Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf har filmat hur kopparatomer förlorar och återfår elektroner på femtosekunder med hjälp av dubbla lasrar. Experimentet skapar överhettad plasma som efterliknar extrema kosmiska förhållanden. Resultaten kan föra forskningen om laserfusion framåt.
Forskare använde två avancerade lasrar vid HED-HiBEF-stationen på European XFEL i Schenefeld nära Hamburg för att observera plasmabildning. En intensiv optisk laserpuls från ReLaX träffade en tunn koppartråd och förångade den till plasma som nådde miljontals grader. En efterföljande röntgenlaser av fri-elektron-typ fångade processen i ögonblicksbilder och spårade högt laddade Cu²²⁺-joner via resonant absorption vid 8,2 kiloelektronvolt, vilket beskrivs i Nature Communications år 2026. Energidensiteten nådde 250 biljoner megawatt per kvadratcentimeter under femtosekundpulser på 25 till 30 enheter. Dr. Lingen Huang, experimentledare vid HZDR:s avdelning för hög energidensitet, förklarade: 'Detta är precis de förhållanden som skapas av de två lasrarna med pulslängder på endast 25 och 30 femtosekunder – det vill säga biljondelar av en sekund.' Mätningar visade att Cu²²⁺-joner nådde sin topp efter 2,5 pikosekunder för att sedan rekombinera inom 10 pikosekunder. Prof. Tom Cowan, tidigare föreståndare för HZDR:s institut för strålningsfysik, konstaterade: 'Ingen har tidigare studerat denna typ av jonisering så exakt.' Datasimuleringar avslöjade hur elektronvågor drev på ytterligare jonisering när frigjorda elektroner slog ut fler från närliggande atomer. Dr. Ulf Zastrau, ansvarig för HED-HiBEF-stationen, sade: 'Detta experiment visar hur kraftfulla våra lasrar är och banar väg för framtida laserfusionsanläggningar.' Arbetet förfinar simuleringar för laseruppvärmd plasma, vilket är avgörande för fusionsreaktorer.