이 레이저 폭발은 중성자별과 같은 자기장을 생성했다

원통형 타겟의 톱니 모양 내부 블레이드는 초강력 레이저 조사 시 축외 전하 흐름을 유도하여 강력한 루프 전류를 유도하고 메가테슬라 미만의 자기장을 생성합니다. 사진 제공: 무라카미 마사카츠

오사카대학교 연구진은 블레이드 구조의 마이크로튜브를 레이저로 구동하여 내파시켜 초고자기장을 생성하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 방법은 1메가테슬라에 육박하는 자기장 세기를 달성하며, 소형 고자기장 플라즈마 과학 분야의 획기적인 발전입니다.

강자성 중성자별이나 천체물리학 제트 근처에서 발견되는 것과 유사한, 메가테슬라 수준에 근접하는 초강력 자기장이 소형 레이저 구동 장치를 사용하여 이론적으로 입증되었습니다. 오사카대학교의 마사카츠 무라카미 교수가 이끄는 연구팀은 이러한 자기장 수준을 달성하기 위해 내부 블레이드가 있는 마이크론 크기의 중공 원통을 사용하는 독특한 방식을 제안하고 시뮬레이션했습니다.

블레이드 마이크로튜브 임플로전(BMI)이라고 불리는 이 기술은 톱니 모양의 내부 블레이드를 가진 원통형 표적에 초강력 펨토초 레이저 펄스를 조사하는 방식입니다. 이 블레이드는 임플로딩되는 플라즈마를 비대칭적으로 회전시켜 중심 근처에 순환 전류를 생성합니다. 그 결과 발생하는 루프 전류는 500킬로테슬라를 초과하는 메가테슬라 영역에 근접하는 강력한 축방향 자기장을 자체적으로 생성합니다. 외부에서 시드 자기장을 적용할 필요가 없습니다.

이 메커니즘은 초기 자기장을 증폭하는 데 의존하는 기존의 자기 압축과는 극명한 대조를 이룹니다. BMI에서는 자기장이 레이저-플라즈마 상호작용에 의해서만 처음부터 생성됩니다. 더욱이, 표적에 원통형 대칭을 깨는 구조가 포함되어 있는 한, 높은 자기장을 안정적으로 생성할 수 있습니다. 이 과정은 이온과 전자로 구성된 대전 입자의 흐름이 자기장을 강화하는 피드백 루프를 형성하고, 이는 다시 이러한 흐름을 더욱 강하게 가두어 자기장을 더욱 증폭시킵니다.

무라카미 교수는 "이 접근법은 컴팩트한 형태로 극한 자기장을 생성하고 연구할 수 있는 강력하고 새로운 방법을 제공합니다."라고 말하며, "실험실 플라즈마와 천체물리학 우주를 연결하는 실험적 가교 역할을 합니다."라고 덧붙였습니다.

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 실험실 천체물리학: 자화된 제트와 별 내부를 모방하다
• 레이저 융합: 양성자 빔 고속 점화 방식의 발전
• 고자기장 QED: 비선형 양자 현상 탐구

시뮬레이션은 오사카대학교 SQUID 슈퍼컴퓨터에서 완전 상대론적 EPOCH 코드를 사용하여 수행되었습니다. 또한, 기본적인 스케일링 법칙과 목표 최적화 전략을 도출하기 위해 지원 분석 모델도 구축되었습니다.

자금 지원: 일본학술진흥회(JSPS), 간사이전력(KEPCO)

시뮬레이션: 오사카 대학의 SQUID 슈퍼컴퓨터를 사용하여 수행됨

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250716000839.htm