Ερευνητικά Νέα

Ανίχνευση πολωμένου υδρογόνου και δευτερίου σε υπερ-υψηλές πυκνότητες μέσω διακροτημάτων μαγνήτισης.

Ερευνητές του ΙΗΔΛ-ΙΤΕ στο εργαστήριο Φασματοσκοπίας Πόλωσης του καθηγητή Πέτρου Ρακιτζή κατάφεραν να παραγάγουν δείγματα υδρογόνου και δευτερίου με πολωμένο πυρηνικό σπιν σε πυκνότητες ρεκόρ 1019 cm-3, κοντά στην ατμοσφαιρική πυκνότητα, που είναι περίπου ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερα από τις συμβατικές μεθόδους. Αυτές οι υπερ-υψηλές πυκνότητες αρκούν για να μετρηθεί για πρώτη φορά το φαινόμενο της πολωμένης σύντηξης με λέιζερ (στις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις λέιζερ στον κόσμο, όπως το NIF και το Megajoule), όπου αναμένεται μια αύξηση του ρυθμού της αντίδρασης κατά 50% για τις αντιδράσεις σύντηξης D-T και D-3He. Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν την παραγωγή πολωμένων πρωτονίων και δευτερίων σε δέσμες υψηλής έντασης και την προετοιμασία πολωμένων μορίων για ενίσχυση σημάτων NMR.

Οι συμβατικές μέθοδοι παραγωγής, που λειτουργούν με συνεχή τρόπο, όπως το Stern-Gerlach και η οπτική άντληση περιορίζονται σε πυκνότητες της τάξης του 1012 cm-3 λόγω των υψηλών ρυθμών αποπόλωσης. Η νέα μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε από τους ερευνητές του ΙΗΔΛ δουλεύει σχεδόν στιγμιαία πριν υπάρξει χρόνος για αποπόλωση, μέσω της φωτοδιάσπασης μορίων υδρογόνων με παλμούς υπεριώδους λέιζερ διάρκειας 150 ps. Οι χρόνοι ζωής των πολωμένων υδρογόνων και δευτερίων είναι μόλις 10 ns, ωστόσο αυτοί οι χρόνοι είναι υπεραρκετοί για πειράματα τύπου pump-probe όπως τα πειράματα σύντηξης λέιζερ.    

Η ταχύτατη παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων πολωμένων ατόμων δημιουργεί μια χρονοεξαρτώμενη μαγνήτιση που μπορεί να ανιχνευτεί χρησιμοποιώντας ένα απλό πηνίο μέσω της Ηλεκτρεγερτικής Δύναμης (ΗΕΔ). Αυτή η ΗΕΔ (εικόνα) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρηθεί ο αριθμός των πολωμένων ατόμων και ο χρόνος ζωής τους. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο ανίχνευσης, τα μέλη του εργαστηρίου Φασματοσκοπίας Πόλωσης στο ΙΗΔΛ-ΙΤΕ παρουσιάσανε την παραγωγή πολωμένων ατόμων υδρογόνου και δευτερίου σε πυκνότητες 1019 cm-3 και τις αντίστοιχες συχνότητες μεταφοράς της πόλωσης από τα ηλεκτρόνια στους πυρήνες και πίσω. 

Επιστημονικό άρθρο: "Ultrahigh-Density Spin-Polarized H and D Observed via Magnetization Quantum Beats​", by D. Sofikitis, C. S. Kannis, G. K. Boulogiannis, and T. P. Rakitzis, Phys. Rev. Lett. 121, 083001 (22 August 2018)

Εικόνα: Διακροτήματα μαγνήτισης σε άτομα του α) δευτερίου και β) του υδρογόνου. Τα ένθετα δείχνουν τους μετασχηματισμούς Fourier των σημάτων στις συχνότητες της υπέρλεπτης αλληλεπίδρασης  για το υδρογόνο και το δευτέριο αντίστοιχα.

 

Οκτώβριος 2018

Σελίδες

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - TK 70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301