Благодаря пенному прорыву в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) с использованием лазеров с серебряной металлической пеной, которая легка как воздух, был создан самый яркий на сегодняшний день источник рентгеновского излучения, который в два раза ярче, чем все предыдущие.
Сверхяркие рентгеновские лучи, возможно, не являются тем, что вам нужно дома (если только у вас не очень необычная домашняя жизнь), но они имеют ценное применение в передовых исследованиях, включая изучение структуры материалов на атомном уровне, наблюдение за химическими реакциями в реальном времени, визуализацию биологических образцов с высокой детализацией и анализ сложных молекул.
Самые яркие из них особенно важны в таких местах, как LLNL, которая занимается передовой физикой ядерного синтеза — не только как чистой наукой, но и разработкой практических термоядерных реакторов — и обеспечением безопасности и надежности ядерного арсенала США.
Что делает эти специализированные рентгеновские лучи такими важными, так это их сверхвысокое разрешение, которое делает их идеальными для изучения чрезвычайно плотной материи, включая плазму, генерируемую инерционным удержанием термоядерного синтеза, где гранулы дейтерия и трития бомбардируются шквалом высокоэнергетических лазерных лучей.
Действительно, те же самые суперлазеры, которые используются в исследованиях термоядерного синтеза в Национальном центре зажигания (NIF), также используются для получения этого нового сверхъяркого рентгеновского света.
Рентгеновские лучи в таких местах, как стоматологические кабинеты, обычно создаются путем бомбардировки металлической мишени электронным пучком. Электроны взаимодействуют с электронами в металле, чтобы испускать пучок рентгеновских лучей, вот так:
Анимированное производство рентгеновских лучей
Однако новая система заменяет электронный луч лазером, а обычную металлическую мишень — совершенно особой. В данном случае она сделана из серебряной пены.
Пена имеет форму цилиндрических мишеней шириной 4 мм. Они изготавливаются путем взятия серебряных нанопроволок и подвешивания их в специальной форме. Это подвергается сверхкритическому процессу сушки для удаления раствора — и то, что остается, — это серебряная пена, которая имеет тысячную плотность обычного серебра. Действительно, она примерно такой же плотности, как воздух.
Хорошо, все это очень умно, но почему?
Дело в том, что такое пушистое серебро имеет гораздо больший объем по весу, чем твердое серебро. Это означает, что тепло может проходить через него гораздо быстрее, чем в противном случае. Это означает, что весь цилиндр может равномерно нагреться всего за 1,5 миллиардные доли секунды.
В результате получается источник рентгеновского излучения с энергией более 20 000 электрон-вольт. Это ничтожно мало в повседневных масштабах, но в микроскопических масштабах ядерной физики это действительно очень большое количество.
Новый сверхъяркий рентгеновский луч использует лазеры термоядерного класса и серебряную металлическую пенуЛоуренс Ливерморская национальная лаборатория
По данным LLNL, разработка этого нового рентгеновского света не только продвинет вперед наше понимание процессов термоядерного синтеза, но и плазма, образующаяся при генерации рентгеновских лучей, даст новое представление о яркой, горячей металлической плазме, которая далека от теплового равновесия.
«В будущем это означает, что нам нужно пересмотреть наши предположения о переносе тепла и о том, как мы «Рассчитайте его в этих конкретных металлических плазмах», — сказал ученый LLNL Джефф Колвин.
Исследование было опубликовано в Physical Review E.
