Fyzici vystřelili 60 laserových paprsků, aby stvořili umělou hvězdu

Pomocí zařízení, které připomíná zbraně ze sci-fi filmů o hvězdných válkách, dokázali vědci z americké University of Rochester vytvořit extrémní stavy plazmatické hmoty, na jaké nenarazíte nikde na Zemi.

Vědci z laboratoře Omega potřebovali k vytvoření plazmatu 60 laserových paprsků. | foto: www.rochester.edu

Experimentátoři při pokusu použili 60 vysoce výkonných laserů, které soustředili na malinkatou kapsli.

Mimozemské vlastnosti

Tlak plazmatu se pohyboval okolo 100 miliard atmosfér, teplota dosahovala 100 milionů stupňů a hustota byla 20krát větší než hustota zlata.

Tím se jim podařilo vytvořit plazma o rekordních hodnotách hustoty energie. Takové podmínky panují pouze uvnitř hvězd nebo v nitru obřích planet, jako jsou Saturn či Jupiter.

Plazma a jaderná fúze

Řízená "umělá hvězda" by se někdy v budoucnu mohla podle experimentátorů stát takřka nevyčerpatelným zdrojem čisté, ekologicky nezávadné energie. Mnoho fyziků po celém světě je přesvědčeno, že nejvhodnější cesta k ní vede právě přes lasery poháněnou jadernou fúzi. Mezi ně patří i vědci z laboratoře Omega Laser Facility z University of Rochester, kde byl experiment uskutečněn.

Ke studiu jaderných reakcí se obvykle používají urychlovače, jenže výzkumníci z Omega Laser Facility záměrně zvolili jiný přístup, jak jít na věc. A sice studiem velmi horkého a hustého plazmatu. Plazma je de facto ionizovaný plyn, jakási polévka složená z kladných iontů a elektronů, které vznikly po vyražení elektronů z obalů jejich atomů.

Jde o vůbec nejrozšířenější formu hmoty ve vesmíru: 99 procent toho, co ve vesmíru vidíme, je ve skutečnosti tvořeno plazmatem. Plazma je přítomno ve hvězdách, mlhovinách či hvězdném větru, blescích, elektrických obloucích i v zářivkách. Často se o něm rovněž hovoří jako o čtvrtém skupenství hmoty, vedle pevných látek, kapalin a plynů.

Vědci z laboratoře Omega potřebovali k vytvoření plazmatu 60 laserových paprsků. Všechny současně namířili na povrch maličké skleněné kapsle o průměru 1 milimetr, jež byla naplněna směsí těžkých izotopů vodíku: deuteriem a tritiem. Soustředěným působením laserů došlo k prudkému stlačení hmoty uvnitř kapsle a k následnému vzniku vysokoteplotního plazmatu: směsice vodíkových jader a elektronů.

Atomový biliár

Extrémní teploty a tlaky, které uvnitř kapsle vznikly, způsobily, že se malá část jader deuteria a tritia fúzně spojila. Celý proces měl za následek uvolnění vysokorychlostních neutronů. Některé z nich se pohybovaly až šestinou rychlosti světla.

Neutrony odnášely energii zhruba 14 milionů elektronvoltů. Jen pro srovnání: při obyčejných chemických reakcích, jako je spalování uhlí nebo dřeva, vzniká energie řádově v jednotkách elektronvoltů.

Část neutronů narážela do okolních jader deuteria a tritia a opět se od nich odrážela jako kulečníkové koule. Kolize vědcům umožnily přesně změřit energii přenesenou mezi neutrony a ionty a posléze i stanovit tzv. účinný průřez (pravděpodobnost) rozptylu neutronů, jehož měření na částicových urychlovačích představuje značný problém. Tak získali jasnou představu o průběhu celé fúzní reakce.

Experimentátoři jsou přesvědčeni, že svým pokusem ukázali alternativní směr, jakým by se v budoucnu mohl ubírat výzkum jaderné fúze. "Je to poprvé, kdy byl k pokroku na poli jaderné fyziky použit vysokovýkonný laser," tvrdí David Meyerhofer, který vedl průběh celého experimentu.

Zdroj: www.rochester.edu, cs.wikipedia.org