Simon Schmitt, Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

XFEL foton enerjisi, yüksək güclü lazer (qırmızı) tərəfindən yaradılan yüksək yüklü mis ionlarında müəyyən bir elektron keçidinə uyğunlaşmaq üçün diqqətlə tənzimlənmişdir. Bu şərtlər altında rentgen işığı (mavimsi) ionlardakı elektronları həyəcanlandırır. Müəllif: B. Schröder/HZDR

Lazer parıltıları maddəyə dəydikdə, elektronlar atom nüvələri ətrafındakı orbitlərindən qopub çıxır. Bu, yüklü hissəciklərdən – ionlardan və elektronlardan ibarət olduqca isti plazmalar yarada bilər. HZDR-dəki tədqiqatçılar artıq bu ionlaşma prosesini əvvəlkindən daha ətraflı müşahidə ediblər. Bunu etmək üçün onlar iki ən müasir lazeri birləşdirdilər: Hamburq yaxınlığındakı Şenefelddəki Avropa XFEL-dəki HED-HiBEF təcrübə stansiyasında rentgen sərbəst elektron lazeri və yüksək intensivlikli optik lazer ReLaX. Nature Communications jurnalında dərc olunan onların tapıntıları yüksək enerjili lazerlərin və maddənin ekstremal şəraitdə qarşılıqlı təsiri haqqında fundamental məlumatlar verir.

İonlaşma olduqca sürətlə – pikosaniyələrdə, bir neçə trilyonda bir saniyə ərzində baş verir. Bu prosesi ətraflı izləmək üçün lazer impulsları xeyli qısa olmalıdır. HZDR-in Yüksək Enerji Sıxlığı Bölməsinin təcrübə rəhbəri Dr. Lingen Huang izah edir: “Bunlar, cəmi 25 və 30 femtosaniyə, yəni saniyənin trilyonda bir hissəsinə bərabər impuls müddətinə malik iki lazer tərəfindən təmin edilən şərtlərdir”.

Əvvəlcə, insan saçının qalınlığının təxminən yeddidə biri qədər olan incə mis telə son dərəcə güclü bir işıq parıltısı düşür. İmpuls intensivliyi kvadrat santimetrə təxminən 250 trilyon meqavatdır – bu, çox qısa müddət ərzində kiçik bir səthdə cəmlənir. Bu kimi dəyərlər yalnız müstəsna şəraitdə, məsələn, neytron ulduzlarının yaxınlığında və ya qamma şüalanması zamanı əldə edilir.

Tel dərhal buxarlanır və bir neçə milyon dərəcə temperaturda plazma əmələ gətirir. Bu prosesdə mis atomları elektronlarının çoxunu itirir – onlar dəfələrlə ionlaşırlar. Plazmanı əmələ gətirən sözdə nasos impulsu qısa, dəyişkən fasilələrlə ikinci bir işıq parıltısı, zond impulsu ilə izlənilir. Bu, Avropa XFEL tərəfindən yaradılan sərt rentgen spektrində olduqca parlaq bir parıltıdır. Onun plazma ilə qarşılıqlı təsiri detektor tərəfindən qeydə alınır. Kamerada olduğu kimi, prosesin anlıq görüntüləri də əldə edilir. Birinci impulsun prosesi başlatdığı və ikincisinin bir müddət gecikmədən sonra “zondladığı” bu nasos-zond metodundan istifadə edərək tədqiqatçılar plazmadakı dinamikanı addım-addım izləyə bilərlər.

Rentgen impulslarının enerjisi dəqiq şəkildə tənzimlənir ki, əsasən Cu²²⁺ ionları, yəni 22 elektronu olmayan mis atomları tərəfindən udulur. 8,2 kiloelektronvolt foton enerjisi bu ionlardakı müəyyən bir elektron keçidinə tam uyğundur. Fiziklər bunu rezonans udma adlandırırlar.

Udulduqdan sonra mis ionları özünəməxsus rentgen şüalanması yayır. Huang deyir: “Nasos-zond təcrübəmizdə biz bu stimullaşdırılmış rentgen şüalanmasının zamanla inkişafını dəqiq ölçürük. Çünki bu, bizə istənilən vaxt plazmada neçə Cu²²⁺ ionunun olduğunu göstərir.”

Əvvəlcə lazer impulsları, sonra isə qızdırıcı elektron dalğaları

Nəticələr prosesin fərqli bir zaman strukturuna malik olduğunu göstərir: Lazer mis məftilə dəydikdən dərhal sonra ilk Cu²²⁺ ionları əmələ gəlir. Say sürətlə artır və təxminən iki yarım pikosaniyədən sonra maksimuma çatır. Rekombinasiya prosesləri səbəbindən ionların sayı yenidən azalır. Təxminən on pikosaniyə ərzində Cu²²⁺ ionları artıq aşkarlana bilmir. HZDR-də Radiasiya Fizikası İnstitutunun keçmiş direktoru professor Tom Kovan deyir: “Bu tip ionlaşmaya əvvəllər heç kim bu qədər dəqiq baxmayıb”.

Mürəkkəb kompüter simulyasiyalarının köməyi ilə Kovan və Huanqla işləyən fiziklər də bu ionlaşma prosesinin səbəblərini bilirlər. İlk intensiv lazer impulsu tetikleyici rolunu oynayır və mis atomlarından cəmi bir neçə elektronu alır. Kovan izah edir ki, “Onlar o qədər enerji ilə zəngindirlər ki, dalğa kimi yayılır və qonşu mis atomlarından getdikcə daha çox elektronu qoparırlar”. Lakin tədricən elektronlar sanki buxarını itirir. Onlar mis ionları tərəfindən yenidən tutulur. Bu rekombinasiya prosesinin sonunda mis atomları yenidən neytrallaşır.

Avropa XFEL-dəki HED-HIBEF təcrübə stansiyasından məsul olan Dr. Ulf Zastrau, “Bu təcrübə lazerlərimizin nə qədər güclü olduğunu nümayiş etdirir və gələcək lazer birləşməsi qurğuları üçün yol açır” deyə yekunlaşdırır – çünki lazer birləşməsi həm də lazerlər və nəticədə yaranan elektron dalğaları ilə qızdırılan son dərəcə isti plazmalara əsaslanır.

Zastrau izah edir ki, ” Yeni konkret tapıntılarımız sayəsində indi bu proseslərin simulyasiyalarını təkmilləşdirməyə davam edə bilərik. Və bunlar lazer termoyadro reaktorunun dəqiq dizaynı üçün vacibdir.”

Nəşr detalları

Lingen Huang və digərləri, Zamanla həll olunan rezonanslı rentgen şüalarının udulması və emissiyası ilə bərk sıxlıqlı plazmalarda ultrasürətli isitmə və ionlaşma dinamikasının zondlanması, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-71429-5

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Əsas anlayışlar

Plazma qarşılıqlı təsirləriPlazma istehsalı və qızdırılmasıLaboratoriya plazmasıFotoelektron texnikaları

Helmholtz Alman Tədqiqat Mərkəzləri Assosiasiyası tərəfindən təmin edilir