Biri size dünyanın en büyük lazerinin uzay ve ulusal savunma ile ilgisi olan California’da olduğunu söylese, bunun düşman uydularını gökyüzünden fırlatmak için tasarlanmış bir süper silah olduğunu düşünebilirsiniz . Ama gerçek oldukça farklı. Yeni lazer, bilim adamları için yıldızların ve nükleer patlamaların içinde var olan aşırı koşulları yaratabilen benzersiz bir araştırma aracıdır.
DÜNYANIN EN BÜYÜK LAZERİ NEREDE?
Dev lazer, Livermore, California’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda (LLNL) bulunuyor ve Ulusal Ateşleme Tesisi’nin (NIF) oldukça şifreli adını kullanıyor. Bunun nedeni, nükleer bilim bağlamında Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’na göre “ateşleme”nin çok özel bir anlamı olmasıdır . Bir füzyon reaksiyonunun kendi kendini sürdürebilir hale geldiği noktayı ifade eder – güneşin ve diğer yıldızların içinde bulunan, ancak dünyaya bağlı bir laboratuvarda elde edilmesi son derece zor olan bir durum. Nükleer füzyonu tetiklemek son derece yüksek sıcaklıklar ve basınçlar gerektirir ve NIF’in dev lazerinin devreye girdiği yer burasıdır.
Mart 2009’dan beri faaliyette olan NIF, üç futbol sahası büyüklüğünde 10 katlı bir binayı dolduruyor. Tüm enerjilerini bir santimetreden daha küçük bir hedefe yönlendiren 192 ayrı lazer ışını vardır. Bu, saniyenin sadece birkaç milyarda biri kadar süren, dikkatlice koordine edilmiş tek bir darbede gerçekleşir. Ortaya çıkan ışık parlaması, 180 milyon Fahrenheit (100 milyon Santigrat) sıcaklıklar ve Dünya atmosferinin 100 milyar katı basınçlar dahil olmak üzere füzyonun gerçekleşmesi için gereken aşırı koşulları yaratır .
LAZER IŞINI
NIF’in böylesine şaşırtıcı bir başarıya nasıl ulaştığını anlamak için lazer ışınının ne olduğuna daha yakından bakmaya değer. Lazer kelimesi, “uyarılmış radyasyon emisyonu ile ışık amplifikasyonu” anlamına gelir ve bu, nasıl çalıştıklarının anahtarıdır. Belki de en bilinen amplifikasyon örneği, bir ses sinyalini daha yüksek hale getirmek için ek enerjinin pompalandığı ve aynı zamanda kesin özelliklerini koruyarak sonucu herhangi bir bozulma olmadan duymamız için bir ses sistemindedir. Aslında bir lazerin yaptığı budur – ama ses yerine ışıkla .
NIF durumunda, 192 lazer ışını, neodimiyum katkılı fosfat cam levhalardan ileri geri geçerken kademeli olarak güçlendirilir. Bu amplifikasyonun enerjisi, cam levhaları çevreleyen bir dizi güçlü flaş lambasından gelir. Işınlar geçmeden önce, bu lambalardan gelen yoğun beyaz ışık, neodimyum atomlarını normalden daha yüksek enerji seviyelerine yükseltmek için kullanılır .
Ardından, bir lazer darbesi camdan geçerken, lazer kısaltmasında belirtilen “uyarılmış emisyonu” tetikler. Neodimyum atomlarındaki fazla enerji, orijinal darbe ile tam olarak aynı yönde ve tam olarak aynı dalga boyunda hareket eden daha fazla ışık dalgası şeklinde salınır. Böylece lazer ışınları her geçişte kademeli olarak güçlendirilir ve sonunda girdiklerinden katrilyon kat daha güçlü bir şekilde ortaya çıkar.
FÜZYON GÜCÜ
Nükleer füzyon, hidrojen gibi hafif atomların çekirdeklerinin helyum gibi daha ağır atomları oluşturmak için birleştiği bir reaksiyondur . Bu dünyadaki hayatın için önemlidir bu güçler nedeniyle Güneş , NASA’ya göre hafif ve ısı bizim birincil kaynağıdır. Onlarca yıldır bilim adamları, bu süreci Dünya’da kontrollü, kendi kendini idame ettiren bir füzyon reaksiyonu ile tekrarlamaya çalıştılar.
Birleşik Krallık Atom Enerjisi Kurumu’na göre geleneksel nükleer santrallerle ilişkili radyoaktif atıklardan veya fosil yakıtların karbon emisyonlarından arındırılmış bu, birçok yönden mükemmel bir enerji kaynağı olacaktır . Ne yazık ki, bu zor bir hedef olduğunu kanıtladı ve bugüne kadar pratik bir kullanım bulan tek füzyon reaksiyonları, termonükleer silahlara güç veren şiddetli yıkıcı olanlardır.
NIF başlangıçta bu bağlamda kuruldu. LLNL birincil amacı Amerika’nın nükleer caydırıcı güvenliği, güvenlik ve güvenilirlik sağlamaktır. Bir zamanlar bu, yeni silahların aktif olarak geliştirilmesini ve test edilmesini içeriyordu, ancak neyse ki artık durum böyle değil. LLNL şimdi tam ölçekli testler yapmadan mevcut silahların bütünlüğünü korumaya çalışıyor ve NIF bu konuda çok önemli bir rol oynuyor. Patlayan bir nükleer silahın içindeki koşulları incelemek için bilim adamlarının ihtiyaç duyduğu muazzam sıcaklıkları ve basınçları yaratma konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptir.
Silahla ilgili araştırmalar hala NIF’in faaliyetlerinin çoğunu oluşturuyor olsa da, her yıl zamanının yaklaşık yüzde 8’i daha barışçıl deneyler için ayrılıyor. Bunlar arasında güneş ve diğer yıldızlardaki nükleer füzyon çalışmaları ve füzyonun Dünya’da gelecekteki bir güç kaynağı olarak kullanımını kolaylaştırabilecek teknolojilerin araştırılması yer alıyor. Ancak tüm NIF deneyleri füzyonla ilgili değildir. Lazer, sıcaklık ve basınç açısından bu tür aşırı koşullar yarattığından, süpernova patlamaları etrafındaki genişleyen şok dalgaları veya dev gezegenlerin inanılmaz derecede yoğun çekirdekleri gibi bu koşulların meydana geldiği diğer durumları incelemek için kullanılabilir.
LAZERLER NASIL ÇALIŞIR?
NIF’e göre , nihai amacı, bir dizi güçlü lazer ışınından gelen tüm enerjiyi bezelye büyüklüğünde bir hedefe odaklamaktır. Lazerler sürekli olarak ateşlenmez, ancak saniyenin sadece 20 milyarda biri uzunluğunda kısa bir darbeyle. Bu, hedefi araştırmacıların ihtiyaç duyduğu muazzam sıcaklıklara ve baskılara yükseltmek için yeterli.
Lazer darbesinin ilk oluşturulmasından hedefi patlatmaya kadar sadece birkaç mikrosaniye sürer, ancak bu süre içinde çok şey olur. Başlangıç olarak, ana osilatör odasında tek bir zayıf darbe oluşturulur. Bu daha sonra iki dev lazer bölmesinin içinde toplam 192 ayrı ışına bölünür ve burada ışınlar sistem içinde ileri geri geçerken kademeli olarak yükseltilir. Bunun için gereken enerji, ışınların içinden geçtiği bir dizi cam levhayı aydınlatan ve bunu yaparken sürekli enerji kazanan süper güçlü flaş lambalarından gelir.
Amplifikasyon işlemi sırasında, kirişlerin tümü paralel olarak hareket eder, ancak yeterince güçlü olduklarında, hedef oda içinde iki konik şekle yeniden düzenlenirler. Bunlar, yukarıdan ve aşağıdan hedefte birleşir ve hepsi aynı anda enerjilerini tek bir büyük flaşta iletmek için ulaşır.
Ulusal Ateşleme Tesisi’nde evrendeki manyetik alanların kökenini araştıran plazma fizikçisi Jena Meineck , “NIF lazerin büyüklüğü karşısında o kadar bunaldım ki, ilk ziyaretimde neredeyse bayılacaktım ” dedi . Niagara Şelalesi’nin yanında durmak gibi bir şey – üzerinizde yükselen bu makinenin muazzam gücü karşısında kendinizi felç hissediyorsunuz. NIF’de bir deney yapmak, başka herhangi bir lazer tesisinde deney yapmak gibi değildir. Elde edilen koşullar o kadar aşırı ki, bir dereceye kadar ne bekleyeceğiniz hakkında hiçbir fikriniz yok. Tek bildiğin özel bir şeyin olmak üzere olduğu.”
UZAY LAZERLERİ
NIF’in hedef odası içinde yaratılan koşullar, Dünya’da normal olarak görülen her şeyin çok ötesinde olsa da, belirli astrofiziksel ortamlar için çok daha tipiktir. Bu, NIF’yi uzay araştırmaları için paha biçilmez bir araç yapar. Örneğin, bir yıldızın içi, NIF’in taklit etmek için tasarlandığı nükleer patlamalarla aynı şekilde – ancak çok daha büyük bir ölçekte – füzyona uğrar. 2017 yılında, LLNL’nin “Keşif Bilimi” programının bir parçası olarak , yıldızların iç mekanını andıran koşullar yaratmak için kullanıldı ve araştırmacıların başka hiçbir yolla elde edilmesi imkansız olan verileri toplamasına izin verdi.
NIF ayrıca süpernova şok dalgalarının fiziğini ve kozmik manyetik alanların her yerde bulunmasını incelemek için kullanılmıştır . Dr. Meinecke’ye göre, bir dizi NIF deneyi sayesinde, ikincisi artık “çalkantılı dinamo” etkisi adı verilen bir fenomenle açıklanabilir. Dr Meinecke bize, “Hızlı hareket eden şok dalgaları, evrenimizi kaplayan her yerde bulunan manyetik alanların doğum yeri olabilir,” dedi, “Bu alanların gücü, çalkantılı dinamo adı verilen benzersiz bir fenomen oluşana kadar artar. Bu, evrende yaygın olarak gözlemlenen, ancak son zamanlarda burada, Dünya’da ekibimiz tarafından oluşturulan, doğrusal olmayan bir manyetik alan amplifikasyonu rejimidir.”
Gündelik dünyada, bir dinamo, mekanik enerjiyi elektromanyetik forma dönüştürmek için bir cihazdır ve NIF deneyleri, erken evrendeki benzer bir sürecin, başlangıçta zayıf manyetik alanların şimdi galaksilere nüfuz eden güçlü manyetik alanlara dönüşmesinden sorumlu olduğunu ileri sürer.
BİR SÜPERNOVAYI ÇÖZME
Süpernovalar, büyük yıldızların nükleer yakıtı bittiğinde meydana gelen son derece güçlü patlamalardır. Evrende başka hiçbir yerde görülmeyen aşırı koşullar yaratırlar ve bu da onları gökbilimciler için ilgi çekici kılar. Buna rağmen, yakınlardaki süpernovalar çok nadir olduğu için tam olarak anlaşılmış değiller. Örneğin bilim adamları, süpernova şok dalgalarının kozmik ışınları neredeyse ışık hızına nasıl hızlandırabildiği konusunda şaşkına döndüler. Ancak NIF sayesinde bulmaca çözüldü. LLNL’ye göre 2020’de araştırmacılar, süpernova benzeri koşulları minyatür bir ölçekte yeniden oluşturmak için dev lazeri kullandılar ve anormal hızlanmadan şok dalgalarındaki türbülansın sorumlu olduğunu buldular. Bu, yalnızca astronomik gözlemlerle asla keşfedilemeyecek bir şey.
NIF’in tamamen farklı türden pratik uzay uygulamalarına sahip olabileceği de düşünülebilir. Bunun nedeni, füzyon gücünün, dünyadaki potansiyel uygulamalarına ek olarak, uzay aracı tahriki için de uygun bir seçenek olabilmesidir. Yıllar boyunca bir takım olası tasarımlar ortaya atıldı , ancak bunların çoğu, NIF’den tamamen farklı bir şekilde füzyon reaksiyonları üretiyor. Ancak 2005 yılında, LLNL bilim adamı Charles OrthNIF ile aynı ilkelere dayanan bir uzay tahrik konsepti geliştirmek için NASA ile çalıştı. “Interplanetary Taşıma Applications Araç” için, Vista adlandırılan tasarım lazer konik bir düzenlemesi, daha sonra güçlü yardımıyla istenilen yönde yönlendirilmiştir elde edilen itme ile, küçük yakıt peletleri bir dizi füzyon başlatmak için kirişler kullanmaktadır.
daha fazla yazı için tıklayın.
