國產超強激光:體積小效能驚人能達到20噸TNT
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近日,“中國利用超強超短激光成功獲得反物質”這則新聞廣為傳播。不過,很多網友在被反物質吸引的同時,卻忽略了背後另一個更重大且更有意義的成就——中國在“超強超短激光”上的一些突破。耗資數十億美元的美國“國家點火裝置”中使用的燃料球,他們使用192門激光在十億分之一秒的時間內同時發射並擊中鉛筆頭大小的燃料球,從而引發核聚變。
然而,大功率激光並非那麼容易產生,不是説,給一個激光設備提供的能量越大,激光的功率就會越大。顯然,單純地提供大能量以進一步提高激光的功率現在已經變得很難,造價也越發昂貴。
怎麼辦?
我們知道:功率=功/時間=w/t
既然在“功”上突破已經很昂貴且很難,那麼,我們就從“時間”上來突破。
顯而易見,相同的功,做功時間越短,功率就會越大。當時間趨於無窮小時,功率就會趨於無窮大。
1瓦特(功率)=1焦耳/1秒。
對於1焦耳的能量來説,如果我們把激光的脈衝時間從1秒縮短到0.1秒,那麼我們就得到了10瓦的功率。
如果從1秒縮短0.001秒,我們就得到了1000瓦的功率。
同理,如果縮小到1皮秒呢?那麼我們就得到了1,000,000,000,000瓦的功率(1萬億瓦)。
對於普通大眾來説,1萬億瓦的功率其實已經大到了不可思議。然而,我國造出的超短激光脈衝,在時間尺度上是飛秒級別,其功率比上面的1萬億瓦還要多3個0,達到了1000萬億瓦的級別。
相信,研究激光的業內人士每天説“飛秒”、“阿秒”的次數絕對比很多人每天説“秒”的次數還要多。我國造出的激光脈衝,在時間上短到飛秒級別,對應的激光也稱為“飛秒激光”。1000萬億瓦等於1拍瓦,中科院上海光學精密機械研究所(以下簡稱上海光機所)的激光設備,其功率達到了5拍瓦。
超強超短激光能產生超強的電場,利用這個電場可以加速粒子,現在,用激光加速粒子的相關實驗,無論是國際上,還是我國的上海光機所等等,都在進行。如果實驗未來獲得突破,那麼超強超短激光將會讓未來的各種直線加速器小型化,同時成本降低。
中科院上海光機所此次還製造出了反物質,也就是正電子,它有什麼用?
眾所周知,只有當光子從樹葉上反射並進入我們的眼睛時,我們才能看到那片樹葉。而很多航空航天所需要的重要材料,其被生產出來,或者使用過以後後,我們很想了解其內部的微觀結構、缺陷狀態等信息,但又不能破壞材料本身,怎麼弄?當然得使用無損探測。
而超強超短激光可以在材料內部製造出反物質,也就是大量正電子,這些正電子與材料內部的電子發生湮滅,於是,電子的全部質量轉變成電磁輻射,並以伽馬光子射出,檢測這些光子,我們也就間接地探測到了材料的內部情況。利用正電子湮沒技術可以對材料內部進行原子尺度的缺陷和損傷進行探測。
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