【光学前沿资讯】外国实验室创造最亮X射线源
近日，美国一实验室（LLNL）的研究人员通过结合国家点火装置（NIF）的X射线激光和超轻金属泡沫，成功制造出迄今为止最亮的X射线源，其亮度是以往固体金属版本的两倍。
这种超高亮度、高能量的X射线可用于成像和研究极端高密度物质，例如惯性约束聚变实验中产生的等离子体。LLNL科学家杰夫·科尔文（JeffColvin）将这种X射线源比作牙医用于检测龋齿的设备。他解释说：“牙医的设备通过将电子束撞击重金属板来产生X射线。在NIF，我们用高功率激光束代替电子束，将其‘撞击’银原子，从而产生等离子体并发出X射线。”
研究人员将NIF的激光束聚焦于毫米级的圆柱形银泡沫靶材上，通过加热产生X射线。实验中选择银作为靶材至关重要，因为金属原子的原子序数越高，产生的X射线能量也就越高。团队选择银是为了制造能量超过20,000电子伏特的X射线。
此外，金属泡沫的结构也是实现这一目标的关键。研究人员制造了直径为4毫米的圆柱形靶材，使用模具和银纳米线完成制造。LLNL研究员泰勒·费尔斯（TylerFears）表示：“我们将悬浮在溶液中的纳米线冻结在模具中，然后通过超临界干燥工艺去除溶液，最终得到低密度多孔金属泡沫。”科尔文补充道：“我们制造的银泡沫密度约为固体密度的1/1000，仅略高于空气密度。”
在这种泡沫结构中，NIF激光能够加热更大体积的材料，热量传播速度也比在固体中快得多。整个泡沫圆柱在大约15亿分之一秒内被加热。
除了制造X射线源外，研究人员还探索了不同泡沫密度对能量输出的影响，并应用了一种新的数据分析技术来理解生成等离子体的物理特性。通过对数据的分析，他们发现这些明亮、高温的金属等离子体远未达到热平衡。通常用于研究NIF惯性约束聚变的模型假设等离子体接近平衡，电子、离子和光子的温度大致相同。
科尔文指出：“这一发现意味着我们需要重新思考关于这些特定金属等离子体中热量传输的假设以及计算方法。”
这项研究已发表在《物理评论E》上。这一成果不仅为高能量密度物理研究提供了新的工具，也为未来惯性约束聚变实验和极端条件下的物质研究开辟了新的可能性。
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