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Erstellung von Beugungsgittern für den leistungsstärksten Laser der Welt

20.09.2022

Forscher des Livermore National Laboratory Lawrence (LLNL) und Kollegen haben neue Beugungsgitter zum Komprimieren hochenergetischer Laserpulse im weltweit leistungsstärksten Lasersystem entworfen und gebaut. Das neue Design wird es ermöglichen, 10 PW Energie (1016 W) in einem Impuls zu übertragen. Das ist etwa das Zehnfache der Gesamtkapazität des US-Stromnetzes, die für viele Wissenschaftsbereiche notwendig ist.

Vier HELD-Beugungsgitter (High Energy Low Dispersion Gratings) mit Abmessungen von 85? Jeweils 70 cm werden im Lasersystem ELI-Beamlines L4-ATON in Tschechien verbaut. Solche metergroßen HELD-Gitter könnten möglicherweise zur Schaffung zukünftiger ultraschneller Lasersysteme mit einer Leistung von 20 bis 50 PW beitragen.

In einem Lasersystem werden Beugungsgitter verwendet, um breitbandige Laserpulse aufzuweiten und dann zu komprimieren. Die Chirp-Pulse-Amplification-Methode (CPA) wurde 1985 von den Physikern Gerard Albert Mourou und Donna Strickland vorgeschlagen, wofür sie 2018 den Nobelpreis für Physik erhielten. Derzeit ist das CPA-Verfahren das einzige, um einen Laserpuls im Petawatt-Bereich zu erhalten.

Dank der neuen Beugungsgitter wird die L4-ATON-Anlage in der Lage sein, 1,5 kJ Energie in Impulsen mit einer Dauer von 150 fs (Femtosekunden, 10-15 s) zu erzeugen, was der Übertragung einer beispiellosen Leistung von 10 entspricht PW mit einer Wiederholrate von einem Impuls pro Minute. Das Erreichen solcher Energien wird die Tür zu revolutionärer Forschung in Bereichen wie Plasma- und Hochenergiedichtephysik, Astrophysik, Laserteilchenbeschleunigung, fortschrittliche medizinische Diagnostik, industrielle Verarbeitungstechnologien und den Nachweis von Nuklearmaterialien öffnen.

Im Vergleich zu modernen NIF-ARC-Arrays bieten HELD-Arrays eine 3,4-mal höhere Energiedichte. Sie sind groß genug, effizient und stark genug, um der hohen Energiedichte von Laserpulsen standzuhalten. Zeitliche Streckung und spektrale Laser-"Schuss"-Beugungsgitter verringern die Energiebelastung des verstärkenden optischen Systems und schützen es vor Beschädigung. Nach der Verstärkung wird der Laserpuls wieder komprimiert und erreicht so die höchsten Energien, ohne den optischen Verstärkungskanal zu schädigen.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

Die Quantenmechanik überrascht uns immer wieder mit ihren mysteriösen Phänomenen und unerwarteten Entdeckungen. Kürzlich stellten Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing und Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam eine neue Entdeckung vor, die sich mit der Quantenverschränkung und ihrem Zusammenhang mit der Entropie befasst. Quantenverschränkung spielt eine wichtige Rolle in der modernen Quanteninformationswissenschaft und -technologie. Aufgrund der Komplexität seiner Struktur ist es jedoch schwierig, es zu verstehen und zu verwalten. Die Entdeckung von Regulus und Lamy zeigt, dass die Quantenverschränkung einer Entropieregel folgt, die der für klassische Systeme ähnelt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quanteninformationswissenschaft und -technologie und vertieft unser Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer Verbindung zur Thermodynamik. Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit der Reversibilität von Verschränkungstransformationen hin, was ihre Verwendung in verschiedenen Quantentechnologien erheblich vereinfachen könnte. Eine neue Regel öffnen ... >>

Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Neuronen bewerten den Nutzen einer Gewohnheit 03.09.2015

Eine Gewohnheit ist eine tief verwurzelte Verhaltensform, die unabhängig von unserem Bewusstsein funktioniert: Ohne Zögern finden wir morgens den Weg in die Küche und steigen automatisch in das Transportmittel oder ins Auto ein. Es wird angenommen, dass gewohnheitsmäßige Handlungen dazu beitragen, das Gehirn von der Routine zu entlasten und es ihm ermöglichen, etwas Wichtigeres zu tun – genauer gesagt nicht das gesamte Gehirn, sondern den präfrontalen Kortex, unser wichtigstes analytisches Zentrum, das für höhere kognitive Funktionen verantwortlich ist. Die Gewohnheit selbst geht in subkortikale Strukturen über, die als Basalganglien bezeichnet werden. (Beachten Sie, dass wir jetzt über harmlose Verhaltensrituale sprechen und nicht über Abhängigkeiten von Alkohol, Nikotin usw.)

Die Gruppe von Ann Graybiel am Massachusetts Institute of Technology untersucht seit Jahren die neuronalen Mechanismen der Gewohnheit. Vor einiger Zeit konnten sie zeigen, dass das Schema von Routinehandlungen nicht nur in den subkortikalen Regionen, sondern auch im präfrontalen Kortex gespeichert ist, und gerade dank des Kortex können Verhaltensrituale wiederhergestellt werden, auch wenn es scheint dass sie bereits völlig vergessen sind. Was ihr Aussehen betrifft, so konnte hier herausgefunden werden, dass Verhaltensautomatismen im sogenannten Striatum oder Striatum geboren werden, das genau zu den subkortikalen Basalganglien gehört. Darüber hinaus geht dies mit Veränderungen elektrischer Rhythmen einher: Gamma-Wellen, die bei der Entwicklung neuer Informationen entstehen, werden bei der Verfestigung des Materials durch Beta-Wellen ersetzt.

Experimente mit Affen haben gezeigt, dass etwa 1 striatale Neuronen aktiv an der Bildung von Gewohnheiten beteiligt sind. Tiere betrachteten ein Punktmuster auf dem Bildschirm, und wenn es einen speziellen, hervorgehobenen Punkt gab, erhielten sie eine Portion leckeren Saft. Stolperte das Auge genau auf den (zufällig programmierten) Punkt, änderte sich dessen Farbe – das bedeutete, dass bald der Leckerbissen erscheinen würde. Mit der Zeit begannen die Augen der Tiere, den gewohnten Weg zu wiederholen - die Affen führten aus Gewohnheit die erlernte Aktion aus, in der Hoffnung, dass dort wieder ein Leckerli-Zeichen auftauchte.

Durch die gleichzeitige Beobachtung der Aktivität von Nervenzellen stellten die Forscher fest, dass die Bildung von Routineverhalten von charakteristischen neuronalen Signalen begleitet wird, als ob sie den Beginn und das Ende des aufgezeichneten Programms anzeigen würden. Sie interessierten sich besonders für das zweite, letzte Signal. Zuerst erschien es in verschiedenen Zeiträumen, konzentrierte sich dann aber auf das 400-Millisekunden-Intervall, das den Blick auf den „Belohnungs“ -Punkt von der Belohnung selbst trennte. Mit der allmählichen Festigung der Gewohnheit, also mit jeder wiederholten Handlung, wurde die Aktivität der Nervenzellen im Zeitfenster immer stärker.

Eine solche Korrelation legte nahe, dass die letzte neuronale Aktivität dazu dient, die repetitive Aktion zu verstärken, dass hier die abschließende Analyse stattfindet, ob es sich lohnt, ein neues Verhaltensritual zu assimilieren oder nicht. Tatsächlich stellte sich heraus, dass das Design des Endsignals von Bedingungen wie der Zeit, die für Aussichtspunkte aufgewendet wurde, und der Qualität der Belohnung abhing. Je weniger Zeit es zum Beispiel dauerte, den Bildschirm mit dem Muster mit den Augen abzutasten, desto klarer und stärker war das endgültige Signal. Außerdem reagierten einige Neuronen nur auf die Zeit, die für die Suche nach dem gewünschten Punkt aufgewendet wurde, andere nur auf die Belohnung, und wieder andere berücksichtigten beide Parameter.

Mit anderen Worten, jede Gewohnheit hat ihren Preis, und es gibt ein spezielles System im Gehirn, das die Vorteile der Verstärkung eines bestimmten Verhaltensmusters mit den Kosten vergleicht, die ein neues Ritual erfordert. Und die Gewohnheit wird sich bilden für den Fall, dass der Nutzen daraus den Zeit- und Arbeitsaufwand mehr als deckt. Natürlich ist der Vergleich nicht immer angemessen, und offensichtlich sind viele neuropsychiatrische Störungen, die durch zwanghaftes Verhalten gekennzeichnet sind, gerade mit einer falschen Einschätzung der Vor- und Nachteile einer Art automatischer Handlungen verbunden.

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