Лазер создает миниатюрную магнитосферу
Магнитные пересоединения в лазерной плазме были изучены для понимания микроскопической динамики электронов, которая применима к космическим и астрофизическим явлениям. Исследователи Университета Осаки в сотрудничестве с исследователями из Национального института термоядерной науки и других университетов сообщили о прямых измерениях исходящих потоков чистых электронов, имеющих отношение к магнитному пересоединению, с использованием мощного лазера Gekko XII в Институте лазерной инженерии, Осака. Университет в Японии. Их выводы опубликованы в Scientific Reports.
(а) Схема эксперимента. При облучении пластиковой мишени лазером Gekko XII поток плазмы генерируется в присутствии слабого магнитного поля. Слабое магнитное поле искажается динамическим давлением потока плазмы и создается антипараллельная магнитная конфигурация. (b) На вставке схематично показано, что вытянутое магнитное поле пересоединяется и высвобождает энергию магнитного поля по мере того, как пересоединение истекает. Истечение чистых электронов было впервые измерено с помощью CTS в лазерной плазме. Авторы и права: 2022 г. К. Сакаи и др. Прямые наблюдения чистого оттока электронов при магнитном пересоединении. Кредит: Научные отчеты
Магнитное пересоединение является фундаментальным процессом во многих космических и астрофизических явлениях, таких как солнечные вспышки и магнитные суббури, когда магнитная энергия высвобождается в виде энергии плазмы. Известно, что электронная динамика играет существенную роль в пусковом механизме магнитного пересоединения. Однако было очень сложно наблюдать крошечные явления электронного масштаба в огромной Вселенной.
Таким образом, исследователи создали только ситуационные электроны, непосредственно связанные с магнитными полями в лазерной плазме. Так называемая лабораторная астрофизика позволяет получить доступ к миниатюрной Вселенной.
«В космической плазме ключевые игроки иногда прячутся в мелком масштабе. Очень трудно увидеть их действия в крупномасштабных космических явлениях, даже с помощью передового численного моделирования », — объясняет автор исследования Тосео Моритака. «Теперь лазерные эксперименты могут организовать новый этап, чтобы пролить свет на их действия. Результаты объединят различные наблюдения и симуляции с макроскопической и микроскопической точек зрения».
Используя измерения коллективного томсоновского рассеяния, чистый поток электронов, связанный с магнитным пересоединением в электронном масштабе, был впервые измерен в плазме, созданной лазером.
«Результаты этого исследования применимы не только к космической и астрофизической плазме, но и к магнитному движению космических кораблей, а также к термоядерной плазме», — объясняет ведущий автор исследования Ясухиро Курамицу.
«Микроскопическая динамика электронов управляет макроскопическими явлениями, такими как магнитные пересоединения и бесстолкновительные удары. Это уникальное и универсальное свойство плазмы, которое не наблюдается в обычном газе и жидкости. Теперь мы можем решить это в лабораториях путем прямых локальных измерений плазмы и магнитное поле. Мы будем решать давние открытые проблемы во Вселенной, моделируя их в лабораториях. Знание природы плазмы может привести нас к реализации, например, термоядерной плазмы».
