាញទាំង 12 នឹងត្រូវបានផ្តោតលើធរណីមាត្រនៃវិទ្យុសកម្ម dipole បញ្ច្រាសដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ។ នៅពេលដែលដំណាក់កាលជីពចរក្នុងឆានែលនីមួយៗមិនត្រូវបានចាក់សោ អាំងតង់ស៊ីតេនៃការផ្តោតអារម្មណ៍អាច ឈានដល់ 9 × 1025 W / cm2 ។ ប្រសិនបើដំណាក់កាលជីពចរនីមួយៗត្រូវបានចាក់សោ និងធ្វើសមកាលកម្ម អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺលទ្ធផលដែលជាប់គ្នានឹងត្រូវបានកើនឡើងដល់ 3.2 × 1026 W/cm2 ។ បន្ថែមពីលើបន្ទប់គោលដៅសំខាន់ គម្រោង XCELS រួមបញ្ចូលបន្ទប់ពិសោធន៍អ្នកប្រើប្រាស់រហូតដល់ 10 ដែលនីមួយៗទទួលបានធ្នឹមមួយ ឬច្រើនសម្រាប់ការពិសោធន៍។ ដោយប្រើវាលពន្លឺដ៏ខ្លាំងនេះ គម្រោង XCELS គ្រោងនឹងធ្វើការពិសោធន៍ជាបួនប្រភេទ៖ ដំណើរការអេឡិចត្រូឌីណាមិកកង់ទិចនៅក្នុងវាលឡាស៊ែរខ្លាំង។ ការផលិតនិងការបង្កើនល្បឿននៃភាគល្អិត; ការបង្កើតវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចបន្ទាប់បន្សំ; មន្ទីរពិសោធន៍តារាសាស្ត្រ ដំណើរការដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់ និងការស្រាវជ្រាវរោគវិនិច្ឆ័យ។
រូបភព។ 2 ការផ្តោតធរណីមាត្រក្នុងអង្គជំនុំជម្រះគោលដៅសំខាន់។ សម្រាប់ភាពច្បាស់លាស់ កញ្ចក់ប៉ារ៉ាបូលនៃធ្នឹម 6 ត្រូវបានកំណត់ទៅជាថ្លា ហើយធ្នឹមបញ្ចូល និងទិន្នផលបង្ហាញតែពីរឆានែល 1 និង 7 ប៉ុណ្ណោះ។
រូបភាពទី 3 បង្ហាញពីប្លង់លំហនៃតំបន់មុខងារនីមួយៗនៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS នៅក្នុងអគារពិសោធន៍។ អគ្គិសនី ម៉ាស៊ីនបូមធូលី ការព្យាបាលទឹក ការបន្សុត និងម៉ាស៊ីនត្រជាក់ មានទីតាំងនៅបន្ទប់ក្រោមដី។ ផ្ទៃដីសាងសង់សរុបជាង ២៤.០០០ ម៉ែត្រការ៉េ។ ការប្រើប្រាស់ថាមពលសរុបគឺប្រហែល 7.5 MW ។ អគារពិសោធន៍មានស៊ុមប្រហោងខាងក្នុង និងផ្នែកខាងក្រៅ ដែលនីមួយៗត្រូវបានសាងសង់នៅលើគ្រឹះពីរដែលបំបែក។ ម៉ាស៊ីនបូមធូលី និងប្រព័ន្ធជំរុញរំញ័រផ្សេងទៀតត្រូវបានដំឡើងនៅលើគ្រឹះរំញ័រដាច់ស្រយាល ដូច្នេះទំហំនៃការរំខានដែលបានបញ្ជូនទៅប្រព័ន្ធឡាស៊ែរតាមរយៈគ្រឹះ និងការគាំទ្រត្រូវបានកាត់បន្ថយមកតិចជាង 10-10 g2/Hz នៅក្នុងជួរប្រេកង់នៃ 1-200 ហឺត។ លើសពីនេះ បណ្តាញនៃសញ្ញាសម្គាល់ភូមិសាស្ត្រត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងសាលឡាស៊ែរ ដើម្បីត្រួតពិនិត្យប្រព័ន្ធរសាត់នៃដី និងឧបករណ៍។
គម្រោង XCELS មានគោលបំណងបង្កើតកន្លែងស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រដ៏ធំមួយដោយផ្អែកលើឡាស៊ែរដែលមានថាមពលខ្ពស់បំផុត។ ឆានែលមួយនៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS អាចផ្តល់នូវអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺផ្តោតច្រើនដងខ្ពស់ជាង 1024 W/cm2 ដែលអាចលើសពី 1025 W/cm2 ជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាក្រោយការបង្ហាប់។ តាមរយៈជីពចរដែលផ្តោតលើ dipole ពី 12 ប៉ុស្តិ៍នៅក្នុងប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ អាំងតង់ស៊ីតេជិតដល់ 1026 W/cm2 អាចសម្រេចបាន ទោះបីជាគ្មានការបង្ហាប់ក្រោយការបង្ហាប់ និងការចាក់សោដំណាក់កាលក៏ដោយ។ ប្រសិនបើការធ្វើសមកាលកម្មដំណាក់កាលរវាងឆានែលត្រូវបានចាក់សោ អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺនឹងខ្ពស់ជាងច្រើនដង។ ដោយប្រើអាំងតង់ស៊ីតេជីពចរដែលបំបែកកំណត់ត្រាទាំងនេះ និងប្លង់ធ្នឹមពហុឆានែល កន្លែង XCELS នាពេលអនាគតនឹងអាចធ្វើការពិសោធន៍ជាមួយនឹងអាំងតង់ស៊ីតេខ្ពស់ ការបែងចែកពន្លឺដ៏ស្មុគស្មាញ និងវិភាគអន្តរកម្មដោយប្រើកាំរស្មីឡាស៊ែរពហុឆានែល និងវិទ្យុសកម្មបន្ទាប់បន្សំ។ នេះនឹងដើរតួយ៉ាងពិសេសនៅក្នុងវិស័យរូបវិទ្យាពិសោធន៍វាលអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចខ្លាំងបំផុត។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ថ្ងៃទី ២៦ ខែមីនា ឆ្នាំ ២០២៤