Установлен рекорд плотности нейтронов для пучков, полученных с помощью лазера

Физики из США и Германии установили новый рекорд плотности нейтронов для пучков, полученных с помощью короткоимпульсных лазеров.

Обычно нейтронные пучки формируют с применением ускорителей частиц или ядерных реакторов. Авторы обсуждаемой работы пошли по другому пути, задействовав установленный в американской Лос-Аламосской национальной лаборатории лазер TRIDENT. излучение которого фокусировалось на тонкой пластине, содержащей дейтерий (тяжёлый изотоп водорода), и создавало облако плазмы. Квадратному сантиметру пластины при этом доставалось 200 квинтиллионов (200•10¹⁸) ватт мощности.

Затем дейтроны — ядра атомов дейтерия — ускорялись и направлялись на бериллиевую мишень, где и зарождался нейтронный пучок. В традиционных экспериментах дистанция ускорения дейтронов измерялась бы метрами, но здесь её, как утверждают учёные, удалось сократить до долей миллиметра. Поспособствовали этому необычные свойства плазмы — её релятивистская прозрачность, способность становиться прозрачной для поля при достаточно высокой интенсивности падающего излучения.

Подготовка к экспериментам на TRIDENT (фото LeRoy Sanchez).

«В результате мы получили рекордную для короткоимпульсных лазеров плотность нейтронов в ~4•10¹⁸ частиц/см², рассчитываемую на расстоянии в один сантиметр от источника, — рассказывает участник экспериментов Маркус Рот (Markus Roth). — Можно также отметить, что нейтроны в нашей схеме испускаются параллельно исходному лазерному лучу и могут приобретать очень высокую энергию, превосходящую 50 МэВ». По словам физика, плотность, которая считалась рекордной до настоящего момента, была увеличена в пять раз при более чем четырёхкратном уменьшении энергии лазерного излучения.

«Нейтроны используются в качестве зондов в самых разных прикладных и фундаментальных исследованиях, — напоминает Фрэнк Меррилл (Frank Merrill), также принимавший участие в опытах. — Они позволяют оценивать структурные свойства материалов, «просвечивать» контейнеры с грузом, обнаруживать скрытые ядерные материалы. В нашем случае исследуемый объект, расположенный в сантиметре от источника, будет получать более 40 нейтронов в пересчёте на квадратный микрометр менее чем за одну наносекунду. Найти применение пучку с такими характеристиками не сложно».

Подготовлено по материалам Лос-Аламосской национальной лаборатории.