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神奇的激光與等離子體有什么區別與聯系

發布日期:2020-08-12 00:00 來源:http://www.kfada.com 點擊:

神奇的激光與等離子體有什么區別與聯系

  激光與等離子體技能越來越多地使用在咱們的生活中。本期《大咖面對面》咱們邀請了北京科技大學數理學院教授王云良老師,為咱們介紹奇特的激光與等離子體。


  問題一:激光是什么,與普通的光有什么區別?


  激光這個概念早期是愛因斯坦提出的。1960年,人們制出了DI一臺激光器。激光的特點是具有方向性、單色性,并且頻率相對單一。


  通過一代代科學家和技能人員的努力,激光器不斷更新換代,無論是激光強度仍是其他功能都有很大的提高。


  現在,激光的強度已經到達很高水平,很多實驗室,都能完成10的23次方瓦每平方厘米的光強。


  上一年的諾貝爾獎就頒給了啁啾脈沖放大技能的提出者Mourou和他的學生。


  問題二:什么是等離子體?


  與咱們都比較熟悉的固體、液體、氣體一樣,等離子體也是物質存在的一種形式。


  假如咱們把氣體繼續加熱,使氣體溫度不斷升高,構成氣體的分子就會越來越劇烈地運動,并越來越頻頻地發生磕碰。


  當分子的運動劇烈到必定程度時,它自身無法再接受如此劇烈的運動與如此頻頻的磕碰,就會發生崩潰,分裂成帶正電和帶負電的幾部分。


  由于分子自身是電中性的,所以分裂出的所有帶負電的部分與所有帶正電的部分各自帶的總電量是持平的,故稱為“等”離子體。


  等離子體咱們對等離子體不熟悉,是由于在地球這個環境當中,自然界存在的等離子體不是很多。


  即便如此,咱們也都見過等離子體,極光、日光燈里都含有大量的等離子體。從更大規模來說,太陽中也存在大量的等離子體。


  問題三:人們為什么要研討激光與等離子的相互效果?


  目前,咱們研討激光與等離子體相互效果的主要驅動力是激光對等離子體的慣性束縛核聚變。
 

  咱們的化石動力總有一天要干涸,或者說會呈現缺少,研討新的動力技能火燒眉毛。


  慣性束縛核聚變的原理是用激光把等離子體束縛到高溫、高壓、高密度的狹小空間內,使得等離子體中的原子核相互磕碰、聚合,發生核聚變,釋放大量的能量。


  聚變沒有核輻射,相對來講,是十分清潔的動力,太陽之所以能發光發熱正是由于其內部不斷發生著核聚變。


  聚變的原料是氫的同位素,能夠在海水當中提取,能夠說是取之不盡用之不竭。


  所以,關于激光與等離子體相互效果的范疇,關于科研人員來說,較大的研討動力便是激光的慣性束縛核聚變。


  問題四:激光為什么能夠束縛等離子體?


  激光束縛等離子體的概念早期是由咱們國家,還有蘇聯的科學家,相對獨立提出的。


  plasma-ball它十分類似于氣缸的焚燒,通過激光的打靶、燒蝕、緊縮,然后焚燒,進而使核聚變發生,其中,主要利用了激光高光照強度、高能量密度的特性。


  利用這個原理,人們能夠對稱地緊縮等離子體,使核聚變在很小的空間內發生。


  當然,這種方法在技能上相對難以完成,所以現在很多的研討者提出了其他的緊縮計劃,比如直接驅動,快焚燒等等。


  問題五:什么是自由電子激光?


  自由電子激光,是由不斷變速的電子發生的激光。


  首先,人們要制造出一束速度很高,方向性很好,不發散的電子,建議電子的能譜也比較僅有,也便是說,電子束中每個電子的速度比較挨近。


  沒有人為干涉的情況下,電子束會徑直地往前傳達。假如人為地加上電磁場,在電磁場效果下,電子束中的電子就會搖晃起來。


  比如,在電子束通過的路徑上加一個磁鐵,電子束就能夠在磁鐵發生的磁場效果下,上下搖晃和左右搖晃。


  電子搖晃的時候,由于其軌跡改變了,按照傳統的經典電磁學的概念,電子就具有了加速度,有加速度后,電子就會發生輻射,這個輻射滿足必定條件時就會相干,構成自由電子激光。


  問題六:什么是脈沖激光?


  脈沖激光是相關于接連激光而言的。脈沖激光每次僅僅發射出一個光脈沖,這個光脈沖在空間和時刻上都是局域化的。


  脈沖激光在時刻上繼續得比較短,可能是幾皮秒(一萬億分之一秒)、幾納秒(十億分之一秒),乃至幾飛秒(一千萬億分之一秒)。


  而接連輻射的激光,它不是局域化的。接連激光就好比是一束光線,一個光脈沖,就能夠了解成“一團光”。


  問題七:為什么要研討脈沖激光?


  實際上,做脈沖激光的研討是一個取舍,接連激光很難到達十分高的強度,所以咱們就選擇研討脈沖激光。


  假如把脈沖的時刻緊縮得十分短,短到飛秒,乃至有可能到阿秒(一百億億分之一秒),那么激光的功率就會提高,比較接連激光更容易完成較高的強度。


  所以咱們經常說的光強,它是一個功率的概念,提高了功率,才能使光強增大。因而,跟強激光有關的研討范疇中呈現了一個新的名詞,叫“高能量密度”。


  所謂“高能量密度”便是把脈沖光聚焦在空間中比較小的一個規模內,在繼續時刻上也不斷縮短。


  因而,激光的全部能量就集中在了很小的空間與時刻規模內,能在一瞬間到達很高的強度。


  當然,假如有朝一日,人們的技能水平提高了,接連激光也能完成很高強度時,脈沖激光可能會失掉研討價值和使用價值。
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