Blades of Light: Tafelmodeltechniek genereert megatesla magnetische velden

Energie
Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 17 juli 2025

Conceptuele illustratie van de implosie van microbuizenbladen - zaagtandvormige interne bladen in het cilindrische doelwit induceren off-axis geladen fluxen, die sterke stromen aandrijven en megatesla magnetische velden genereren. [Afbeelding: Masakatsu Murakami]
Lichtbladen
Japanse wetenschappers hebben een techniek ontwikkeld om in het laboratorium extreem sterke magnetische velden te genereren. Deze velden bereiken een schaal van miljoenen tesla's. Magnetische velden in het megatesla-gebied zijn vergelijkbaar met de velden in de buurt van sterk gemagnetiseerde neutronensterren of in astrofysische jets.
Om u een idee te geven van wat dit betekent: het wereldrecord voor een in een laboratorium gegenereerd magnetisch veld is 45 tesla .
En het is een compacte, lasergestuurde opstelling die de constructie van de benodigde laboratoriumapparatuur moet vergemakkelijken. Het team heeft de methode "laminaat-microbuis-implosie" genoemd.
Het draait allemaal om het richten van zeer sterke laserpulsen, die elk femtoseconden duren, op een cilindrisch doelwit – de microbuis – met interne zaagtandbladen. Deze bladen zorgen ervoor dat het door de laserpulsen gegenereerde plasma asymmetrisch roteert, waardoor er circulerende stromen ontstaan nabij het centrum.
De resulterende stroom produceert zelfconsistent een zeer sterk axiaal magnetisch veld, van meer dan 500 kilotesla (0,5 megatesla), dat het megatesla-bereik nadert. Er is geen extern magnetisch veld nodig.
Dit mechanisme contrasteert sterk met traditionele magnetische compressie, die berust op de versterking van een initieel magnetisch veld, een extern magnetisch veld genaamd het 'seed'-veld. Bij de implosie van gelamineerde microbuizen wordt het veld helemaal opnieuw gegenereerd en uitsluitend geactiveerd door laser-plasma-interacties.
Bovendien kunnen sterke magnetische velden robuust worden opgewekt door structuren in het doelwit op te nemen die de cilindrische symmetrie verbreken. Dit proces creëert een terugkoppelingslus waarin stromen geladen deeltjes – bestaande uit ionen en elektronen – het magnetische veld versterken, wat op zijn beurt deze stromen strakker inperkt en het veld verder versterkt.

Concepten van het megatesla-veldgeneratiemechanisme (boven) en simulaties voor het achtbladige model (onder). [Afbeelding: Pan/Murakami - 10.1063/5.0275006]
Astrofysica, kernfusie en kwantumfusie
Als de nieuwe generator voor magnetische velden eenmaal gebouwd is, en dat zal niet lang meer duren, zullen deze magnetische velden op grote schaal gebruikt worden in de wetenschap. Ze kunnen met name gebruikt worden voor laboratoriumexperimenten om astrofysische verschijnselen te bestuderen, zoals gemagnetiseerde stralen die door verschillende soorten hemellichamen en zelfs het binnenste van sterren worden uitgestoten.
Andere toepassingen zijn onder meer laserkernfusie , waarmee de ontwikkeling van snelle protonbundelontstekingsschema's wordt vergemakkelijkt, en kwantumelektrodynamica, voor de studie van niet-lineaire kwantumverschijnselen.
"Deze aanpak biedt een krachtige nieuwe manier om extreme magnetische velden te creëren en te bestuderen in een compact formaat. Het vormt een experimentele brug tussen laboratoriumplasma's en het astrofysische universum", aldus professor Masakatsu Murakami van de Universiteit van Osaka.
Voor experimentele teams die geïnteresseerd waren in het bouwen van het apparaat, bouwden de twee onderzoekers een ondersteunend analytisch model, waarin de fundamentele schaalwetten en strategieën voor doeloptimalisatie werden gedemonstreerd.
Artikel: Genereren van een gigagauss-magnetisch veld door implosie van microbuizen met bladen
Auteurs: D. Pan, Masakatsu MurakamiRevista: Physics of PlasmasVol.: 32, 072107DOI: 10.1063/5.0275006Ander nieuws over:
inovacaotecnologica