Q&A:Τι θα κάνατε με το πιο ισχυρό λέιζερ στον κόσμο;

ΣΙΚΑΓΟ, ΙΛΙΝΟΙΣ— Αυτή την εβδομάδα, το National Ignition Facility (NIF) στο Lawrence Livermore National Laboratory στην Καλιφόρνια ανακοίνωσε ένα σημαντικό ορόσημο στον δρόμο για την επίτευξη ανάφλεξης, που θα μπορούσε να οδηγήσει στην παραγωγή ελεγχόμενων αντιδράσεων σύντηξης εδώ στη Γη. Αλλά το NIF δεν έχει να κάνει μόνο με την αξιοποίηση της ενέργειας των αστεριών - έχει επίσης να μάθει πώς τα αστέρια παράγουν την ενέργειά τους εξαρχής. Στην πραγματικότητα, η ώθηση της ύλης σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες επιτρέπει στους επιστήμονες να εξερευνήσουν κάθε είδους αναπάντητα ερωτήματα. Εδώ, στην ετήσια συνάντηση της AAAS, η οποία εκδίδει το Science , τέσσερις φυσικοί κάθισαν μαζί μας για να συζητήσουν το δυναμικό της βασικής επιστήμης του NIF και ποια πειράματα θα έκαναν αν είχαν το λέιζερ αποκλειστικά για τον εαυτό τους.

Ε:Τι σχεδιάστηκε να κάνει το NIF;

Johan Frenje (Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Κέιμπριτζ): Το NIF είναι ένα λέιζερ που έχει το μέγεθος τριών γηπέδων ποδοσφαίρου, με 192 ακτίνες. Χρησιμοποιούμε αυτά τα λέιζερ για να εκτινάσσουμε κάψουλες σε πολύ, πολύ υψηλές πυκνότητες και, ελπίζουμε, σε υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια αυτού που ονομάζουμε «βολές». Όταν φτάσουμε σε αυτές τις συνθήκες, μπορεί να είμαστε σε θέση να αναφλεγούν, όπου παράγετε περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταθέτετε. Έχουμε σημειώσει σημαντική πρόοδο, αλλά έχουμε πολύ δρόμο να διανύσουμε μέχρι να επιτύχουμε την ανάφλεξη.

Ani Aprahamian (Πανεπιστήμιο Notre Dame στην Ιντιάνα): Με την ανάφλεξη, θα είχαμε μια πηγή ενέργειας όπως ο ήλιος, που θα παράγει ατελείωτη ενέργεια. Ωστόσο, υπήρξαν ορισμένες τεχνικές δυσκολίες στο δρόμο για να φτάσετε εκεί.

Ε:Εκτός από την έρευνα για τη σύντηξη, τι άλλα παιδιά της επιστήμης μπορείτε να κάνετε στο NIF;

A.A.: Η δουλειά στο NIF είναι πραγματικά στο έντερο της κατανόησης του θέματος. νομίζουμε Καταλαβαίνουμε πολλά για το πλάσμα και την πυρηνική ύλη, αλλά στην πραγματικότητα δεν το καταλαβαίνουμε. Αυτό που μπορείτε να κάνετε με το NIF είναι στα όρια της γνώσης.

J.F.: Για μένα, το μεγαλύτερο ζήτημα είναι η κατανόηση του πλάσματος σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Μέρος αυτής της φυσικής δεν είναι ακόμα κατανοητή, επομένως έχουμε αρκετή δουλειά να κάνουμε.

Narek Gharibyan (Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια): Το NIF είναι μια θαυμάσια πηγή νετρονίων που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να κάνουμε βασικές επιστημονικές μετρήσεις. Συγκεκριμένα, προσπαθούμε να εξετάσουμε ισομερείς καταστάσεις, δηλαδή όταν ένας ατομικός πυρήνας αποκτά ενέργεια και μεταπηδά από τη βασική του κατάσταση σε μια διεγερμένη κατάσταση. Αυτές οι καταστάσεις δεν είναι σταθερές, επομένως είναι πολύ δύσκολο να γίνουν μετρήσεις σε έναν διεγερμένο πυρήνα. Αλλά επειδή το NIF παράγει τόσα πολλά νετρόνια, μπορείτε πραγματικά να δημιουργήσετε αυτήν την κατάσταση και να τη μετρήσετε κατά την ίδια λήψη. Υπάρχουν μοντέλα που προβλέπουν ποιες θα είναι αυτές οι μετρήσεις, αλλά πάντα χρειάζονται πειραματικά αποτελέσματα για να αποδειχθεί ότι αυτό που πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε είναι πραγματικά σωστό.

René Reifarth (Πανεπιστήμιο Goethe στη Φρανκφούρτη, Γερμανία): Όταν κοιτάτε τις κανονικές θερμοκρασίες στη Γη, φτάνουμε στους 300 Κέλβιν, ή 30°C. Μέσα σε μια λήψη NIF, φτάνουμε σε θερμοκρασίες 150 εκατομμυρίων Κέλβιν, που μοιάζει περισσότερο με το εσωτερικό ενός αστεριού. Δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό πουθενά αλλού, ακόμα και στο NIF, μπορείτε να το κάνετε μόνο για πολύ, πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτή είναι η μόνη ευκαιρία που έχουμε να αγγίξουμε κάτι τόσο καυτό. Υπάρχουν περισσότερες ερωτήσεις που μπορούν να απαντηθούν εάν θέσετε την ύλη σε πολύ ακραίες συνθήκες.

Ε:Πόσο παρόμοια είναι μια λήψη NIF με το εσωτερικό ενός αστεριού;

R.R.: Εξαρτάται από το αστέρι, και εξαρτάται από τη λήψη. Αλλά στο NIF, μπορείτε να φτάσετε σε θερμοκρασίες που είναι αρκετά παρόμοιες με τις τυπικές αστρικές θερμοκρασίες. Φυσικά, οι πυρήνες στα αστέρια είναι πολύ μεγαλύτεροι και παραμένουν σε αυτές τις ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις για πολύ περισσότερο. Το NIF μπορεί να δημιουργήσει αυτές τις συνθήκες μόνο κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. Ωστόσο, αν μπορούμε να εξηγήσουμε τι συμβαίνει μέσα σε μια κάψουλα NIF, ελπίζουμε ότι μπορούμε να εξηγήσουμε τι συμβαίνει μέσα σε ένα αστέρι. Το NIF ελέγχει τη βασική μας κατανόηση για τη σύντηξη, τις εκρήξεις, όλα τα είδη πραγμάτων.

Ε:Αν είχατε το NIF για τον εαυτό σας για μια εβδομάδα, τι είδους πείραμα θα κάνατε;

R.R.: Θα έδινα τις κάψουλες με βαριά στοιχεία και θα έβλεπα τι θα συμβεί.

N.G.: Μιλάμε πάντα για τη συλλογή κυριολεκτικά ό,τι βγαίνει από την κάψουλα καθώς εκρήγνυται για να μπορέσουμε να μελετήσουμε τι συμβαίνει όταν σχηματίζεται το πλάσμα και πώς ψύχεται. Για παράδειγμα, δεν γνωρίζουμε αν τα υπολείμματα είναι ψεκασμένα ή σε κομμάτια. Υπάρχουν πολλά ενδιαφέροντα πράγματα που θα μπορούσαμε να κάνουμε με το χρόνο μας στο NIF.

J.F.: Θα κοίταζα τη μεταφορά φορτισμένων σωματιδίων ή πώς μεταφέρονται ενέργεια και σωματίδια στο πλάσμα. Είναι μεγάλο πρόβλημα και δεν το καταλαβαίνουμε καλά. Υπάρχουν πολλές θεωρίες εκεί έξω, αλλά δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα για το πώς λειτουργεί η διαδικασία. Οι άνθρωποι προσπαθούν να το κάνουν αυτό εδώ και 30 χρόνια, αλλά είναι εξαιρετικά δύσκολο. Πιστεύω ότι υπάρχουν πολλές δυνατότητες να κάνετε μετρήσεις πολύ υψηλής ποιότητας με το NIF.

A.A.: Δεν νομίζω ότι θα μας έλειπαν ιδέες.

Δείτε περισσότερα από την κάλυψή μας από το AAAS 2014.