Американская лаборатория создает самый яркий в мире источник рентгеновского излучения с 2-кратной интенсивностью для исследований в области термоядерного синтеза:
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (LLNL) создали самый яркий в мире источник рентгеновского излучения, который превзошел интенсивность предыдущих источников в два раза. Этот прорыв может продвинуть вперед такие критические области, как исследования термоядерной энергии.
Для достижения этого рубежа исследователи объединили два мощных инструмента: лазер Национального центра зажигания (NIF) и сверхлегкую металлическую пену.
Лазер NIF, один из самых мощных лазеров в мире, способен генерировать невероятно интенсивные импульсы света.
Металлическая пена, с другой стороны, представляет собой материал с губчатой структурой, содержащий сеть пор, что делает его невероятно легким.
Исследователи выбрали серебро для своей металлической пены. Они выбрали серебро, потому что энергия рентгеновских лучей, которые производит металл, связана с его атомным номером.
«Команда использовала серебро, потому что хотела получить рентгеновские лучи с энергией более 20 000 электрон-вольт», — пояснили исследователи в пресс-релизе.
Структура пены играет решающую роль
Для эксперимента большое значение имел не только элементный состав, но и структура пены.
«Команда изготовила цилиндрические мишени шириной 4 мм с использованием формы и серебряных нанопроволок», — подчеркивается в пресс-релизе.
Когда лазер NIF попадает на сплошной кусок металла, он нагревает небольшую область на поверхности. Однако пористая природа пены обеспечивает более глубокое проникновение лазера и последующий нагрев гораздо большего объема материала.
«Мы создали серебряную пену с плотностью около 1/1000 плотности твердого тела, что не намного выше плотности воздуха», — сказал ученый LLNL Джефф Колвин.
«В такой пене лазер NIF нагревает больший объем материала, и тепло распространяется гораздо быстрее, чем в твердом теле. Весь цилиндр пены нагревается примерно за 1,5 миллиардные доли секунды», — добавили в пресс-релизе.
Этот быстрый и обширный процесс нагревания отвечает за генерацию беспрецедентно ярких рентгеновских лучей. Исследовательская группа провела дальнейшие эксперименты, варьируя плотность пены, чтобы определить оптимальную структуру для максимального выхода энергии.
Неожиданные открытия в физике плазмы
Этот новый источник рентгеновского излучения предлагает огромный потенциал для научных исследований. Его высокая яркость и уровень энергии особенно хорошо подходят для визуализации и анализа чрезвычайно плотной материи, такой как плазма, генерируемая во время экспериментов по инерционному удержанию термоядерного синтеза.
Инерционный термоядерный синтез, процесс, в котором для нагрева и сжатия небольшой топливной таблетки используются мощные лазеры, обещает быть чистым и обильным источником энергии. Более того, исследование дало неожиданные сведения о физических характеристиках плазмы.
Вопреки предположениям о тепловом равновесии, присущим многим моделям, ученые наблюдали, что эти высокоэнергетические и высокотемпературные металлические плазмы значительно отклоняются от этого состояния.
Это указывает на то, что электроны, ионы и фотоны внутри плазмы не имеют одинаковой температуры.
«В дальнейшем это означает, что нам необходимо переосмыслить наши предположения о переносе тепла и о том, как мы его рассчитываем в этой конкретной металлической плазме», — заключил Колвин.
Это открытие имеет огромный потенциал в области физики плазмы и может привести к разработке более точных моделей инерциального термоядерного синтеза.
Прочитайте что такое взгляд в будущее
Читайте ещё статьи из Рубрики: инновации-технологии-наука