勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員近日宣布，他們成功創(chuàng)造了世界上最亮的X射線源，其強(qiáng)度是以前光源的兩倍。這一突破性的成果有望推動(dòng)聚變能研究等關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)這一里程碑，研究人員結(jié)合了兩種強(qiáng)大的工具：國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)激光和超輕金屬泡沫。NIF激光器是世界上能量最強(qiáng)大的激光器之一，能夠發(fā)射極其強(qiáng)烈的光脈沖。而金屬泡沫則是一種具有海綿狀結(jié)構(gòu)的材料，其中含有孔隙網(wǎng)絡(luò)，重量極輕。研究人員選擇了銀作為金屬泡沫的材質(zhì)，因?yàn)榻饘佼a(chǎn)生的X射線的能量與其原子序數(shù)有關(guān)，他們想要制造能量大于20,000電子伏的X射線。

泡沫的結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)中也起到了至關(guān)重要的作用。研究人員使用模具和銀納米線制造了4毫米寬的圓柱形靶材。當(dāng)NIF激光照射到固體金屬上時(shí)，它只會(huì)加熱表面的一小塊區(qū)域。然而，由于泡沫的多孔性質(zhì)，激光能夠更深地穿透，加熱更大體積的材料。LLNL的科學(xué)家杰夫·科爾文表示，他們制造的銀泡沫的密度約為固體密度的1/1000，熱量在泡沫中的傳播速度比在固體中快得多，整個(gè)泡沫圓柱體在大約15億分之一秒內(nèi)就會(huì)升溫。

這種快速而廣泛的加熱過(guò)程是產(chǎn)生前所未有的明亮X射線的原因。研究小組還進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，改變了泡沫密度，以確定最大化能量輸出的最佳結(jié)構(gòu)。

這種新型X射線源為科學(xué)探索提供了巨大的潛力，特別適合對(duì)密度極高的物質(zhì)進(jìn)行成像和分析，例如慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的等離子體。慣性約束聚變是一種利用強(qiáng)激光加熱和壓縮小燃料球的工藝，有望成為一種清潔而豐富的能源。

此外，這項(xiàng)研究還意外地揭示了等離子體的物理特性。科學(xué)家觀察到，這些高能、高溫金屬等離子體與熱平衡狀態(tài)有顯著偏差，電子、離子和光子并不具有均勻的溫度。這一發(fā)現(xiàn)意味著需要重新思考對(duì)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傳輸。

展望未來(lái)，這一成果在等離子體物理學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛力，并有助于開發(fā)更精確的慣性約束聚變模型，進(jìn)一步推動(dòng)聚變能研究的發(fā)展。