Proton probing measurements of filamentary electromagnetic structure in laser ablation of solids
OMEGA EP पर ड्यूल-एक्सिस प्रोटॉन रेडियोग्राफी का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि लेजर एब्लेशन में विसंगत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों (anomalous electromagnetic fields) का विकास विस्तार-संचालित वीबेल अस्थिरता (expansion-driven Weibel instability) से उत्पन्न एक द्वितीयक अस्थिरता द्वारा संचालित होता है, और क्षेत्र की संरचना मुख्य रूप से लेजर ऊर्जा और लक्ष्य परमाणु संख्या पर निर्भर करती है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप एक धुंधली खिड़की के माध्यम से टॉर्च की रोशनी डाल रहे हैं। आमतौर पर, रोशनी बस थोड़ी धुंधली या अस्पष्ट हो जाती है। लेकिन इस प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने एक शक्तिशाली लेजर के साथ एक ठोस लक्ष्य (टारगेट) को ब्लास्ट करके बनाई गई अत्यधिक गर्म गैस के बादल के माध्यम से सूक्ष्म कणों (प्रोटॉन) की एक किरण छोड़ी। केवल धुंधला होने के बजाय, रोशनी ने अजीब, तीखे पैटर्न बनाए—जैसे पहिये की तीलियाँ या मील दूर तक फैला हुआ मकड़ी का जाल (खैर, मिलीमीटर में, जो परमाणुओं की दुनिया में बहुत बड़ा होता है)।
यहाँ उन्होंने जो पाया उसका विवरण सरल भाषा में दिया गया है:
रहस्य: ऊर्जा के "मकड़ी के जाल"
वर्षों से, वैज्ञानिक अपने डेटा में इन अजीब, जाल जैसे ढांचों को देखते आए हैं जब वे लेजर के साथ लक्ष्यों को ब्लास्ट करते हैं। वे लक्ष्य से बहुत दूर तक फैले हुए मजबूत विद्युत या चुंबकीय क्षेत्रों की तरह दिखते हैं। समस्या क्या है? कंप्यूटर सिमुलेशन (भौतिकी के "मौसम के पूर्वानुमान") इनका पूर्वानुमान नहीं लगा सके। यह एक तूफान की भविष्यवाणी करने की कोशिश करने जैसा था, जहाँ कंप्यूटर कहता था कि मौसम साफ रहेगा, जबकि आसमान से मूसलाधार बारिश हो रही थी।
ये जाल महत्वपूर्ण हैं क्योंकि ये एक विशाल ऊर्जा ड्रेन (ऊर्जा सोखने वाले) की तरह काम करते हैं। यदि आप फ्यूजन ऊर्जा (एक छोटे सूरज की तरह) बनाने के लिए किसी लक्ष्य को दबाने की कोशिश कर रहे हैं, तो ये जाल उस ऊर्जा को चुरा सकते जिसकी आपको आवश्यकता है, या वे उन उपकरणों के काम में बाधा डाल सकते हैं जिनका उपयोग वैज्ञानिक यह मापने के लिए करते हैं कि क्या हो रहा है।
प्रयोग: देखने का एक नया तरीका
यह पता लगाने के लिए कि क्या हो रहा था, यूनिवर्सिटी ऑफ रोचेस्टर की टीम ने प्रयोग का एक सरल संस्करण तैयार किया। एक गोल गेंद को ब्लास्ट करने के बजाय (जो जटिल है), उन्होंने अलग-अलग सामग्रियों (जैसे प्लास्टिक, तांबा या सोना) से बने चपटे, गोलाकार लक्ष्यों को ब्लास्ट किया।
उन्होंने तस्वीरें लेने के लिए दो विशेष "कैमरों" का उपयोग किया:
- प्रोटॉन रेडियोग्राफी: यह एक एक्स-रे की तरह है, लेकिन एक्स-रे के बजाय इसमें प्रोटॉन की एक किरण का उपयोग किया जाता है। यदि प्रोटॉन अदृश्य क्षेत्रों द्वारा धकेले जाते हैं, तो तस्वीर बदल जाती है।
- लाइट प्रोब: उन्होंने गैस के घनत्व को देखने के लिए एक विशेष लेजर का भी उपयोग किया।
उन्होंने सब कुछ बदलने की कोशिश की: लक्ष्य की सामग्री, लेजर की कितनी ऊर्जा थी, बीम कितनी तीव्र थी, और यहाँ तक कि लेजर स्पॉट का आकार भी।
जासूसी कार्य: विद्युत बनाम चुंबकीय
बड़ा सवाल यह था: प्रोटॉन को कौन धकेल रहा है? क्या यह एक चुंबकीय क्षेत्र (चुंबक की तरह) है या एक विद्युत क्षेत्र (स्थिर बिजली की तरह)?
- चुंबकीय सिद्धांत: यदि यह चुंबकीय होता, तो प्रोटॉन इस बात पर अलग तरह से व्यवहार करते कि वे किस दिशा में यात्रा कर रहे हैं। यह एक भीड़ के बीच से गुजरने की कोशिश करने जैसा होगा; यदि आप प्रवाह के साथ चलते हैं, तो आप ठीक चलते हैं, लेकिन यदि आप प्रवाह के विरुद्ध चलते हैं, तो आपको जोर से धक्का दिया जाता है। वैज्ञानिकों ने चुंबकीय क्षेत्रों के मेल खाने के लिए कंप्यूटर मॉडल बनाने की कोशिश की, लेकिन उनके मॉडल हमेशा तस्वीरों में "छेद" (खाली स्थान) बना देते थे जो वास्तविक डेटा में मौजूद नहीं थे।
- विद्युत सिद्धांत: यदि यह विद्युत होता, तो प्रोटॉन इस बात की परवाह किए बिना धकेले या खींचे जाते कि वे किस दिशा में जा रहे हैं। यह एक तरफ से बहने वाली तेज हवा की तरह है। जब उन्होंने विद्युत क्षेत्रों का मॉडल बनाया, तो तस्वीरें वास्तविक डेटा से पूरी तरह मेल खा गईं।
फैसला: "मकड़ी के जाल" मुख्य रूप रूप से विद्युत क्षेत्रों (electric fields) के कारण हैं।
"क्यों": डोमिनो प्रभाव
यदि जाल विद्युत हैं, तो वे कहाँ से आए? शोध पत्र सुझाव देता है कि यह एक दो-चरणीय प्रक्रिया है, डोमिनो प्रभाव की तरह:
- बीज (चुंबकीय): जैसे ही लेजर लक्ष्य को ब्लास्ट करता है, गर्म गैस बाहर की ओर फैलती है। यह विस्तार एक छोटा, प्रारंभिक चुंबकीय अस्थिरता (एक "बीज") बनाता है। इसे तालाब में एक छोटी लहर की तरह समझें।
- विकास (विद्युत): यह चुंबकीय लहर इलेक्ट्रॉनों को कुछ खास पैटर्न में इकट्ठा होने के लिए मजबूर करती है। जैसे-जैसे वे इकट्ठा होते हैं, वे एक विशाल विद्युत क्षेत्र बनाते हैं। यही विद्युत क्षेत्र है जो वास्तव में उन मजबूत, दृश्यमान "मकड़ी के जालों" को बनाता है जिन्हें प्रोटॉन देखते हैं।
इसलिए, चुंबकीय क्षेत्र वह चिंगारी है, लेकिन विद्युत क्षेत्र वह आग है।
जालों को बड़ा क्या बनाता है?
वैज्ञानिकों ने पाया कि इन जालों का आकार और ताकत दो मुख्य चीजों पर निर्भर करती है:
- सामग्री: यदि आप भारी सामग्रियों (जैसे सोना या टंगस्टन) का उपयोग करते हैं, तो जाल कमजोर और छोटे हो जाते हैं। यह भारी साबुन के घोल से बुलबुला फूंकने की कोशिश करने जैसा है; यह बहुत दूर तक नहीं फैल पाता।
- ऊर्जा: यदि आप अधिक लेजर ऊर्जा का उपयोग करते हैं, तो जाल बहुत मजबूत हो जाते हैं और अधिक दूर तक फैल जाते हैं।
दिलचस्प बात यह है कि लेजर बीम कितनी तीव्र (यानी एक छोटे से बिंदु में ऊर्जा कितनी केंद्रित है) थी, इससे ज्यादा फर्क नहीं पड़ा। कुल ऊर्जा की मात्रा ही मायने रखती थी।
निष्कर्ष
पेपर इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि ये रहस्यमय, ऊर्जा सोखने वाले जाल वास्तविक हैं, और वे मुख्य रूप से फैलते हुए प्लाज्मा के माध्यमिक प्रभाव के कारण उत्पन्न विद्युत क्षेत्र हैं।
- अच्छी खबर: चूंकि विद्युत क्षेत्र अपने आप में बहुत अधिक ऊर्जा जमा नहीं करते हैं, इसलिए वे भविष्य के फ्यूजन प्रयोगों से बहुत अधिक ऊर्जा नहीं चुराएंगे।
- बुरी खबर: आप लेजर की तीव्रता को कम करके इनसे आसानी से छुटकारा नहीं पा सकते। क्योंकि वे कुल ऊर्जा और उपयोग की गई सामग्री पर निर्भर करते हैं, वे बड़े पैमाने के फ्यूजन प्रयोगों में अपरिहार्य हैं।
संक्षेप में, वैज्ञानिकों ने "भूतिया जालों" के रहस्य को सुलझा लिया है, यह साबित करते हुए कि वे विद्युत क्षेत्र हैं जो फैलते हुए प्लाज्मा से पैदा हुए हैं, और वे हमारे फ्यूजन प्रयोगों में बने रहेंगे।
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