據(jù)稱，密歇根大學(xué)的3千萬億瓦特宙斯（ZEUS）激光設(shè)備將使美國重新成為高功率激光設(shè)備的一大焦點，美國國家科學(xué)基金會（NSF）授予了1850萬美元，將其作為聯(lián)邦政府資助的國際用戶設(shè)備。該機構(gòu)預(yù)計，宙斯（ZEUS）將在2022年初開始它的第一次實驗。

超快光學(xué)科學(xué)中心(Center for Ultrafast Optical Science)主任卡爾·克魯舍爾尼克(Karl Krushelnick)說:“我們真的很期待這個新設(shè)備，它將使令人興奮的實驗成為可能。”ZEUS的建造工作在該中心幾乎已經(jīng)完成。

美國在1996年建造了世界上第一個十億瓦激光器，但還沒有趕上世界其他地方正在建造的更雄心勃勃的系統(tǒng)。其中包括歐洲的2臺10-petawatt激光器和中國的5.3-petawatt激光器，中國也計劃制造100-petawatt激光器。雖然新的激光器沒有那么多的原始功率，但它的方法模擬的激光功率大約是3萬億瓦的100萬倍。

ZEUS將主要用于研究極端等離子體——即電子從原子中掙脫出來，形成帶電氣體的物質(zhì)狀態(tài)。

該設(shè)施的實驗有望有助于理解宇宙如何在亞原子水平上運行，黑洞如何產(chǎn)生噴流等天體物理現(xiàn)象，以及物質(zhì)如何在極快的時間尺度上變化，以及用于醫(yī)學(xué)成像和治療的更小、更高效的粒子加速器的發(fā)展。

ZEUS建造項目經(jīng)理Franko Bayer說:“與花費數(shù)十億美元建造的大規(guī)模粒子加速器相比，使用‘桌面’激光技術(shù)制造的極端等離子體為物理學(xué)基礎(chǔ)研究提供了一種成本更低的替代方案。”“我們非常高興，因為這項支持使美國等離子科學(xué)界和密歇根大學(xué)的我們能夠制定長期的研究計劃。”

首先，三個目標地區(qū)中的一個將以半千瓦時(峰值功率的六分之一)進行試驗。這種激光將以每秒1或5個超短激光脈沖的速度向由氣體構(gòu)成的目標發(fā)射，每個脈沖的持續(xù)時間在20到25千萬億分之一秒之間，將氣體原子轉(zhuǎn)化為等離子體。該系統(tǒng)將在兩年內(nèi)逐步提高到全功率，計劃在2023年10月開始其實驗和用戶操作。

這個裝置最終將把全功率激光束送入真空室，在那里激光束將聚焦在氣體目標上，與相反方向的碰撞電子束，模擬更高功率的zetawa激光。全速運轉(zhuǎn)時，每分鐘都會有脈沖。

隨著操作的進行，來自NSF的資金將隨著ZEUS設(shè)施的全部能力逐步增加，從2021年10月開始的一年提供100萬美元，從2025年10月開始的一年提供550萬美元，這是該獎項的最后一年。ZEUS預(yù)計將作為美國最強大的激光器和開放用戶設(shè)施運行至少10年。

ZEUS將主要是一個國際用戶設(shè)施，使來自世界各地的實驗團隊能夠前往密歇根大學(xué)進行實驗。這些建議將由一個由科學(xué)家和工程師組成的外部小組進行評估。因為有NSF的資助，選擇實驗提案進行研究的用戶將不會有任何成本。

美國國家科學(xué)基金會等離子體物理學(xué)項目主任Vyacheslav (Slava) Lukin說:“我們期待著大大提高能力，并獲得美國國家科學(xué)基金會ZEUS用戶設(shè)施將為美國和國際科學(xué)界提供的最高強度激光器。”

從光和物質(zhì)的基礎(chǔ)物理學(xué)，到強大的天體物理現(xiàn)象，再到緊湊的粒子加速器，該設(shè)施的用戶將能夠探索廣泛的現(xiàn)象，同時推動技術(shù)的前沿。

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