एक्स-रेच्या एकाच पल्सने विविध स्केलवरील प्लाझ्मा संरचना टिपल्या

प्लाझ्मा प्रयोगांमध्ये पुनरावृत्तीची समस्या अनेकदा असते: संशोधकांना ज्या घटना अभ्यासायच्या असतात, त्या एका shotपासून पुढच्या shotपर्यंत मोठ्या प्रमाणात बदलू शकतात. त्यामुळे वेगवेगळ्या स्केलवर स्वतंत्र मोजमापे घेऊन instabilities आणि turbulence कशा विकसित होतात हे पुन्हा उभारणे कठीण होते. नुकत्याच अहवालात दिलेली X-ray पद्धत एकाच measurementमध्ये प्लाझ्मा संरचनांची विस्तृत श्रेणी नोंदवून ही मर्यादा दूर करण्यासाठी तयार करण्यात आली आहे.

Japan’s National Institute for Fusion Scienceशी संबंधित संशोधकांच्या नेतृत्वाखालील आंतरराष्ट्रीय पथकाने नव्याने विकसित केलेली beamstop-free small-angle X-ray scattering पद्धत X-ray free-electron laser आणि microscale rod-assembly targetसोबत जोडली. high-intensity femtosecond laserने target चालवल्यानंतर plasma formation dynamicsचे निरीक्षण करणे हा उद्देश होता.

प्लाझ्माची संरचना मोजणे कठीण का आहे

Fusion researchपासून astrophysics आणि laser–plasma physicsपर्यंत अनेक क्षेत्रांत प्लाझ्मा आढळतो. या ionized gasesमध्ये लहान disturbances वाढून instabilities होऊ शकतात, तर turbulence वेगवेगळ्या आकारांच्या संरचनांमध्ये energyचे हस्तांतरण करते. परिणामी वैशिष्ट्ये अतिशय लहानांपासून खूप मोठ्या structuresपर्यंत असू शकतात आणि प्लाझ्मामधील energy व motionचा विकास कसा होतो यावर त्यांचा परिणाम होतो.

High-energy-density plasmasमधील या संरचनांचा अभ्यास करणे विशेषतः आव्हानात्मक असते. Instabilities अत्यंत कमी timescalesवर वाढू शकतात. त्यामुळे उपकरणाने high temporal resolutionसोबतच विविध आकारांच्या वैशिष्ट्यांना वेगळे ओळखण्यासाठी पुरेशी spatial reach द्यायला हवी. प्रयोगाची पुनरावृत्ती केल्याने ही समस्या सुटतेच असे नाही, कारण परिस्थितीतील किरकोळ बदल प्लाझ्माची अवस्था बदलू शकतात.

म्हणूनच संशोधक spatially multiscale, single-shot measurementsची गरज अधोरेखित करतात: स्वतंत्र प्रयोगांतील निरीक्षणे एकत्र करण्याऐवजी त्याच घटनेदरम्यान अनेक संबंधित scales टिपण्याचा मार्ग.

नेहमीच्या केंद्रीय अडथळ्याशिवाय scattering पद्धत

या प्रयोगात small-angle X-ray scatteringचा वापर करण्यात आला. X-rays targetशी परस्परसंवाद करताना तयार होणाऱ्या patternद्वारे संरचना उलगडणारे हे तंत्र आहे. Conventional setupsमध्ये intense direct beam अडवण्यासाठी आणि detectorचे संरक्षण करण्यासाठी beamstop वापरला जातो. मात्र हा केंद्रीय अडथळा beam directionजवळ उपलब्ध scattering informationची व्याप्ती मर्यादित करू शकतो.

अहवालातील पद्धतीचे वर्णन beamstop-free असे केले आहे. पारंपरिक central blockवर अवलंबून राहण्याऐवजी triangular metal foilsपासून तयार केलेला attenuation filter setupमध्ये वापरण्यात आला. त्यांची effective thickness मध्याकडे वाढेल अशा प्रकारे foils रचण्यात आले. प्रयोगाच्या वर्णनानुसार stacking position बदलून attenuation regionचे सूक्ष्म समायोजन करता येते.

एका cameraवर अनेक diffraction ordersमध्ये पसरलेले signals नोंदवणे हा व्यावहारिक उद्देश आहे. प्रयोगाच्या schematicमध्ये detected signalsना diffraction orderनुसार ओळखले आहे, तर filter patternच्या मध्याजवळील high intensity नियंत्रित करतो. एकाच X-ray pulseमध्ये विस्तृत spatial scalesमधील informationपर्यंतचा प्रवेश टिकवून ठेवणे हा या designचा हेतू आहे.

या प्रयोगाची भर

हा approach तीन घटक जोडतो: X-ray free-electron laser, tailored microscale target आणि beamstop-free scattering system. Free-electron laser ultrashort X-ray probe पुरवतो, तर laser-driven target ज्या प्लाझ्माच्या evolutionचा अभ्यास केला जात आहे ते तयार करतो.

एका plasma shotला मोठ्या reconstructed sequenceमधील फक्त एक point मानण्याऐवजी, ही पद्धत त्या individual eventमधून multiscale structural information मिळवण्याचा प्रयत्न करते. Plasma formationचा सुरुवातीचा टप्पा वेगवान आणि experimental variationsबाबत संवेदनशील असेल तेव्हा हे महत्त्वाचे ठरते.

एका cameraने scales across plasma nanostructures capture करण्याचा मार्ग म्हणून source या workचे वर्णन करते. Experimental plasma researchमध्ये detector protection, time resolution आणि वेगवेगळ्या structural scalesची coverage यांच्यात समतोल साधावा लागतो, त्यामुळे हे framing महत्त्वाचे आहे. एकाच वेळी अधिक information जतन करणारे measurement observed plasma behaviorची instability growth आणि turbulent energy transfer modelsसोबत तुलना करणे सुलभ करू शकते.

एका प्रयोगापलीकडील संभाव्य महत्त्व

Turbulent plasmasचा अंदाज लावण्याचे व्यापक आव्हान ही research एकटी सोडवत नाही. मात्र अनेक क्षेत्रांवर परिणाम करणाऱ्या measurement bottleneckला ती लक्ष्य करते. Plasma conditions कशा बदलतात आणि त्यांच्यामधून energy कशी प्रवाहित होते हे fusion researchersना समजून घ्यावे लागते. Astrophysical plasma processesमध्येही मोठ्या scale rangesवर instabilities आणि turbulence असतात. Laser–plasma experiments high energy densityमध्ये संबंधित physicsचा अभ्यास करण्यासाठी controlled environments तयार करतात.

त्यामुळे reportमध्ये दावा केलेली मुख्य प्रगती methodological आहे: spatial scales across अधिक माहिती देणारा single, temporally sharp probe तयार करणे. हे technique व्यापकपणे लागू करता आले, तर nominally similar पण पूर्णपणे समान नसलेल्या shotsमधून चित्र उभारण्यावरील अवलंबित्व कमी होऊ शकते.

सध्या, हा परिणाम experimental imaging आणि diagnostics development म्हणून समजणे योग्य ठरेल. laser-produced plasmaची क्षणभंगुर, multiscale structure बदलण्यापूर्वी पाहण्याचा प्रयत्न यात दिसतो—तेही एका X-ray pulse आणि एका cameraच्या साहाय्याने.

हा लेख Phys.orgच्या reportingवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.