பிளாஸ்மா பரிசோதனைகளில் மீளுருவாக்கச் சிக்கல் அடிக்கடி உள்ளது: ஆய்வாளர்கள் ஆய்வு செய்ய விரும்பும் நிகழ்வுகள் ஒரு shot-இலிருந்து அடுத்த shot-க்கு கணிசமாக மாறக்கூடும். இதனால் வெவ்வேறு அளவுகளில் தனித்தனி அளவீடுகளை மேற்கொண்டு instabilities மற்றும் turbulence எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதை மறுகட்டமைப்பது கடினமாகிறது. சமீபத்தில் அறிக்கையிடப்பட்ட X-ray அணுகுமுறை, ஒரே அளவீட்டில் பரந்த அளவிலான பிளாஸ்மா கட்டமைப்புகளைப் பதிவு செய்வதன் மூலம் இந்த வரம்பைச் சமாளிக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.
Japan’s National Institute for Fusion Science-உடன் தொடர்புடைய ஆய்வாளர்கள் தலைமையிலான சர்வதேசக் குழு, புதிதாக உருவாக்கப்பட்ட beamstop-free small-angle X-ray scattering முறையை X-ray free-electron laser மற்றும் microscale rod-assembly target உடன் இணைத்தது. அதிக-தீவிர femtosecond laser மூலம் target இயக்கப்பட்ட பின்னர் பிளாஸ்மா உருவாக்க இயக்கவியலைக் கவனிப்பதே இலக்காக இருந்தது.
பிளாஸ்மா கட்டமைப்பை அளவிடுவது ஏன் கடினம்
Fusion research முதல் astrophysics மற்றும் laser–plasma physics வரை பல துறைகளில் பிளாஸ்மாக்கள் காணப்படுகின்றன. இந்த ionized gases-ல் சிறிய இடையூறுகள் instabilities ஆக வளரலாம்; turbulence வெவ்வேறு அளவிலான கட்டமைப்புகளுக்கிடையே ஆற்றலை மாற்றுகிறது. இதன் விளைவாக உருவாகும் அம்சங்கள் மிகச் சிறியவை முதல் மிகப் பெரிய கட்டமைப்புகள் வரை இருக்கலாம்; பிளாஸ்மா வழியாக ஆற்றலும் இயக்கமும் எவ்வாறு மாறுகின்றன என்பதிலும் அவை தாக்கம் செலுத்துகின்றன.
High-energy-density plasmas-ல் இந்தக் கட்டமைப்புகளை ஆய்வு செய்வது குறிப்பாக சவாலானது. Instabilities மிகக் குறுகிய timescales-ல் வளரக்கூடும். எனவே, கருவி high temporal resolution-ஐ வழங்குவதோடு, பரந்த அளவிலான அம்சங்களை வேறுபடுத்த போதுமான spatial reach-ஐயும் கொண்டிருக்க வேண்டும். பரிசோதனையை மீண்டும் செய்வது பிரச்சினையைத் தீர்க்கும் என்றில்லை; நிலைகளில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றங்களே பிளாஸ்மா நிலையை மாற்றக்கூடும்.
அதனால்தான் spatially multiscale, single-shot measurements தேவை என ஆய்வாளர்கள் வலியுறுத்துகின்றனர்: தனித்தனி பரிசோதனைகளிலிருந்து கிடைக்கும் அவதானிப்புகளை இணைப்பதற்குப் பதிலாக, ஒரே நிகழ்வில் பல தொடர்புடைய அளவுகளைப் பதிவு செய்வது.
வழக்கமான மையத் தடையில்லாத scattering முறை
இந்தப் பரிசோதனையில் small-angle X-ray scattering பயன்படுத்தப்பட்டது. X-rays ஒரு target உடன் தொடர்புகொள்ளும்போது உருவாகும் pattern மூலம் கட்டமைப்பை வெளிப்படுத்தக்கூடிய முறை இது. Conventional setups-ல் intense direct beam-ஐத் தடுத்து detector-ஐப் பாதுகாக்க beamstop பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆனால் இந்த மையத் தடை beam direction-க்கு அருகிலுள்ள scattering information-ன் கிடைக்கும் வரம்பைக் குறைக்கலாம்.
அறிக்கையிடப்பட்ட முறை beamstop-free என விவரிக்கப்படுகிறது. வழக்கமான central block-ஐ நம்புவதற்குப் பதிலாக, triangular metal foils-ஆல் செய்யப்பட்ட attenuation filter பயன்படுத்தப்பட்டது. அவற்றின் effective thickness மையத்தை நோக்கி அதிகரிக்கும் வகையில் foils stack செய்யப்பட்டன. பரிசோதனை விளக்கத்தின்படி, stacking position-ஐ மாற்றுவதன் மூலம் attenuation region-ஐ நுணுக்கமாகச் சரிசெய்யலாம்.
ஒரே camera-வில் பல diffraction orders முழுவதும் பரவிய signals-ஐப் பதிவு செய்வதே நடைமுறை இலக்கு. பரிசோதனை schematic-ல் detected signals diffraction order அடிப்படையில் அடையாளப்படுத்தப்படுகின்றன; filter pattern-ன் மையத்திற்கு அருகிலுள்ள high intensity-ஐக் கட்டுப்படுத்துகிறது. ஒரே X-ray pulse-ல் பரந்த spatial scales பற்றிய தகவலுக்கான அணுகலைப் பாதுகாப்பதே இந்த design-ன் நோக்கம்.
இந்தப் பரிசோதனை சேர்ப்பது என்ன
இந்த அணுகுமுறை மூன்று கூறுகளை இணைக்கிறது: X-ray free-electron laser, tailored microscale target மற்றும் beamstop-free scattering system. Free-electron laser ultrashort X-ray probe-ஐ வழங்குகிறது; laser-driven target ஆய்வு செய்யப்படும் பிளாஸ்மாவை உருவாக்குகிறது.
ஒரே plasma shot-ஐ பெரிய reconstructed sequence-ல் ஒரு point-ஆகக் கருதுவதற்குப் பதிலாக, அந்த individual event-இலிருந்து multiscale structural information-ஐப் பெற இந்த முறை முயல்கிறது. Plasma formation-ன் ஆரம்ப கட்டம் வேகமாகவும் experimental variations-க்கு உணர்திறன் உடையதாகவும் இருக்கும் இடங்களில் இது முக்கியமானது.
ஒரே camera மூலம் scales across plasma nanostructures-ஐ capture செய்வதற்கான வழியாக இந்த work-ஐ source விவரிக்கிறது. Experimental plasma research-ல் detector protection, time resolution மற்றும் பல structural scales-ன் coverage ஆகியவற்றுக்கிடையே சமநிலை தேவைப்படுவதால் இந்த framing முக்கியமானது. ஒரே நேரத்தில் அதிக தகவலைப் பாதுகாக்கும் measurement, observed plasma behavior-ஐ instability growth மற்றும் turbulent energy transfer models உடன் ஒப்பிடுவதை எளிதாக்கலாம்.
ஒரே பரிசோதனைக்கு அப்பாற்பட்ட சாத்தியமான முக்கியத்துவம்
Turbulent plasmas-ஐக் கணிக்கும் பரந்த சவாலை இந்த research தனியாகத் தீர்க்கவில்லை. இருப்பினும், பல துறைகளைப் பாதிக்கும் ஒரு measurement bottleneck-ஐ இது குறிவைக்கிறது. Plasma conditions எவ்வாறு மாறுகின்றன, அவற்றின் வழியாக energy எவ்வாறு நகர்கிறது என்பதை fusion researchers புரிந்துகொள்ள வேண்டும். Astrophysical plasma processes-லும் பெரிய scale ranges முழுவதும் instabilities மற்றும் turbulence இடம்பெறுகின்றன. Laser–plasma experiments high energy density-ல் தொடர்புடைய physics-ஐ ஆராய கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சூழல்களை உருவாக்குகின்றன.
எனவே report-ல் கூறப்படும் முக்கிய முன்னேற்றம் methodological ஆகும்: spatial scales முழுவதும் அதிக தகவலை வழங்கும் single, temporally sharp probe-ஐ உருவாக்குவது. இந்த technique பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுமானால், nominally similar ஆனால் முற்றிலும் ஒரே மாதிரி அல்லாத shots-லிருந்து ஒரு படத்தை உருவாக்க வேண்டிய சார்பு குறையலாம்.
தற்போது, இந்த முடிவை experimental imaging மற்றும் diagnostics development எனப் புரிந்துகொள்வதே பொருத்தமானது. laser-produced plasma-வின் fleeting, multiscale structure மாறுவதற்கு முன் அதைக் காணும் முயற்சியை இது காட்டுகிறது—அதுவும் ஒரே X-ray pulse மற்றும் ஒரே camera மூலம்.
இந்தக் கட்டுரை Phys.org-ன் reporting-ஐ அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.
Originally published on phys.org
