Лазерно-плазменный ускоритель позволяет произвести полный аналог космической радиации в лабораторных условиях - «Наука и технологии»

Группа исследователей из Стратклайдского университета (Strathclyde University) воспроизвели точную копию одной из особенностей космического пространства в лабораторных условиях. При помощи специального вида ускорителя частиц эти ученые получили тот же самый тип радиации, которая пронизывает космическое пространства и заключает в себе угрозу жизни астронавтов и работоспособности оборудования космических кораблей. Этот ускоритель, работа которого основана на взаимодействии лазерного света и плазмы, дополненный некоторыми компонентами, представляет собой относительно недорогой метод для испытаний новых технологий, предназначенных для работы в космосе.

Открытый космос очень плохо "относится" к живым людям и их технике. Космическая радиация является одним из самых опасных факторов, а самую большую опасность представляет собой радиация, источником которой являются так называемые пояса Ван Аллена, два кольца, расположенные на высотах около 1000 километров и 60 тысяч километров, которые формируются под воздействием магнитного поля нашей планеты. Эти кольца являются первыми "оборонительными рубежами", они защищают планету от космического и солнечного излучения, которое могло бы сделать Землю непригодной для существования на ней жизни.

Но защита, которую обеспечивают пояса Ван Аллена, имеет свою цену. Эти пояса представляют области, в которых циркулируют потоки заряженных частиц и присутствует достаточно высокий уровень радиации, а некоторые явления магнитной и плазменной природы работают иногда в качестве своего рода ускорителя частиц. И космический корабль, которому необходимо выйти в космос дальше низкой околоземной орбиты, должен быть снабжен соответствующей защитой, которая оградит электронику и все остальное от пагубного воздействия радиации.

Ранее испытания различных систем защиты можно было проводить только в космосе, что напоминает проверку прочности очень дорогих наручных часов при помощи кувалды. Этот подход работал и работает, но он очень дорогостоящий и не всегда выгода от таких испытаний превосходит потраченные на все это средства и ресурсы. Гораздо практичней было бы проведение испытаний на Земле при помощи лучей, состоящих из электронов, протонов и ионов, которые по всем параметрам соответствуют космической радиации.

Для создания лучей радиации используются ускорители различных типов, линейные ускорители, синхротроны, циклотроны и т.п. Все эти устройства работают слишком хорошо, они производят чистые и стабильные лучи определенного вида излучения с заданной энергией. Однако, лучи космической радиации являются с этой точки зрения, очень "грязными", в них присутствуют различные виды излучений, охватывающие широкий частотный и энергетический диапазон.

Смоделировать "грязную" космическую радиацию позволяет лазерно-плазменный ускоритель и ученые использовали в своей работе два таких ускорителя, находящиеся в Германии и в Великобритании. Такие ускорители работают за счет сильных электрических полей, возникающих в движущихся плазменных волнах, которые позволяют разгонять заряженные частицы до очень высоких энергий. Когда через плазму, находящуюся в камере ускорителя, проходит мощный импульс лазерного света, он, этот импульс, создает волну высокоэнергетических электронов, которые сталкиваясь с плазмой, становятся источником широкодиапазонной радиации. И, практически такие же процессы являются источником радиации в поясах Ван Аллена.

В настоящее время исследователи из Стратклайда продолжают экспериментировать с плазменным ускорителем, находящимся в исследовательском центре Scottish Centre for the Application of Plasma-Based Accelerators (SCAPA). Эти эксперименты производятся с целью создания как можно более точного подобия космической радиации и для разработки новых методов испытаний космической техники. И, благодаря этой работе, в недалеком будущем можно будет испытывать радиационную стойкость спутников и космических аппаратов здесь на Земле, без необходимости их отправки в космос.