તાજેતરમાં, રશિયન એકેડેમી ઑફ સાયન્સિસની એપ્લાઇડ ફિઝિક્સની સંસ્થાએ એક્ઝાવટ સેન્ટર ફોર એક્સ્ટ્રીમ લાઇટ સ્ટડી (XCELS) રજૂ કર્યું, જે અત્યંત પર આધારિત મોટા વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણો માટે સંશોધન કાર્યક્રમ છે.ઉચ્ચ શક્તિ લેસરો. આ પ્રોજેક્ટમાં ખૂબ જ બાંધકામનો સમાવેશ થાય છેઉચ્ચ શક્તિ લેસરમોટા છિદ્ર પોટેશિયમ ડીડ્યુટેરિયમ ફોસ્ફેટ (DKDP, રાસાયણિક સૂત્ર KD2PO4) સ્ફટિકોમાં ઓપ્ટિકલ પેરામેટ્રિક ચિપ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન ટેક્નોલોજી પર આધારિત, 600 PW પીક પાવર પલ્સનું અપેક્ષિત કુલ આઉટપુટ સાથે. આ કાર્ય XCELS પ્રોજેક્ટ અને તેની લેસર સિસ્ટમ્સ વિશે મહત્વપૂર્ણ વિગતો અને સંશોધન તારણો પૂરા પાડે છે, અતિ-મજબૂત પ્રકાશ ક્ષેત્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓથી સંબંધિત એપ્લિકેશન્સ અને સંભવિત અસરોનું વર્ણન કરે છે.
XCELS પ્રોગ્રામની દરખાસ્ત 2011 માં ટોચની શક્તિ હાંસલ કરવાના પ્રારંભિક લક્ષ્ય સાથે કરવામાં આવી હતી.લેસર200 PW નું પલ્સ આઉટપુટ, જે હાલમાં 600 PW માં અપગ્રેડ થયું છે. તેનાલેસર સિસ્ટમત્રણ મુખ્ય તકનીકો પર આધાર રાખે છે:
(1) પરંપરાગત ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન (ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન, OPCPA) ને બદલે ઓપ્ટિકલ પેરામેટ્રિક ચિર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન (OPCPA) ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ થાય છે. CPA) ટેકનોલોજી;
(2) DKDP નો ઉપયોગ કરીને ગેઇન મિડિયમ તરીકે, અલ્ટ્રા વાઇડબેન્ડ ફેઝ મેચિંગ 910 nm તરંગલંબાઇની નજીક અનુભવાય છે;
(3) પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફાયરને પંપ કરવા માટે હજારો જૌલ્સની પલ્સ એનર્જી સાથેના મોટા છિદ્ર નિયોડીમિયમ ગ્લાસ લેસરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
અલ્ટ્રા-વાઇડબેન્ડ ફેઝ મેચિંગ ઘણા સ્ફટિકોમાં વ્યાપકપણે જોવા મળે છે અને તેનો ઉપયોગ OPCPA ફેમટોસેકન્ડ લેસરોમાં થાય છે. ડીકેડીપી સ્ફટિકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે કારણ કે તે વ્યવહારમાં જોવા મળતી એકમાત્ર સામગ્રી છે જેને દસ સેન્ટિમીટર છિદ્ર સુધી વધારી શકાય છે અને તે જ સમયે મલ્ટિ-પીડબ્લ્યુ પાવરના એમ્પ્લીફિકેશનને ટેકો આપવા માટે સ્વીકાર્ય ઓપ્ટિકલ ગુણો ધરાવે છે.લેસરો. એવું જોવા મળે છે કે જ્યારે ડીકેડીપી ક્રિસ્ટલને એનડી ગ્લાસ લેસરની ડબલ ફ્રીક્વન્સી લાઇટ દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે, જો એમ્પ્લીફાઇડ પલ્સનું વાહક તરંગલંબાઇ 910 એનએમ હોય, તો વેવ વેક્ટર મિસમેચના ટેલર વિસ્તરણની પ્રથમ ત્રણ શરતો 0 છે.
આકૃતિ 1 એ XCELS લેસર સિસ્ટમનું યોજનાકીય લેઆઉટ છે. આગળના છેડાએ 910 nm (આકૃતિ 1 માં 1.3) ની કેન્દ્રીય તરંગલંબાઇ સાથે ચીપ્ડ ફેમટોસેકન્ડ કઠોળ અને 1054 nm નેનોસેકન્ડ કઠોળ OPCPA પમ્પ્ડ લેસર (આકૃતિ 1 માં 1.1 અને 1.2) માં ઇન્જેક્ટ કર્યા. આગળનો છેડો આ કઠોળના સુમેળ તેમજ જરૂરી ઉર્જા અને સ્પેટીઓટેમ્પોરલ પરિમાણોને સુનિશ્ચિત કરે છે. ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દર (1 હર્ટ્ઝ) પર કાર્યરત મધ્યવર્તી OPCPA, ચીપ્ડ પલ્સને દસ જૌલ્સ (આકૃતિ 1 માં 2) સુધી વિસ્તૃત કરે છે. બૂસ્ટર ઓપીસીપીએ દ્વારા પલ્સ વધુ એક કિલોજુલ બીમમાં વિસ્તૃત થાય છે અને 12 સમાન પેટા-બીમમાં વિભાજિત થાય છે (આકૃતિ 1 માં 4). અંતિમ 12 ઓપીસીપીએમાં, 12 ચિપ્ડ લાઇટ પલ્સમાંથી પ્રત્યેકને કિલોજુલ સ્તર (આકૃતિ 1 માં 5) સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે અને પછી 12 કમ્પ્રેશન ગ્રેટીંગ્સ (આકૃતિ 1 માં 6 નો GC) દ્વારા સંકુચિત કરવામાં આવે છે. એકોસ્ટો-ઓપ્ટિક પ્રોગ્રામેબલ ડિસ્પર્ઝન ફિલ્ટરનો ઉપયોગ જૂથ વેગના વિક્ષેપ અને ઉચ્ચ ક્રમના વિક્ષેપને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરવા માટે આગળના છેડે કરવામાં આવે છે, જેથી શક્ય તેટલી નાની પલ્સ પહોળાઈ મેળવી શકાય. પલ્સ સ્પેક્ટ્રમ લગભગ 12મા ક્રમના સુપરગૉસનો આકાર ધરાવે છે, અને મહત્તમ મૂલ્યના 1% પર સ્પેક્ટ્રલ બેન્ડવિડ્થ 150 nm છે, જે 17 fs ની ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ મર્યાદા પલ્સ પહોળાઈને અનુરૂપ છે. અપૂર્ણ વિક્ષેપ વળતર અને પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફાયર્સમાં બિનરેખીય તબક્કા વળતરની મુશ્કેલીને ધ્યાનમાં લેતા, અપેક્ષિત પલ્સ પહોળાઈ 20 fs છે.
XCELS લેસર બે 8-ચેનલ UFL-2M નિયોડીમિયમ ગ્લાસ લેસર ફ્રીક્વન્સી ડબલિંગ મોડ્યુલો (આકૃતિ 1 માં 3) નો ઉપયોગ કરશે, જેમાંથી 13 ચેનલોનો ઉપયોગ બૂસ્ટર OPCPA અને 12 અંતિમ OPCPAને પંપ કરવા માટે કરવામાં આવશે. બાકીની ત્રણ ચેનલોનો ઉપયોગ સ્વતંત્ર નેનોસેકન્ડ કિલોજુલ સ્પંદિત તરીકે કરવામાં આવશેલેસર સ્ત્રોતોઅન્ય પ્રયોગો માટે. DKDP ક્રિસ્ટલ્સના ઓપ્ટિકલ બ્રેકડાઉન થ્રેશોલ્ડ દ્વારા મર્યાદિત, પમ્પ્ડ પલ્સનું ઇરેડિયેશન ઇન્ટેન્સિટી દરેક ચેનલ માટે 1.5 GW/cm2 પર સેટ છે અને સમયગાળો 3.5 ns છે.
XCELS લેસરની દરેક ચેનલ 50 PW ની શક્તિ સાથે કઠોળ ઉત્પન્ન કરે છે. કુલ 12 ચેનલો 600 PW ની કુલ આઉટપુટ પાવર પૂરી પાડે છે. મુખ્ય લક્ષ્ય ચેમ્બરમાં, આદર્શ પરિસ્થિતિઓમાં દરેક ચેનલની મહત્તમ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની તીવ્રતા 0.44×1025 W/cm2 છે, એમ ધારીને કે F/1 ફોકસિંગ તત્વો ફોકસ કરવા માટે વપરાય છે. જો દરેક ચેનલની પલ્સ પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન ટેકનિક દ્વારા 2.6 fs સુધી સંકુચિત કરવામાં આવે છે, તો અનુરૂપ આઉટપુટ પલ્સ પાવર 2.0×1025 W/cm2 ની પ્રકાશની તીવ્રતાને અનુરૂપ, 230 PW સુધી વધારવામાં આવશે.
વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા હાંસલ કરવા માટે, 600 PW આઉટપુટ પર, આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 12 ચેનલોમાં પ્રકાશ પલ્સ ઇન્વર્સ દ્વિધ્રુવી રેડિયેશનની ભૂમિતિમાં કેન્દ્રિત થશે. જ્યારે દરેક ચેનલમાં પલ્સનો તબક્કો લૉક ન હોય, ત્યારે ફોકસની તીવ્રતા વધી શકે છે. 9×1025 W/cm2 સુધી પહોંચો. જો દરેક પલ્સ તબક્કો લૉક અને સિંક્રનાઇઝ હોય, તો સુસંગત પરિણામી પ્રકાશની તીવ્રતા 3.2×1026 W/cm2 સુધી વધારવામાં આવશે. મુખ્ય ટાર્ગેટ રૂમ ઉપરાંત, XCELS પ્રોજેક્ટમાં 10 જેટલી યુઝર લેબોરેટરીઓનો સમાવેશ થાય છે, દરેક પ્રયોગો માટે એક અથવા વધુ બીમ મેળવે 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 પ્રવેગક; ગૌણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની પેઢી; લેબોરેટરી એસ્ટ્રોફિઝિક્સ, ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા પ્રક્રિયાઓ અને ડાયગ્નોસ્ટિક સંશોધન.
અંજીર. 2 મુખ્ય લક્ષ્ય ચેમ્બરમાં ભૂમિતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું. સ્પષ્ટતા માટે, બીમ 6 નો પેરાબોલિક મિરર પારદર્શક પર સેટ છે, અને ઇનપુટ અને આઉટપુટ બીમ માત્ર બે ચેનલો 1 અને 7 દર્શાવે છે.
આકૃતિ 3 પ્રાયોગિક બિલ્ડિંગમાં XCELS લેસર સિસ્ટમના દરેક કાર્યાત્મક વિસ્તારનું અવકાશી લેઆઉટ બતાવે છે. ભોંયરામાં વીજળી, વેક્યૂમ પંપ, વોટર ટ્રીટમેન્ટ, શુદ્ધિકરણ અને એર કન્ડીશનીંગ સ્થિત છે. કુલ બાંધકામ વિસ્તાર 24,000 m2 થી વધુ છે. કુલ વીજ વપરાશ લગભગ 7.5 મેગાવોટ છે. પ્રાયોગિક બિલ્ડિંગમાં આંતરિક હોલો ઓવરઓલ ફ્રેમ અને એક બાહ્ય વિભાગનો સમાવેશ થાય છે, દરેક બે ડિકપલ્ડ ફાઉન્ડેશનો પર બાંધવામાં આવે છે. શૂન્યાવકાશ અને અન્ય કંપન-પ્રેરિત સિસ્ટમો કંપન-અલગ ફાઉન્ડેશન પર સ્થાપિત થાય છે, જેથી ફાઉન્ડેશન અને સપોર્ટ દ્વારા લેસર સિસ્ટમમાં પ્રસારિત થતા ખલેલનું કંપનવિસ્તાર આવર્તન શ્રેણીમાં 10-10 g2/Hz કરતા ઓછું થઈ જાય. 1-200 હર્ટ્ઝ. આ ઉપરાંત, લેસર હોલમાં જીઓડેસિક રેફરન્સ માર્કર્સનું નેટવર્ક ગોઠવવામાં આવ્યું છે જેથી જમીન અને સાધનોના પ્રવાહને વ્યવસ્થિત રીતે મોનિટર કરવામાં આવે.
XCELS પ્રોજેક્ટનો ઉદ્દેશ્ય અત્યંત ઉચ્ચ પીક પાવર લેસર પર આધારિત વિશાળ વૈજ્ઞાનિક સંશોધન સુવિધા બનાવવાનો છે. XCELS લેસર સિસ્ટમની એક ચેનલ 1024 W/cm2 કરતાં અનેકગણી વધુ ધ્યાન કેન્દ્રિત પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રદાન કરી શકે છે, જે પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન ટેક્નોલોજી સાથે 1025 W/cm2 દ્વારા આગળ વધી શકે છે. લેસર સિસ્ટમમાં 12 ચેનલોમાંથી દ્વિધ્રુવ-કેન્દ્રિત કઠોળ દ્વારા, 1026 W/cm2 ની નજીકની તીવ્રતા પોસ્ટ-કમ્પ્રેશન અને ફેઝ લોકીંગ વિના પણ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. જો ચેનલો વચ્ચેનો તબક્કો સિંક્રનાઇઝેશન લૉક કરવામાં આવે છે, તો પ્રકાશની તીવ્રતા અનેક ગણી વધારે હશે. આ રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ પલ્સ ઇન્ટેન્સિટીઝ અને મલ્ટિ-ચેનલ બીમ લેઆઉટનો ઉપયોગ કરીને, ભાવિ XCELS સુવિધા અત્યંત ઉચ્ચ તીવ્રતા, જટિલ પ્રકાશ ક્ષેત્ર વિતરણ અને મલ્ટિ-ચેનલ લેસર બીમ અને ગૌણ રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરીને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું નિદાન કરવા માટે સક્ષમ હશે. આ સુપર-સ્ટ્રોંગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર પ્રાયોગિક ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં અનન્ય ભૂમિકા ભજવશે.
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-26-2024