美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出全球最亮的 X 射線源，其強(qiáng)度達(dá)到此前 X 射線源的兩倍。這一突破性成果有望推動(dòng)核聚變能源研究等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了兩項(xiàng)強(qiáng)大的工具：國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）激光器和超輕金屬泡沫。NIF 激光器是全球能量最高的激光器之一，能夠發(fā)射出極高強(qiáng)度的光脈沖。而金屬泡沫則是一種具有海綿狀結(jié)構(gòu)的多孔材料，其輕質(zhì)特性使其在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

據(jù)IT之家了解，研究團(tuán)隊(duì)選擇銀作為制作金屬泡沫的材料，因?yàn)榻饘佼a(chǎn)生的 X 射線能量與其原子序數(shù)相關(guān)。團(tuán)隊(duì)在新聞稿中解釋道：“我們選擇銀是因?yàn)樾枰a(chǎn)生能量超過 2 萬電子伏特的 X 射線?！贝送?，泡沫的結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)中也起到了關(guān)鍵作用。團(tuán)隊(duì)使用模具和銀納米線制造了直徑為 4 毫米的圓柱形靶材。

與普通金屬不同，當(dāng) NIF 激光照射到金屬泡沫時(shí)，其多孔結(jié)構(gòu)使得激光能夠更深入地穿透材料，從而加熱更大體積的物質(zhì)。LLNL 科學(xué)家杰夫?科爾文表示：“我們制造的銀泡沫密度約為固體密度的 1/1000，僅略高于空氣密度。在這種泡沫中，NIF 激光加熱的材料體積更大，且熱量傳播速度遠(yuǎn)快于固體材料?！毙侣劯逖a(bǔ)充稱，整個(gè)泡沫圓柱體在約 15 億分之一秒內(nèi)被加熱。這種快速且廣泛的加熱過程正是產(chǎn)生超高亮度 X 射線的關(guān)鍵。

研究團(tuán)隊(duì)還通過調(diào)整泡沫密度進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以確定最大化能量輸出的最佳結(jié)構(gòu)。

這一新型 X 射線源在科學(xué)探索中展現(xiàn)出巨大潛力，其高亮度和高能量特性特別適用于對(duì)極其致密的物質(zhì)（如慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的等離子體）進(jìn)行成像和分析。慣性約束聚變是一種利用強(qiáng)大的激光加熱并壓縮小燃料球的過程，有望成為一種清潔且豐富的能源。

此外，研究還意外揭示了等離子體的物理特性。與許多模型假設(shè)的熱平衡狀態(tài)不同，科學(xué)家觀察到這些高能高溫金屬等離子體顯著偏離了這一狀態(tài)。這表明等離子體中的電子、離子和光子并未達(dá)到統(tǒng)一溫度?？茽栁目偨Y(jié)道：“這一發(fā)現(xiàn)意味著我們需要重新思考熱傳輸?shù)募僭O(shè)，以及如何計(jì)算這些特定金屬等離子體中的熱量傳輸。”

這一突破不僅在等離子體物理學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，還可能為慣性約束聚變開發(fā)更精確的模型提供新思路，從而推動(dòng)清潔能源技術(shù)的發(fā)展。