Ilmuwan menciptakan wawasan tentang keadaan materi paling ekstrem yang dihasilkan di Bumi — ScienceDaily
Top Technology

Ilmuwan menciptakan wawasan tentang keadaan materi paling ekstrem yang dihasilkan di Bumi — ScienceDaily

Plasma eksotik dengan kepadatan energi tinggi (HED) yang diproduksi oleh laser mirip dengan yang ditemukan di bintang dan ledakan nuklir dapat memberikan wawasan tentang peristiwa di seluruh alam semesta. Fisikawan di Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) Departemen Energi AS (DOE) telah menemukan cara baru untuk mengukur dan memahami plasma ini, di antara keadaan materi paling ekstrem yang pernah diproduksi di Bumi. Pemahaman yang lebih baik dapat memberikan manfaat mulai dari menyempurnakan plasma densitas tinggi dalam eksperimen fusi kurungan inersia hingga pemahaman yang lebih baik tentang proses di seluruh alam semesta.

Satu miliar kali lebih padat

Plasma HED satu miliar kali lebih padat daripada plasma yang memicu reaksi fusi di tokamaks, fasilitas fusi magnetik berbentuk donat seperti National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) di PPPL. “Semuanya berfungsi sangat berbeda dalam plasma HED,” kata fisikawan PPPL Brian Kraus, penulis utama makalah di Surat Tinjauan Fisik yang menjelaskan teknik pengukuran. “Kita perlu lebih memahami bagaimana fisika bekerja pada kepadatan yang sangat tinggi ini, tetapi mengklarifikasi pengukuran sulit dilakukan sampai sekarang.”

Plasma terdiri dari 99 persen dari alam semesta yang terlihat dan terdiri dari elektron yang mengambang bebas dan inti atom, atau ion. Plasma HED sangat padat sehingga hampir padat, tidak seperti plasma tokamak berbentuk gas, menciptakan kondisi yang ingin dieksplorasi oleh fisikawan.

Kraus menghasilkan plasma HED dengan menembakkan laser berintensitas sangat tinggi pada strip tipis titanium foil di Laboratory for Advanced Lasers and Extreme Photonics di Colorado State University. Dia dan rekan-rekannya kemudian menggunakan kode komputer canggih untuk menganalisis data spektral resolusi tinggi yang ditangkap oleh diagnostik sinar-X dari plasma, yang muncul hanya dalam sepersejuta detik.

Plasma HED memodifikasi garis sinar-X dengan memperluas dan menggesernya ke energi yang lebih rendah, kata Kraus. “Bersama-sama efek ini mari kita mengukur baik kepadatan plasma dan suhu ion, yang belum pernah dilakukan sebelumnya. Pengukuran ini sangat sulit untuk diperoleh sebaliknya dalam plasma padat seperti itu.”

Studi ini mengungkapkan aspek kunci dari plasma yang belum pernah diketahui sebelumnya. Misalnya, analisis menemukan bahwa suhu ion dan elektron tidak setara, seperti yang diasumsikan dalam plasma semacam itu, dan ionnya jauh lebih dingin. “Ternyata beberapa perkiraan yang dibuat orang tidak sesuai dengan data yang kami lihat,” kata Kraus.

Mengawasi temuan pengaturan jalur adalah Philip Efthimion, penasihat tesis Kraus yang mengepalai Departemen Sains & Teknologi Plasma di PPPL dan merupakan rekan penulis makalah tersebut. “Phil benar-benar membimbing saya dalam merencanakan eksperimen dan memilih analisis data mana yang akan dilakukan,” kata Kraus. Dia menerima gelar doktor dari Universitas Princeton pada bulan Juni dan diangkat menjadi staf peneliti tidak lama kemudian.

“Sangat spesial”

“Hasil tesis Brian sangat istimewa,” kata Efthimion. “Kemampuan Brian untuk memahami pelebaran garis sinar-X menghasilkan pengukuran yang akurat dari suhu elektron dan ion, secara bersamaan. Ini memungkinkan kami untuk menyimpulkan bahwa elektron dan ion tidak dalam kesetimbangan. Ini adalah pertama kalinya situasi ini diamati di plasma mendekati kepadatan padat. Brian menguasai banyak alat penelitian untuk menyelesaikan pekerjaan ini. Mengamati dan memahami fenomena baru adalah hal yang benar-benar menggairahkan para ilmuwan.”

Percobaan di Colorado State diaktifkan oleh LaserNetUS, sebuah konsorsium baru fasilitas laser yang diselenggarakan oleh Departemen Energi. Kraus membuat pengukuran yang dipublikasikan sebagai bagian dari siklus percobaan pertama program. “LaserNetUS mengubah lanskap ilmu laser di AS dengan memperluas akses ke fasilitas laser berkualitas tinggi,” kata Kraus. “LaserNetUS tidak hanya memberi kami waktu proses, tetapi juga kesempatan untuk berkolaborasi dengan ilmuwan hebat di luar PPPL.”

Kraus telah berpartisipasi dalam program pendahuluan Program Magang Laboratorium Ilmu Sarjana (SULI) DOE dan belajar tentang fisika plasma selama kursus selama seminggu yang diberikan PPPL dengan program tersebut. “Saya tidak akan pernah mendengar tentang plasma sampai kursus itu,” kata Kraus. Dia kemudian magang di DIII-D National Fusion Facility yang dioperasikan oleh General Atomics untuk DOE di San Diego, California. “Itu meyakinkan saya bahwa ini adalah bidang fisika yang memiliki kepentingan langsung di seluruh dunia untuk berpotensi memecahkan fusi dan memiliki kekuatan bersih yang tersedia untuk semua orang,” katanya.

Kraus sekarang memasang kamera berkecepatan tinggi untuk memotret evolusi plasma HED yang diproduksi laser di Negara Bagian Colorado. “Kami melakukan eksperimen yang sama kali ini tetapi pada dasarnya dengan kamera baru yang dapat melihat tepat waktu,” katanya. “Sangat sulit untuk membuat film ketika Anda ingin melihat hal-hal yang terjadi dalam sepersejuta detik, jadi perlu eksperimen baru untuk menyiapkan kamera itu dan melihat apa yang bisa kita pelajari,” katanya.

Para ilmuwan juga sedang mengembangkan “kode lanjutan tanpa perkiraan yang dapat memungkinkan pemodelan lengkap plasma HED,” kata Kraus. Menggunakan kode tersebut untuk melakukan analisis yang telah ditunjukkan PPPL dapat menjadi “berlaku secara luas untuk mendiagnosis plasma panas di dekat kepadatan padat,” katanya.

Dukungan untuk pekerjaan ini datang dari DOE Office of Science (FES). Rekan penulis termasuk fisikawan di PPPL, Colorado State University, Sandia National Laboratory, dan University of Nevada, Reno.

Posted By : togel hari ini hongkong yang keluar