ថ្មីៗនេះ វិទ្យាស្ថានរូបវិទ្យាអនុវត្តនៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ីបានណែនាំមជ្ឈមណ្ឌល eXawatt សម្រាប់ការសិក្សាពន្លឺខ្លាំង (XCELS) ដែលជាកម្មវិធីស្រាវជ្រាវសម្រាប់ឧបករណ៍វិទ្យាសាស្ត្រធំៗដែលផ្អែកលើ...ឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់គម្រោងនេះរួមបញ្ចូលទាំងការសាងសង់ដ៏ខ្លាំងមួយឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់ផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យាពង្រីកជីពចរប៉ារ៉ាម៉ែត្រអុបទិកនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ប៉ូតាស្យូមឌីឌឺទូរីញ៉ូមផូស្វាតដែលមានរន្ធធំ (DKDP រូបមន្តគីមី KD2PO4) ជាមួយនឹងទិន្នផលសរុបដែលរំពឹងទុកចំនួន 600 ជីពចរថាមពលកំពូល PW។ ការងារនេះផ្តល់នូវព័ត៌មានលម្អិតសំខាន់ៗ និងការរកឃើញស្រាវជ្រាវអំពីគម្រោង XCELS និងប្រព័ន្ធឡាស៊ែររបស់វា ដោយពិពណ៌នាអំពីកម្មវិធី និងផលប៉ះពាល់ដែលអាចកើតមានទាក់ទងនឹងអន្តរកម្មវាលពន្លឺខ្លាំងបំផុត។
កម្មវិធី XCELS ត្រូវបានស្នើឡើងក្នុងឆ្នាំ ២០១១ ដោយមានគោលដៅដំបូងគឺសម្រេចបានថាមពលកំពូល។ឡាស៊ែរទិន្នផលជីពចរ 200 PW ដែលបច្ចុប្បន្នត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដល់ 600 PW។ របស់វាប្រព័ន្ធឡាស៊ែរពឹងផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យាសំខាន់ៗចំនួនបី៖
(1) បច្ចេកវិទ្យា Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA) ត្រូវបានប្រើជំនួសបច្ចេកវិទ្យា Chirped Pulse Amplification ប្រពៃណី (Chirped Pulse Amplification, OPCPA)។
(2) ដោយប្រើ DKDP ជាឧបករណ៍ផ្ទុកទិន្នន័យ ការផ្គូផ្គងដំណាក់កាលប្រេកង់ធំទូលាយបំផុតត្រូវបានសម្រេចនៅជិតរលកពន្លឺ 910 nm;
(3) ឡាស៊ែរកញ្ចក់នីអូឌីមីញ៉ូមដែលមានរន្ធធំមួយដែលមានថាមពលជីពចររាប់ពាន់ជូលត្រូវបានប្រើដើម្បីបូមឧបករណ៍ពង្រីកប៉ារ៉ាម៉ែត្រ។
ការផ្គូផ្គងដំណាក់កាលប្រេកង់ធំទូលាយបំផុតត្រូវបានរកឃើញយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ជាច្រើន ហើយត្រូវបានគេប្រើនៅក្នុងឡាស៊ែរ femtosecond OPCPA។ គ្រីស្តាល់ DKDP ត្រូវបានគេប្រើព្រោះវាជាវត្ថុធាតុដើមតែមួយគត់ដែលត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែងដែលអាចដាំដុះដល់ជម្រៅរាប់សិបសង់ទីម៉ែត្រ ហើយក្នុងពេលតែមួយមានគុណភាពអុបទិកដែលអាចទទួលយកបានដើម្បីគាំទ្រដល់ការពង្រីកថាមពលពហុ PW។ឡាស៊ែរ។ គេបានរកឃើញថា នៅពេលដែលគ្រីស្តាល់ DKDP ត្រូវបានបូមដោយពន្លឺប្រេកង់ទ្វេនៃឡាស៊ែរកញ្ចក់ ND ប្រសិនបើរលកសញ្ញាផ្ទុកនៃជីពចរដែលបានពង្រីកគឺ 910 nm ពាក្យបីដំបូងនៃការពង្រីក Taylor នៃភាពមិនស៊ីគ្នានៃវ៉ិចទ័ររលកគឺ 0។
រូបភាពទី 1 គឺជាប្លង់គ្រោងការណ៍នៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS។ ផ្នែកខាងមុខបានបង្កើតជីពចរ femtosecond ដែលមានរលកកណ្តាល 910 nm (1.3 ក្នុងរូបភាពទី 1) និងជីពចរ nanosecond 1054 nm ដែលត្រូវបានចាក់ចូលទៅក្នុងឡាស៊ែរដែលបូមដោយ OPCPA (1.1 និង 1.2 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ ផ្នែកខាងមុខក៏ធានានូវការធ្វើសមកាលកម្មនៃជីពចរទាំងនេះ ក៏ដូចជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រថាមពល និងលំហដែលត្រូវការ។ OPCPA កម្រិតមធ្យមដែលដំណើរការក្នុងអត្រាការធ្វើម្តងទៀតខ្ពស់ជាង (1 Hz) ពង្រីកជីពចរដែលមានជីពចរដល់រាប់សិបជូល (2 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ ជីពចរត្រូវបានពង្រីកបន្ថែមទៀតដោយ Booster OPCPA ទៅជាធ្នឹមគីឡូជូលតែមួយ ហើយបែងចែកជាធ្នឹមរងដូចគ្នាចំនួន 12 (4 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ នៅក្នុង OPCPA ចំនួន 12 ចុងក្រោយ ជីពចរពន្លឺដែលមានជីពចរនីមួយៗចំនួន 12 ត្រូវបានពង្រីកដល់កម្រិតគីឡូជូល (5 ក្នុងរូបភាពទី 1) ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានបង្ហាប់ដោយក្រឡាចត្រង្គបង្ហាប់ចំនួន 12 (GC ចំនួន 6 ក្នុងរូបភាពទី 1)។ តម្រងបំបែកសំឡេងដែលអាចសរសេរកម្មវិធីបានត្រូវបានប្រើនៅផ្នែកខាងមុខដើម្បីគ្រប់គ្រងការបំបែកល្បឿនក្រុម និងការបំបែកលំដាប់ខ្ពស់យ៉ាងច្បាស់លាស់ ដើម្បីទទួលបានទទឹងជីពចរតូចបំផុតដែលអាចធ្វើទៅបាន។ វិសាលគមជីពចរមានរាងស្ទើរតែជាស៊ុយភើរហ្គោសលំដាប់ទី 12 ហើយកម្រិតបញ្ជូនវិសាលគមនៅ 1% នៃតម្លៃអតិបរមាគឺ 150 nm ដែលត្រូវនឹងទទឹងជីពចរកំណត់ការបំលែងហ្វូរៀរ 17 fs។ ដោយពិចារណាលើសំណងបំបែកមិនពេញលេញ និងភាពលំបាកនៃសំណងដំណាក់កាលមិនមែនលីនេអ៊ែរនៅក្នុងឧបករណ៍ពង្រីកប៉ារ៉ាម៉ែត្រ ទទឹងជីពចរដែលរំពឹងទុកគឺ 20 fs។
ឡាស៊ែរ XCELS នឹងប្រើប្រាស់ម៉ូឌុលបង្កើនប្រេកង់ឡាស៊ែរកញ្ចក់ neodymium UFL-2M ចំនួន 8 ឆានែលចំនួនពីរ (3 ក្នុងរូបភាពទី 1) ដែលក្នុងនោះមាន 13 ឆានែលនឹងត្រូវបានប្រើដើម្បីបូម Booster OPCPA និង OPCPA ចុងក្រោយចំនួន 12។ ឆានែលបីដែលនៅសល់នឹងត្រូវបានប្រើជាថាមពលជីពចរគីឡូជូលណាណូវិនាទីឯករាជ្យ។ប្រភពឡាស៊ែរសម្រាប់ការពិសោធន៍ផ្សេងទៀត។ កំណត់ដោយកម្រិតនៃការបំបែកអុបទិកនៃគ្រីស្តាល់ DKDP អាំងតង់ស៊ីតេនៃការបំភាយវិទ្យុសកម្មនៃជីពចរដែលបានបូមត្រូវបានកំណត់ទៅ 1.5 GW/cm2 សម្រាប់ឆានែលនីមួយៗ ហើយរយៈពេលគឺ 3.5 ns។
ឆានែលនីមួយៗនៃឡាស៊ែរ XCELS បង្កើតជីពចរដែលមានថាមពល 50 PW។ ឆានែលសរុបចំនួន 12 ផ្តល់ថាមពលទិន្នផលសរុប 600 PW។ នៅក្នុងបន្ទប់គោលដៅសំខាន់ អាំងតង់ស៊ីតេផ្តោតអតិបរមានៃឆានែលនីមួយៗក្រោមលក្ខខណ្ឌដ៏ល្អគឺ 0.44×1025 W/cm2 ដោយសន្មតថាធាតុផ្តោត F/1 ត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការផ្តោត។ ប្រសិនបើជីពចរនៃឆានែលនីមួយៗត្រូវបានបង្ហាប់បន្ថែមទៀតដល់ 2.6 fs ដោយបច្ចេកទេសបង្ហាប់ក្រោយ ថាមពលជីពចរទិន្នផលដែលត្រូវគ្នានឹងត្រូវបានកើនឡើងដល់ 230 PW ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺ 2.0×1025 W/cm2។
ដើម្បីសម្រេចបានអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺកាន់តែច្រើន នៅទិន្នផល 600 PW ជីពចរពន្លឺនៅក្នុងឆានែលចំនួន 12 នឹងត្រូវបានផ្តោតនៅក្នុងធរណីមាត្រនៃវិទ្យុសកម្មឌីប៉ូលបញ្ច្រាស ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2។ នៅពេលដែលដំណាក់កាលជីពចរនៅក្នុងឆានែលនីមួយៗមិនត្រូវបានចាក់សោ អាំងតង់ស៊ីតេផ្តោតអាចឡើងដល់ 9 × 1025 W/cm2។ ប្រសិនបើដំណាក់កាលជីពចរនីមួយៗត្រូវបានចាក់សោ និងធ្វើសមកាលកម្ម អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺលទ្ធផលដែលស៊ីសង្វាក់គ្នានឹងត្រូវបានកើនឡើងដល់ 3.2 × 1026 W/cm2។ បន្ថែមពីលើបន្ទប់គោលដៅសំខាន់ គម្រោង XCELS រួមមានមន្ទីរពិសោធន៍អ្នកប្រើប្រាស់រហូតដល់ 10 ដែលនីមួយៗទទួលបានធ្នឹមមួយ ឬច្រើនសម្រាប់ការពិសោធន៍។ ដោយប្រើវាលពន្លឺខ្លាំងនេះ គម្រោង XCELS មានគម្រោងអនុវត្តការពិសោធន៍ក្នុងប្រភេទចំនួនបួន៖ ដំណើរការអេឡិចត្រូឌីណាមិកកង់ទិចនៅក្នុងវាលឡាស៊ែរខ្លាំង; ការផលិត និងការបង្កើនល្បឿននៃភាគល្អិត; ការបង្កើតវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចបន្ទាប់បន្សំ; តារារូបវិទ្យាមន្ទីរពិសោធន៍ ដំណើរការដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់ និងការស្រាវជ្រាវរោគវិនិច្ឆ័យ។
រូបភាពទី 2 ធរណីមាត្រផ្តោតនៅក្នុងបន្ទប់គោលដៅសំខាន់។ ដើម្បីភាពច្បាស់លាស់ កញ្ចក់ប៉ារ៉ាបូលនៃធ្នឹម 6 ត្រូវបានកំណត់ទៅជាថ្លា ហើយធ្នឹមបញ្ចូល និងធ្នឹមបញ្ចេញបង្ហាញតែពីរឆានែលគឺ 1 និង 7 ប៉ុណ្ណោះ។
រូបភាពទី 3 បង្ហាញពីប្លង់លំហនៃតំបន់មុខងារនីមួយៗនៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS នៅក្នុងអគារពិសោធន៍។ អគ្គិសនី ម៉ាស៊ីនបូមធូលី ការបន្សុទ្ធទឹក ការបន្សុទ្ធ និងម៉ាស៊ីនត្រជាក់ មានទីតាំងនៅក្នុងបន្ទប់ក្រោមដី។ ផ្ទៃដីសាងសង់សរុបមានច្រើនជាង 24,000 ម៉ែត្រការ៉េ។ ការប្រើប្រាស់ថាមពលសរុបគឺប្រហែល 7.5 មេហ្គាវ៉ាត់។ អគារពិសោធន៍មានស៊ុមប្រហោងខាងក្នុង និងផ្នែកខាងក្រៅ ដែលនីមួយៗត្រូវបានសាងសង់នៅលើគ្រឹះពីរដែលដាច់ពីគ្នា។ ប្រព័ន្ធបូមធូលី និងប្រព័ន្ធបង្កើតរំញ័រផ្សេងទៀតត្រូវបានដំឡើងនៅលើគ្រឹះដែលញែករំញ័រ ដូច្នេះទំហំនៃការរំខានដែលបញ្ជូនទៅប្រព័ន្ធឡាស៊ែរតាមរយៈគ្រឹះ និងទ្រត្រូវបានកាត់បន្ថយមកតិចជាង 10-10 g2/Hz ក្នុងចន្លោះប្រេកង់ 1-200 Hz។ លើសពីនេះ បណ្តាញនៃសញ្ញាសម្គាល់ភូមិសាស្ត្រត្រូវបានដំឡើងនៅក្នុងសាលឡាស៊ែរ ដើម្បីត្រួតពិនិត្យជាប្រព័ន្ធនូវការរសាត់នៃដី និងឧបករណ៍។
គម្រោង XCELS មានគោលបំណងបង្កើតកន្លែងស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រដ៏ធំមួយដោយផ្អែកលើឡាស៊ែរថាមពលកំពូលខ្ពស់បំផុត។ ឆានែលមួយនៃប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ XCELS អាចផ្តល់អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺផ្តោតខ្ពស់ជាង 1024 W/cm2 ច្រើនដង ដែលអាចលើសពី 1025 W/cm2 ជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាក្រោយការបង្ហាប់។ តាមរយៈជីពចរផ្តោតឌីប៉ូលពី 12 ឆានែលនៅក្នុងប្រព័ន្ធឡាស៊ែរ អាំងតង់ស៊ីតេជិត 1026 W/cm2 អាចសម្រេចបានសូម្បីតែគ្មានការបង្ហាប់ក្រោយ និងការចាក់សោដំណាក់កាលក៏ដោយ។ ប្រសិនបើការធ្វើសមកាលកម្មដំណាក់កាលរវាងឆានែលត្រូវបានចាក់សោ អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺនឹងខ្ពស់ជាងច្រើនដង។ ដោយប្រើអាំងតង់ស៊ីតេជីពចរបំបែកកំណត់ត្រាទាំងនេះ និងប្លង់ធ្នឹមពហុឆានែល កន្លែង XCELS នាពេលអនាគតនឹងអាចធ្វើការពិសោធន៍ជាមួយនឹងអាំងតង់ស៊ីតេខ្ពស់ខ្លាំង ការចែកចាយដែនពន្លឺស្មុគស្មាញ និងធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យអន្តរកម្មដោយប្រើធ្នឹមឡាស៊ែរពហុឆានែល និងវិទ្យុសកម្មបន្ទាប់បន្សំ។ នេះនឹងដើរតួនាទីពិសេសមួយនៅក្នុងវិស័យរូបវិទ្យាពិសោធន៍ដែនអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចខ្លាំង។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៦ ខែមីនា ឆ្នាំ ២០២៤