Wereldrecord krachtigste laserbundel opnieuw verbroken

Amerikaanse wetenschappers zijn er wederom in geslaagd om de krachtigste laserbundel ooit te produceren. Zij slaagden erin om een korte puls te produceren met een piekvermogen van 1 petawatt. Dit moet helpen bij onderzoek naar kernfusie.

De wetenschappers, werkzaam bij de onderzoeksgroep Berkeley Lab Laser Accelerator, claimen met hun lasersysteem elke seconde één puls van 40 femtoseconden te kunnen afvuren met een piekvermogen van 1 petawatt, oftewel 10¹⁵ watt. Het vermogen is daarmee twee keer zo hoog als de vorige krachtigste laserbundel ooit: dat record stond op 500 terawatt, oftewel 0,5 petawatt. Vanwege de pulsfrequentie van 1Hz is het lasersysteem geschikt voor verschillende natuurkundige experimenten, aldus de onderzoekers.

Het voorgaande record, dat eerder deze maand werd behaald door wetenschappers van de National Ignition Facility, verbruikte echter wel een hoop meer energie. De meest krachtige bundel had een energieniveau van 1,89 megajoule, wat de hoogste energie ooit voor een laserstraal is. Omdat de piekbelasting van 1 petawatt bij de door Berkeley Lab Laser Accelerator afgevuurde bundel slechts ongeveer 40 femtoseconden duurde kwam het totaal aan gebruikte energie uit op slechts 42,4 joule. Overigens zijn beide onderzoeksgroepen onderdeel van Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië.

Het is onduidelijk of het mogelijk is om een bundel met een langere tijdsduur te produceren op een vermogen van 1 petawatt, maar de energievoorziening zou dit waarschijnlijk niet lang aankunnen: 1 petawatt is 2000 keer zoveel als dat er op een gemiddeld moment aan vermogen in de gehele Verenigde Staten wordt gevraagd.

Dergelijk krachtige laserbundels moeten wetenschappers onder andere helpen bij onderzoek naar kernfusie. Dit zou in de toekomst gebruikt kunnen worden voor het opwekken van elektriciteit, omdat er veel energie bij vrij komt. Omdat er echter ook veel energie in gestopt moet worden om de reactie op gang te brengen, is kernfusie met als doel om elektriciteit op te wekken nog niet succesvol gebleken. Sterren maken gebruik van kernfusie om helium, en soms ook zwaardere elementen, te maken uit waterstof.

Reacties (54)

[trogdor]

Hm, ik kom met wat gecalculeer uit op een spatiale puls lengte van slechts 12 micrometer uit.
Wat een klein pulsje. Uitzonderlijk geconcentreerd dus.

c = 3 * 10^8 m/s
40 femto seconden = 4*10^-14 s
vermenigvuldig dat = 12 * 10^-6 m

[Ewald !]

Dergelijk krachtige laserbundels moeten wetenschappers onder andere helpen bij onderzoek naar kernfusie. Dit zou in de toekomst gebruikt kunnen worden voor het opwekken van elektriciteit, omdat er veel energie bij vrij komt.

[usabash]En wat nou als ze het gaan gebruiken voor militaire doeleinden en de productie van massa vernietigingswapens[/usabash]

[dbonline]

Technisch gezien is een atoombom goedkoper en effectiever voor militaire doeleinden. Een laserpuls van een fractie van een seconde op een paar vierkante milimeter met een verbruik van een wereldbevolking is niet echt haalbaar voor oorlogsvoering.

De manier om meer energie op te wekken is door lichte atomen te beschieten met zulke puls waardoor een fusie gestart wordt van die lichte atomen naar zwaardere atomen. Bij deze fusie komt meer energie vrij dan de pulsen nodig hebben om het plasma van fuserende atomen op gang te houden. Dit plasma (net zoals de zon) is onnoemelijk heet en wordt doormiddel van magnetisme in het midden van een "oneindige tunnel", een torus-vorum (donut) gehouden, waardoor het plasma geen raakoppervlak heeft. De gassen rond het plasma transporteren de vrijgekomen warmte naar de randen van de tunnel, waarrond spiraalvormige buizen liggen gevuld met water die doormiddel van deze warmte aan de kook wordt gebracht en zo turbines aandrijven, waarna ze opnieuw gekoeld worden.

Momenteel moeten we nog steeds meer energie in het proces steken omdat we er nog niet in geslaagd zijn het plasma langer dan enkele seconden te activeren. Lukt dit uiteindelijk wel kunnen we energie beginnen aftappen en het rendement verhogen. Het voordeel hiervan is dat er geen radioactieve stoffen gebruikt worden, een inert gas (helium) als afvalproduct is dat tevens hergebruikt kan worden en dat het fusieproces onmiddellijk stilvalt van zodra de energietoevoer stopt, en aldus relatief ongevaarlijk voor explosies. Tijdens het fusieproces is er uiteraard heel veel energie, druk en warmte in de reactor, maar stel dat daarin iets misgaat en de reactor overhit, begeeft het en explodeert, dan is de reactor vernietigd, maar is er geen kettingreactie gestart en geen gevaarlijk debris dat verspreid wordt.

Dus: Kernfusie is de toekomst voor onze energienoden ipv wind en zon en zulke lasers zijn in staat om de benodigde energie te leveren om de fusie te starten.

[robvanwijk]

Voor de volledigheid:
Deze laser is ook totaal onzinnig als "ingrediënt" van een kernfusiebom; bestaande waterstombommen brengen hun fusie-proces op gang met als een "startmotor" een "gewone" (splijtings) kernbom. Die techniek bestaat al, werkt en past in een vliegtuigbom en op een kruisraket. Ik kan geen reden bedenken om over te stappen op een lasersysteem als dit als ontsteker van fusiebommen.
Ook voor het uit de lucht schieten van raketten is deze laser niet geschikt; daarvoor heb je niets aan een extreem hoog piekvermogen; een (hoog) continu vermogen is veel nuttiger.

Ik zie niet in hoe je dit apparaat als wapentuig in zou kunnen zetten.

[Verwijderd]

Die techniek bestaat al, werkt en past in een vliegtuigbom en op een kruisraket.

Er zijn zelfs "tactische" kernwapens die in een artillerie granaat passen. Het zijn maar kleintjes, maar je wilt niet in de buurt staan.

Overigens,

Sterren maken gebruik van kernfusie om helium, en soms ook zwaardere elementen, te maken uit waterstof.

Dat klopt, en een leuk weetje is dat je lichaam, alles wat je aan kunt raken, dus gevormd is in sterren.Er is nog geen proces bekend waarbij bijvoorbeeld koolstof ontstaat zonder de hulp van een ster.
We zijn dus sterrekinderen.

[BORA2500ETX]

Tja, de reactie zelf heeft geen afvalstoffen, maar rond de reactor zijn er wel degelijk een hoop vervuilende stoffen nodig.
De platen van de reactor zelf bijvoorbeeld staan bloot aan neutronenstraling, waardoor deze besmet worden en ook schadelijk zijn voor de omgeving.
Hier staat een korte omschrijving van de 'hot cell' in ITER die met deze materialen moet omgaan.

[Reactie gewijzigd door BORA2500ETX op 23 juli 2024 19:19]

[TunefulDJ_Mike]

dat gaat auw doen denk niet een tank tegen zulk geweld op gaat kunnen, brand je waarschijnlijk dwars door heen. En in principe zouden dit heel goed als lucht afweergeschut wapens worden ingezet zijn aangezien ze met de snelheid van het licht schieten ben je met je straaljager altijd de lul.

[[Remmes]]

stomme vraag natuurlijk, maar wat als je lichaam geraakt word door dit soort laser, wat gebeurd er precies? krijgt het je lichaam aan de kook en verdamp je?

[playermijp]

Ik denk dat er niet veel meer van je gaat overblijven. De laser zal je lichaam onmiddellijk doen verbranden en, ja, wat er dan mee gebeurd weet ik niet.

[Verwijderd]

Dat zou je zeggen, maar dat valt dus best wel mee.

Op de universiteit Twente zijn wat proefjes gedaan met random objecten met lasers beschieten, een van die random objecten was een glas bier. Hoewel de laser sterk genoeg is om door beton heen te "branden" merk je er niets van bij het bier (het is na afloop opgedronken).

Het hele kleine beetje vloeistof dat in de straal zit zal verdampen, maar omdat het vaak extreem geconcentreerd wordt is dat maar een heel klein beetje.

Wat het vreemde aan deze getallen is, is dat het enerzijds heel grote hoeveelheden zijn (vermogen), maar anderzijds weer heel klein (tijdsduur).

Het enige wat echt gevaarlijk is, is met een laser in je ogen schijnen... dat merk je namelijk wél (en dan is 1 a 2 watt al voldoende om erg vervelende dingen te doen, getuige Youtube filmpjes met DVD-speler-lasers).

[deadinspace]

stomme vraag natuurlijk, maar wat als je lichaam geraakt word door dit soort laser, wat gebeurd er precies?

Niet zo heel veel.

Het vermogen van deze laser is heel erg hoog, maar de puls is ook heel erg kort. Daardoor is de totale hoeveelheid energie per puls alsnog vrij klein. Het artikel heeft het over 42,4 joule, dat is ongeveer evenveel energie als de warmte die een 40 Watt gloeilamp in één seconde uitstraalt. En met die energie verdamp je echt geen mens

Wat ik zou verwachten: hoogstens een brand/schroeiplekje ter grootte van een speldenkop, maar waarschijnlijk nog niet eens dat.

[gertm]

De laserstraal is natuurlijk ook wel enorm geconcentreerd. De bedoeling van het experiment is uiteindelijk om waterstofatomen te raken - dus lijkt het me veilig om te veronderstellen dat de volledige 42 Joule door 1 enkele huidcel opgenomen zal worden. Dat gaat die cel niet leuk vinden !

[BaT]

Klinkt allemaal erg interessant, hopenlijk helpt het idd het onderzoek naar kernfusie. Daarnaast is het leuk om te zien dat "Nederland" ook weer een steentje aan dit soort ontwikkelingen bijdraagt, tenminste: ik zie allemaal Thales logo's op de bovenstaande foto.

[Config]

Thales is Frans

[laserdesign]

THALES is a holding company incorporated under the French law in the form of a société anonyme
with a capital of 606,985,371 euros.
Its registered office is located at 45, rue de Villiers - 92200 Neuilly-sur-Seine Cedex.
France

[RRRobert]

Klinkt allemaal erg interessant, hopenlijk helpt het idd het onderzoek naar kernfusie. Daarnaast is het leuk om te zien dat "Nederland" ook weer een steentje aan dit soort ontwikkelingen bijdraagt, tenminste: ik zie allemaal Thales logo's op de bovenstaande foto.

Ik denk dat die Nederlandse inbreng een positief neveneffect is van de expertise die veel bedrijven -in het kielzog grote jongens als ASML- op het gebied van semi-conductor, optica en fotovoltaïsche technologieën hebben opgebouwd.

[koraks243]

Zoals gezegd is Thales een Frans bedrijf. Thales Nederland is daar een onderdeel van en richt zich primair op radarsystemen. 'Vroeger' heette het Hollandse Signaalapparaten en in een grijs verleden (net na de oorlog) is het onderdeel geweest van Philips. Het is vele decennia ouder dan ASML; je zou eerder kunnen stellen dat delen van de leveranciersketen van ASML bestaan bij de gratie van bedrijven als Hollandse Signaalapparaten...en vooral Philips.

Voorzover ik kan overzien, heeft Thales Nederland niets van doen met deze lasertechnologie.

[gp500]

Deze lasers zijn een idee als starters van fusie. maar de kennis en ontwikkeling zal zeker voor meer gebruikt kunnen worden.

[smitae]

Klopt een klein beetje, ooit was hollandse signaal apparaten dus nederlands, ook nog deels van philips gweest.
Maar is nu dus onderdeel van de Thales group en die is idd Frans.

[TvdW]

Even leuk ter referentie: 40 femtoseconden * 1 terawatt = 0.04 joules

-edit-
Dankzij een fout in het bovenstaande artikel even een correctie: het moet dus 1 petawatt zijn, waardoor het (zoals het artikel al vermeldde) dus 42,4 joule moet zijn, en dit dus een nutteloze fipo is geworden

-edit2-
Tweede leuk feitje voor referentie: 42,2 joule = 0.01 kcal. 1x je avondeten (laten we zeggen 600 kcal) levert dus ongeveer genoeg energie voor 60000 (!) van deze pulsen.

[Reactie gewijzigd door TvdW op 23 juli 2024 19:19]

[Verwijderd]

Petawatt is een maat voor energie per tijdseenheid. Hoewel de duur van een enkele puls zeer kort is, heb je in die puls nog wel die enorme hoeveelheid energie. Zon laser wil je niet tegen je buik krijgen, terwijl een broodje kaas met veel meer caloriën aldus jouw berekening prima door je maag verwerkt wordt.

Wat ik wil zeggen, of vragen, eigenlijk, is het wel een relevante berekening die TvdW opvoert? mag je er op deze manier naar kijken, lever dit praktische informatie op?

[TvdW]

Ik kan me goed voorstellen dat dat zelfs nog wel meevalt met zo'n laser tegen je buik. Het boort echt niet helemaal door je heen, want het blijft maar 42 J Het doodt uiteraard wat huidcellen, misschien houd je er een klein rood plekje aan over alsof je daar verbrand bent, maar je gaat er echt niet dood aan

[dasiro]

al een geluk dat het maar een puls van 1Hz is, dat je maar 1x geraakt wordt. Moest het er eentje van 1Khz zijn, dan was dat rood plekje op je buik een mooi cirkeltje op je rug (met bloed dat er uit spuit en al je inwendige organen die geperforeerd zijn)

[smartsys]

Ik denk dat er niets uit spuit. Er verdampt een deel van je lichaam en langs de randen is alles mooi dicht geschroeit.

[Olaf van der Spek]

Is een puls van 42 J zo bijzonder?

[Jasper Janssen]

Nee. Een puls van tig megajoule zoals die andere, dat is *wel* bijzonder.

[bbr]

Zelfde principe als stroom dus?

Volts omhoog, Ampère omlaag.
Geeft een leuk effect.

[wouzke]

Als het vermogen hetzelfde blijft idd

[blorf]

Sterren maken gebruik van kernfusie om helium, en soms ook zwaardere elementen, te maken uit waterstof.

Alsof ze die elementen nodig hebben. Volgens mij gebeurt het gewoon door omstandigheden, waarschijnlijk de hoge druk in de kern door de massa van de ster.

[Reactie gewijzigd door blorf op 23 juli 2024 19:19]

[dbonline]

Het gaat hen niet om de elementen, maar om de energie die vrijkomt bij het omvormen van elementen. Waterstof en helium zijn 'lichte' elementen en schillen slechts 1 proton en elektron en fuseren daarom makkelijker.

[Peatsmoke]

Is er en wedstrijd gaande? Opvallend dat en degelijke proef 'toevallig' in één maand twee keer gedaan wordt en een verbetering van het vorige record oplevert.

[Verwijderd]

De onderzoekers hebben waarschijnlijk geld nodig en maken daarom reclame ...

[TheDukemaster]

En voor economische groei en dus meer geld heb je ontwikkeling nodig. Kwestie van wat komt eerder, het kip of het ei.

[koraks243]

Ehm, nee. Dit soort records levert niet direct geld op. De echte prijs is de technologie die ermee ontwikkeld wordt, in dit geval (onder andere) fusietechnologie t.b.v. energieopwekking. Ik hoef je niet uit te leggen dat de energiemarkt een grote financiële waarde vertegenwoordigd. Zo'n record is bijzaak; het is een noodzakelijke stap in de ontwikkeling van een technologie die economisch relevant is.

[totaalgeenhard]

Sterren maken gebruik van kernfusie om helium, en soms ook zwaardere elementen, te maken uit waterstof.

Als of sterren een bewustzijn hebben..... Het is "stom toeval" dat bestaat... tenzij je denkt dat er hogere machten zijn die wel BEWUST dat proces opgang hebben gebracht.... (maar waarom moeilijk zo moeilijk doen? Nut & noodzaak?)

[Verwijderd]

Volgens mij denk je iets té ver door

[Verwijderd]

Kan je er nu al mee op de maan schijnen ?

[3dfx]

Dat kan toch al heel lang?

http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/ApolloLaser.html

The first laser ranging retroreflector was positioned on the Moon in 1969 by the Apollo 11 astronauts.

[Verwijderd]

Ik heb de eer gehad om bij een lezing van Armstrong te zijn waarin hij het daadwerkelijk plaatsen van die spiegels beschreef. Ik kreeg niet echt de indruk dat ze toen wisten dat we die spiegels nu nog zouden gebruiken.
Het was volgens hem een van de low-techste dingen die ze moesten uitvoeren, maar ook een van de meest waardevolle, en de moeilijkste om te plaatsen.

[SnowLeopard]

Thales is toch frans?

[Amanoo]

Ja