તાજેતરમાં, રશિયન એકેડેમી ઓફ સાયન્સના ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ એપ્લાઇડ ફિઝિક્સે eXawatt સેન્ટર ફોર એક્સ્ટ્રીમ લાઇટ સ્ટડી (XCELS) રજૂ કર્યું, જે અત્યંત પર આધારિત મોટા વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણો માટે એક સંશોધન કાર્યક્રમ છે.ઉચ્ચ શક્તિવાળા લેસરો. આ પ્રોજેક્ટમાં ખૂબ જ બાંધકામનો સમાવેશ થાય છેઉચ્ચ શક્તિવાળા લેસરમોટા છિદ્ર પોટેશિયમ ડાયડેટેરિયમ ફોસ્ફેટ (DKDP, રાસાયણિક સૂત્ર KD2PO4) સ્ફટિકોમાં ઓપ્ટિકલ પેરામેટ્રિક ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન ટેકનોલોજી પર આધારિત, 600 PW પીક પાવર પલ્સના કુલ આઉટપુટ સાથે. આ કાર્ય XCELS પ્રોજેક્ટ અને તેની લેસર સિસ્ટમ્સ વિશે મહત્વપૂર્ણ વિગતો અને સંશોધન તારણો પ્રદાન કરે છે, જે અલ્ટ્રા-સ્ટ્રોંગ લાઇટ ફિલ્ડ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સંબંધિત એપ્લિકેશનો અને સંભવિત અસરોનું વર્ણન કરે છે.
XCELS કાર્યક્રમ 2011 માં ટોચની શક્તિ પ્રાપ્ત કરવાના પ્રારંભિક ધ્યેય સાથે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતોલેસરપલ્સ આઉટપુટ 200 PW છે, જે હાલમાં 600 PW સુધી અપગ્રેડ કરવામાં આવ્યું છે.લેસર સિસ્ટમત્રણ મુખ્ય તકનીકો પર આધાર રાખે છે:
(૧) પરંપરાગત ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન (ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન, OPCPA). CPA) ટેકનોલોજીને બદલે ઓપ્ટિકલ પેરામેટ્રિક ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન (OPCPA) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે;
(2) DKDP ને ગેઇન માધ્યમ તરીકે ઉપયોગ કરીને, અલ્ટ્રા વાઇડબેન્ડ ફેઝ મેચિંગ 910 nm તરંગલંબાઇની નજીક પ્રાપ્ત થાય છે;
(૩) પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફાયરને પંપ કરવા માટે હજારો જ્યુલ્સની પલ્સ એનર્જી સાથેનું એક મોટું એપરચર નિયોડીમિયમ ગ્લાસ લેસર વપરાય છે.
અલ્ટ્રા-વાઇડબેન્ડ ફેઝ મેચિંગ ઘણા સ્ફટિકોમાં વ્યાપકપણે જોવા મળે છે અને તેનો ઉપયોગ OPCPA ફેમટોસેકન્ડ લેસરોમાં થાય છે. DKDP સ્ફટિકોનો ઉપયોગ એટલા માટે થાય છે કારણ કે તે વ્યવહારમાં જોવા મળતી એકમાત્ર સામગ્રી છે જે દસ સેન્ટિમીટર છિદ્ર સુધી ઉગાડી શકાય છે અને તે જ સમયે મલ્ટી-PW પાવરના એમ્પ્લીફિકેશનને ટેકો આપવા માટે સ્વીકાર્ય ઓપ્ટિકલ ગુણો ધરાવે છે.લેસરો. એવું જાણવા મળ્યું છે કે જ્યારે DKDP ક્રિસ્ટલને ND ગ્લાસ લેસરના ડબલ ફ્રીક્વન્સી લાઇટ દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે, જો એમ્પ્લીફાઇડ પલ્સની વાહક તરંગલંબાઇ 910 nm હોય, તો તરંગ વેક્ટર મિસમેચના ટેલર વિસ્તરણના પ્રથમ ત્રણ પદો 0 હોય છે.
આકૃતિ 1 એ XCELS લેસર સિસ્ટમનો એક યોજનાકીય લેઆઉટ છે. આગળનો છેડો 910 nm (આકૃતિ 1 માં 1.3) ની કેન્દ્રીય તરંગલંબાઇ સાથે ચિર્પ્ડ ફેમટોસેકન્ડ પલ્સ અને OPCPA પમ્પ્ડ લેસર (આકૃતિ 1 માં 1.1 અને 1.2) માં ઇન્જેક્ટ કરાયેલ 1054 nm નેનોસેકન્ડ પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. આગળનો છેડો આ પલ્સ તેમજ જરૂરી ઊર્જા અને અવકાશી ટેમ્પોરલ પરિમાણોનું સુમેળ પણ સુનિશ્ચિત કરે છે. ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દર (1 Hz) પર કાર્યરત એક મધ્યવર્તી OPCPA ચિર્પ્ડ પલ્સને દસ જુલ્સ (આકૃતિ 1 માં 2) સુધી વિસ્તૃત કરે છે. બૂસ્ટર OPCPA દ્વારા પલ્સને એક કિલોજુલ બીમમાં વધુ વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને 12 સમાન સબ-બીમ (આકૃતિ 1 માં 4) માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. અંતિમ 12 OPCPA માં, 12 ચિર્પ્ડ પ્રકાશ પલ્સમાંથી દરેકને કિલોજુલ સ્તર (આકૃતિ 1 માં 5) સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને પછી 12 કમ્પ્રેશન ગ્રેટિંગ્સ (આકૃતિ 1 માં 6 નું GC) દ્વારા સંકુચિત કરવામાં આવે છે. એકોસ્ટો-ઓપ્ટિક પ્રોગ્રામેબલ ડિસ્પરઝન ફિલ્ટરનો ઉપયોગ ફ્રન્ટ એન્ડમાં ગ્રુપ વેલોસિટી ડિસ્પરઝન અને હાઇ ઓર્ડર ડિસ્પરઝનને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે, જેથી શક્ય તેટલી નાની પલ્સ પહોળાઈ મેળવી શકાય. પલ્સ સ્પેક્ટ્રમનો આકાર લગભગ 12મા-ઓર્ડર સુપરગૌસ છે, અને મહત્તમ મૂલ્યના 1% પર સ્પેક્ટ્રલ બેન્ડવિડ્થ 150 nm છે, જે ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ લિમિટ પલ્સ પહોળાઈ 17 fs ને અનુરૂપ છે. પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફાયર્સમાં અપૂર્ણ ડિસ્પરઝન વળતર અને નોનલાઇનર ફેઝ વળતરની મુશ્કેલીને ધ્યાનમાં લેતા, અપેક્ષિત પલ્સ પહોળાઈ 20 fs છે.
XCELS લેસર બે 8-ચેનલ UFL-2M નિયોડીમિયમ ગ્લાસ લેસર ફ્રીક્વન્સી ડબલિંગ મોડ્યુલ્સ (આકૃતિ 1 માં 3) નો ઉપયોગ કરશે, જેમાંથી 13 ચેનલોનો ઉપયોગ બૂસ્ટર OPCPA અને 12 અંતિમ OPCPA ને પંપ કરવા માટે કરવામાં આવશે. બાકીની ત્રણ ચેનલોનો ઉપયોગ સ્વતંત્ર નેનોસેકન્ડ કિલોજુલ પલ્સ્ડ તરીકે કરવામાં આવશે.લેસર સ્ત્રોતોઅન્ય પ્રયોગો માટે. DKDP સ્ફટિકોના ઓપ્ટિકલ બ્રેકડાઉન થ્રેશોલ્ડ દ્વારા મર્યાદિત, પમ્પ્ડ પલ્સની ઇરેડિયેશન તીવ્રતા દરેક ચેનલ માટે 1.5 GW/cm2 પર સેટ કરવામાં આવી છે અને સમયગાળો 3.5 ns છે.
XCELS લેસરની દરેક ચેનલ 50 PW ની શક્તિ સાથે પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. કુલ 12 ચેનલો 600 PW ની કુલ આઉટપુટ પાવર પ્રદાન કરે છે. મુખ્ય લક્ષ્ય ચેમ્બરમાં, આદર્શ પરિસ્થિતિઓમાં દરેક ચેનલની મહત્તમ ફોકસિંગ તીવ્રતા 0.44×1025 W/cm2 છે, ધારી રહ્યા છીએ કે F/1 ફોકસિંગ તત્વોનો ઉપયોગ ફોકસિંગ માટે થાય છે. જો પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન તકનીક દ્વારા દરેક ચેનલના પલ્સને 2.6 fs સુધી વધુ સંકુચિત કરવામાં આવે છે, તો અનુરૂપ આઉટપુટ પલ્સ પાવર 2.0×1025 W/cm2 ની પ્રકાશ તીવ્રતાને અનુરૂપ 230 PW સુધી વધશે.
વધુ પ્રકાશ તીવ્રતા પ્રાપ્ત કરવા માટે, 600 PW આઉટપુટ પર, 12 ચેનલોમાં પ્રકાશ પલ્સ આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ઇન્વર્સ ડાયપોલ રેડિયેશનની ભૂમિતિમાં કેન્દ્રિત કરવામાં આવશે. જ્યારે દરેક ચેનલમાં પલ્સ ફેઝ લૉક ન હોય, ત્યારે ફોકસ તીવ્રતા 9×1025 W/cm2 સુધી પહોંચી શકે છે. જો દરેક પલ્સ ફેઝ લૉક અને સિંક્રનાઇઝ કરવામાં આવે, તો સુસંગત પરિણામી પ્રકાશ તીવ્રતા 3.2×1026 W/cm2 સુધી વધી જશે. મુખ્ય લક્ષ્ય ખંડ ઉપરાંત, XCELS પ્રોજેક્ટમાં 10 જેટલા વપરાશકર્તા પ્રયોગશાળાઓનો સમાવેશ થાય છે, દરેક પ્રયોગો માટે એક અથવા વધુ બીમ પ્રાપ્ત કરે છે. આ અત્યંત મજબૂત પ્રકાશ ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને, XCELS પ્રોજેક્ટ ચાર શ્રેણીઓમાં પ્રયોગો હાથ ધરવાની યોજના ધરાવે છે: તીવ્ર લેસર ક્ષેત્રોમાં ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ પ્રક્રિયાઓ; કણોનું ઉત્પાદન અને પ્રવેગ; ગૌણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું ઉત્પાદન; પ્રયોગશાળા ખગોળ ભૌતિકશાસ્ત્ર, ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા પ્રક્રિયાઓ અને નિદાન સંશોધન.
આકૃતિ 2 મુખ્ય લક્ષ્ય ચેમ્બરમાં ભૂમિતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું. સ્પષ્ટતા માટે, બીમ 6 નો પેરાબોલિક મિરર પારદર્શક પર સેટ કરેલ છે, અને ઇનપુટ અને આઉટપુટ બીમ ફક્ત બે ચેનલો 1 અને 7 દર્શાવે છે.
આકૃતિ 3 પ્રાયોગિક ઇમારતમાં XCELS લેસર સિસ્ટમના દરેક કાર્યાત્મક ક્ષેત્રનો અવકાશી લેઆઉટ દર્શાવે છે. વીજળી, વેક્યુમ પંપ, પાણી શુદ્ધિકરણ, શુદ્ધિકરણ અને એર કન્ડીશનીંગ ભોંયરામાં સ્થિત છે. કુલ બાંધકામ ક્ષેત્ર 24,000 m2 થી વધુ છે. કુલ વીજ વપરાશ લગભગ 7.5 MW છે. પ્રાયોગિક ઇમારતમાં આંતરિક હોલો ઓવરઓલ ફ્રેમ અને બાહ્ય વિભાગનો સમાવેશ થાય છે, જે દરેક બે ડીકપ્લ્ડ ફાઉન્ડેશન પર બનેલ છે. વેક્યુમ અને અન્ય વાઇબ્રેશન-ઇન્ડ્યુસિંગ સિસ્ટમ્સ વાઇબ્રેશન-આઇસોલેટેડ ફાઉન્ડેશન પર ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે, જેથી ફાઉન્ડેશન અને સપોર્ટ દ્વારા લેસર સિસ્ટમમાં પ્રસારિત થતા ખલેલનું કંપનવિસ્તાર 1-200 Hz ની આવર્તન શ્રેણીમાં 10-10 g2/Hz કરતા ઓછું થાય છે. વધુમાં, જમીન અને સાધનોના ડ્રિફ્ટનું વ્યવસ્થિત રીતે નિરીક્ષણ કરવા માટે લેસર હોલમાં જીઓડેસિક સંદર્ભ માર્કર્સનું નેટવર્ક સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે.
XCELS પ્રોજેક્ટનો ઉદ્દેશ્ય અત્યંત ઉચ્ચ પીક પાવર લેસર પર આધારિત એક મોટી વૈજ્ઞાનિક સંશોધન સુવિધા બનાવવાનો છે. XCELS લેસર સિસ્ટમની એક ચેનલ 1024 W/cm2 કરતા અનેક ગણી વધારે કેન્દ્રિત પ્રકાશ તીવ્રતા પ્રદાન કરી શકે છે, જે પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન ટેકનોલોજી સાથે 1025 W/cm2 થી વધુ વધી શકે છે. લેસર સિસ્ટમમાં 12 ચેનલોમાંથી ડાયપોલ-ફોકસિંગ પલ્સ દ્વારા, પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન અને ફેઝ લોકીંગ વિના પણ 1026 W/cm2 ની નજીકની તીવ્રતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. જો ચેનલો વચ્ચે ફેઝ સિંક્રનાઇઝેશન લોક કરવામાં આવે, તો પ્રકાશની તીવ્રતા અનેક ગણી વધારે હશે. આ રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ પલ્સ તીવ્રતા અને મલ્ટી-ચેનલ બીમ લેઆઉટનો ઉપયોગ કરીને, ભાવિ XCELS સુવિધા અત્યંત ઉચ્ચ તીવ્રતા, જટિલ પ્રકાશ ક્ષેત્ર વિતરણો સાથે પ્રયોગો કરી શકશે અને મલ્ટી-ચેનલ લેસર બીમ અને ગૌણ રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરીને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું નિદાન કરી શકશે. આ સુપર-સ્ટ્રોંગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર પ્રાયોગિક ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં એક અનન્ય ભૂમિકા ભજવશે.
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-26-2024