وفق دراسة جديدة ، بإمكان الليزر ان يرفع درجات حرارة المواد لدرجات أكثر سخونة من مركز الشمس في 20 جزء من المليون من الثانية الواحدة فقط.
علماء الفيزياء النظرية من “الجامعة الامبريالية في لندن Imperial College London” ابتكروا تقنية تسخين سريعة للغاية ، و يعتقدون أن بإمكانها تسخين مواد معينة الى درجات قد تصل الى 10 مليون في المليون خلال أقل بكثير من 1 جزء من المليون في الثانية الواحدة. وقد تم اقتراح هذا الاسلوب للمرة الأولى، حيث يمكن أن يكون ذو صلة بمجالات ابحاث جديدة في مجال الصهر الحراري بالطاقة النووية ، حيث يسعى العلماء لانتاج طاقة تظاهي قدرة الشمس لإنتاج طاقة نظيفة.
قوة التسخين ستكون اسرع بمقدار 100 مره من المعدلات التي يُنظر لها حاليا في تجارب الانصهار باستخدام نظام الليزر الأكثر تطورا في العالم في “مختبر لورانس ليفرمور الوطني Lawrence Livermore National Laboratory ” في كاليفورنيا. ويجري السباق حاليا على تطبيق العلماء اسلوب الفريق الواحد في التجربة.
لازال الباحثين يستخدمون حتى الأن أشعة ألليزر العالية القوة لتسخين المواد كجزء من الجهود المبذولة لخلق الطاقة الإنصهاريه على مدى سنوات عديدة. في هذه الدراسة الجديدة، يبحث الفيزيائيين عن طرق مباشرة لتسخين أيونات-الجزيئات التي تشكل الجزء الأكبر من هذه المسألة. عندما تستخدم أشعة الليزر لتسخين معظم المواد، تقوم طاقة الليزر أولاً بتسخين الإلكترونات في مادة الهدف. وهذا بدوره يسخن الأيونات، مما يجعل العملية أبطأ من استهداف الأيونات مباشرة.
واكتشف الفريق انه عندما يتم إطلاق طاقة ليزرية عالية الكثافة على نوع معين من المواد، فإن ذلك سيولد موجات صادمة من الكهرباء المستقرة والتي بمقدورها تسخين الأيونات مباشرة. حيث تم نشر اكتشافهم في مجلة “Nature Communications “. يقول الدكتور أرثر توريل Dr Arthur Turrell المسؤول عن الدراسة: “أنها نتيجة غير متوقعة تماما. إحدى المشاكل في مجال أبحاث الانصهار تم حلها بواسطة طاقة الليزر في المكان المناسب والتوقيت المناسب ايضا. حيث ان هذا الأسلوب يوجه الطاقة نحو الأيونات مباشرة.”
في العادة، يستحث الليزر موجات الكهرباء المستقرة لصدم ألأيونات، مسببا ابتعادها بشكل سريع عن تلك الموجات ولكن دون تسخينها. ومع إستخدام قدرات اجهزة الحاسوب المتطورة، اكتشف الفريق أنه إذا كانت مادة ما تحتوي على مجموعات خاصة من الأيونات، فإن سرعة تلك الأيونات ستزيد بسرعات مختلفة بفعل تأثير صدمة تلك الموجات الكهربائية. وذلك يتسبب في احتكاكها مع بعضها والذي بدوره يسبب ازدياد الحرارة بشكل سريع. ووجدوا أن ذلك التأثير يكون أقوى في المواد الصلبة مع نوعين من الايونات، مثل البلاستيك.
“هناك نوعان من الأيونات تتصرف مثل اعواد الثقاب والعلبة حيث نحتاج كلاهما على حد سواء” هذا ما أوضحة الدكتور المشارك في الدراسة مارك شرلوك Dr Mark Sherlock من قسم الفيزياء في الجامعة الامبرالية، حيث اضاف ” ان مجموعة من اعواد الثقاب لن تشتعل ذاتيا من تلقاء نفسها ولكنها بحاجة إلى الاحتكاك الناتج عن ضربها بعرض العلبة”. وأضاف البروفيسور المساعد في الدراسة ستيفن روز Steven Rose “أن المادة الفعلية المستهدفة في الدراسة بشكل اساسي كانت مفاجئة في حد ذاتها، حيث يختفي تماما ذلك الأثر في المواد احادية الأيون”
التسخين يحدث بسرعة لأن كثافة المواد عالية. وتتقلص الأيونات معا إلى ما يقرب من عشرة إضعاف الكثافة المعتادة في المادة الصلبة ، حيث تمر صدمات الموجات الكهربائية المستقرة ، مما يتسبب في خلق أثر أحتكاكي أقوى بكثير من حدوثة في مواد أقل كثافة ، كالغاز على سبيل المثال. اذا أثبتت التجارب كفائة هذة التقنية ، سيكون ذلك أسرع معدل تسخين تم تطبيقة في المختبر حتى الأن على عدد معين من الجزيئات. وقال الدكتور توريل: “اسرع التغيرات الحرارية تحدث عندما تتصادم الذرات في مسرعات مثل” مصادم الجزيئات “، ولكن هذه الإصطدامات تحدث بين زوج واحد من الجزيئات،”. “على النقيض من ذلك ، التقنية المقترحه يمكن أن تختبر في العديد من مراكز الليزر في جميع أنحاء العالم، وسوف تتمكن من تسخين المواد ذات الكثافة العالية”.
