Plazma, iyonize gaz olarak maddenin dördüncü hali ve evrendeki sıradan maddenin yüzde 99’undan fazlasını oluşturuyor. Özelliklerinin anlaşılması; füzyon enerji kaynaklarının geliştirilmesi, yıldız benzeri astrofiziksel süreçlerin modellenmesi ve modern cep telefonlarında kullanılan yarı iletken üretim tekniklerinin iyileştirilmesi açısından kritik görülüyor. Ne var ki yüksek yoğunluklu plazmaların iç dinamikleri saniyenin trilyonda birinde gerçekleşen olaylar ve karmaşık, öngörülemez davranışlar nedeniyle ölçüm açısından büyük zorluk çıkarıyor.
ZAMAN ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ ARTIYOR
LLNL araştırmacıları, Tek Atışlı Gelişmiş Plazma Probu Holografik Yeniden Yapılandırma (SAPPHIRE) adını verdikleri yeni bir tanılama tekniğiyle, tek bir lazer atışıyla plazmanın zaman ve mekandaki evrimini eşzamanlı yakaladı. Ekip, plazmaların doğası gereği dengesiz ve atıştan atışa değişken olduğunu; bu yüzden farklı lazer atışlarından toplanan bilgilerin birleştirilmesinin ciddi hatalara yol açabildiğini belirterek, tüm bilgiyi aynı anda, tek çekimde toplamanın önemine vurgu yaptı.
CİVILTILI DARBE TEKNİĞİ
SAPPHIRE’ın merkezinde, tayfsal bileşenleri zamana yayılmış özel bir lazer darbesi yani ‘cıvıltı’ (chirp) bulunuyor. Bu çalışmada kullanılan negatif cıvıltıda, daha kısa dalga boylu mavi bileşenler önce, daha uzun dalga boylu kırmızı bileşenler ise sonra ilerliyor. Lazer ışınının üst yarısı plazmadan geçerken kırılıp bükülüyor; alt yarısı referans olarak bükülmeden kalıyor. Plazmanın çıkışında SAPPHIRE düzeni, bu iki yarıyı ayırıp yeniden birleştiriyor ve her dalga boyu (dolayısıyla her zaman damgası) için benzersiz bir girişim deseni üretiyor. Matematiksel yeniden yapılandırma ile bu desen, plazmadaki elektron yoğunluğu haritasına dönüştürülerek, zaman içinde ayrıntılı bir “plazma filmi” elde ediliyor.
SANIYEDE 100 MİLYAR KARE
Ekip, yöntemin saniyede 100 milyar kare eşdeğerinde zaman çözünürlüğü sunduğunu; bu sayede daha önce imkansız kabul edilen ultra hızlı dinamiklerin görüntülenebildiğini aktardı. LLNL’de başyazar olarak çalışmayı yürüten Liz Grace’in değerlendirmesine göre, mevcut yüksek enerjili lazer deneylerinde tipik olarak atış başına tek görüntü alınabiliyor; SAPPHIRE ise tek çekimde çoklu zaman damgası sağlayarak hem kelebek etkisi kaynaklı sapmaları azaltıyor hem de atışlar arası değişkenliğin doğurduğu birleşik hata paylarını düşürüyor.
GENİŞ UYGULAMA ALANI
Araştırma ekibi SAPPHIRE’ı helyum–azot gaz jetleri üzerinde sınadı; ancak yöntemin darbeli güç (pulsed power), dalga kılavuzları, plazma optikleri, lazer tabanlı parçacık hızlandırıcıları ve benzeri ortamlarda, lazere yarı saydam zamanla değişen düşük yoğunluklu plazma profillerini ölçmek için de uygulanabileceği kaydedildi. Ekip, özellikle Z-pinch plazmaları gibi füzyon odaklı sistemlerde tanılamanın büyük fayda sağlayabileceğini; makalede, yöntemi farklı laboratuvarların kolayca kurup uygulayabilmesi için ayrıntılı bir kullanım kılavuzu sunduklarını belirtti.
FÜZYONDAN ÇİPE KÖPRÜ
SAPPHIRE’ın tek atışta çok zaman damgalı veri sağlayan yapısı, hem füzyon tanılamaları hem de yarı iletken üretiminde süreç kontrolü açısından yeni olanaklar yaratıyor. Yöntem; enerji üretimi, astrofiziksel modelleme ve ileri imalat gibi alanlarda plazmanın hızlı evrimini doğrudan izleme imkanı vererek, deney–kuram eşleşmesini güçlendirmeyi hedefliyor.
