“光之刃”: 日本新技术在微小腔室内模拟恒星级磁力

旋转的等离子体产生强大的磁场，无需任何外部磁场启动，其强度就超过500千特斯拉（接近百万特斯拉）。

大阪大学的研究人员开创了一种利用强力激光脉冲和小型金属管产生极强磁场的新方法。

这项新技术可能在空间科学、聚变能源和国防领域带来重大突破。

该技术被称为叶片式微管爆缩（Bladed Microtube Implosion, BMI）。其原理是向一个中空的小型金属圆筒发射超强激光脉冲。

圆筒内部带有微小的叶片状结构，在激光的热量和压力作用下向内坍塌。超热的等离子体在爆缩过程中旋转并产生强大的电流。

旋转的等离子体无需任何外部磁场启动，就产生出强大的磁场，其强度超过500千特斯拉（接近百万特斯拉）。

恒星级磁场

由Masakatsu Murakami教授领导的发现团队表示，这项创新可以让科学家在小得多的实验室中产生这些超高强度的磁场，并且无需任何预先存在的磁场来启动过程。

Murakami教授说：“这种方法为在紧凑空间内创造和研究极端磁场提供了一种强大的新途径。它在实验室等离子体和天体物理宇宙之间架起了一座实验桥梁。”

在传统实验中，研究人员需要先有一个磁场，然后对其进行压缩。而在这个新过程中，磁场是通过爆缩等离子体的涡旋运动从无到有产生的。

该技术形成了一个循环：随着等离子体的旋转，磁场变得更强，这反过来又导致等离子体旋转得更快、更紧密，从而进一步放大磁场强度。

这些发现源于在大阪大学SQUID超级计算机上进行的高级计算机模拟。模拟使用了EPOCH代码，该代码能够模拟粒子在极高速度和温度下的行为。

研究人员还开发了一个数学模型来指导未来的实验。

虽然该实验尚未在现实世界中进行测试，但研究人员相信，利用现有的激光系统，可能很快就能实现。

如果被证明成功，这一突破将具有多个实际应用方向。

应用前景

空间科学：该过程可以模拟磁化恒星和宇宙射流周围的环境，帮助科学家更好地理解这些天体环境如何运作。

能源研究：特别是在激光聚变领域，产生强磁场可以改进诸如质子束快点火（proton-beam fast ignition） 等方法，这些方法需要严格控制高能粒子。

国防领域：该技术可能有助于开发高功率电磁系统，或改进暴露于极端磁场环境下的材料和系统的测试能力。

此外，强磁场在下一代发动机、传感器和屏蔽系统中也至关重要。

这项研究恰逢日本和美国等国家大力推动本土高科技能力发展之际，这些能力包括量子物理、先进推进技术和空间系统。

大阪大学的新方法可能有助于弥合大型国家实验室和较小规模大学实验之间的差距，使更多国家能够使用紧凑装置研究极端物理现象。

尽管仍处于早期阶段，BMI方法有望成为科学和工业领域的重要工具。

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