泡沫銀和聚變級雷射共同製造出全世界最亮的X射線
勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室(LLNL)利用帶有銀色金屬泡沫的激光器(這種泡沫像空氣一樣輕)取得了重大突破,創造出了有史以來最明亮的X 射線源,其亮度是以往任何X 射線源的兩倍。
國家點火裝置的X 射線偵測器用於測量實驗中產生的X 射線爆發的能譜和強度
超亮的X 射線可能不是你在家裡需要的東西(除非你有非常不尋常的家庭生活),但它們在高級研究中卻有著寶貴的應用價值,包括研究材料的原子級結構、實時觀察化學反應、對生物樣本進行高細節成像、分析複雜分子。
其中最耀眼的X射線在LLNL 這樣的地方特別重要,LLNL 參與了核融合的前沿物理學研究–不僅是純粹的科學研究,還包括實用核融合反應器的開發–以及確保美國核武儲備的安全可靠。
這些專用X 射線之所以如此重要,是因為它們具有超高的分辨率,非常適合研究密度極高的物質,包括慣性約束核融合產生的等離子體。事實上,美國國家點火裝置(NIF)用於核融合研究的超級雷射也用於產生這種新的超強X 射線光。
在牙醫診所等地方,X 射線通常是透過電子束轟擊金屬目標產生的。 電子與金屬中的電子相互作用,產生一束X 射線,就像這樣:
不過,新系統將電子束換成了激光,將普通的金屬目標換成了非常特殊的目標。 在這種情況下,它是由銀泡沫製成的。
這種泡沫是4 毫米寬的圓柱形目標。 製造方法是將奈米銀線懸浮在一個特殊的模具中。 然後進行超臨界乾燥以去除溶液,最後剩下的就是密度只有普通銀千分之一的泡沫銀。 事實上,它的密度與空氣差不多。
好吧,這聽起來很聰明,但為什麼呢?關鍵在於,以重量計算,這種蓬鬆的銀的體積比純銀大得多。 這意味著熱量通過它的速度比其他方式快得多。 這意味著整個圓柱體只需15 億分之一秒就能均勻加熱。
這就是能量超過20000 電子伏特的X 射線源。 這在日常範圍內微不足道,但在核物理的微觀範圍內,這確實是一個非常大的能量。
新型超亮X 射線使用聚變級雷射和銀金屬泡沫
據LLNL 稱,這種新型X 射線光的開發不僅將推動我們對核融合過程的理解,而且在產生X 射線時產生的等離子體將使我們對遠離熱平衡的明亮高溫金屬等離子體有新的認識。
LLNL科學家傑夫-科爾文(Jeff Colvin)說:”展望未來,這意味著我們需要重新思考關於熱傳輸的假設,以及如何計算這些特定金屬等離子體中的熱傳輸。”
該研究發表在Physical Review E。