Най-яркият източник на рентгенови лъчи в света с два пъти по-голяма интензивност за изследвания на термоядрения синтез

Този важен етап беше постигнат чрез комбиниране на лазера на National Ignition Facility (NIF) със свръхлеки метални материали.

Изследователи от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ (LLNL) създадоха най-яркия източник на рентгенови лъчи в света, който надминава два пъти интензивността на предишните подобни източници. Този пробив може да допринесе за развитието на важни области като изследванията на енергията от термоядрения синтез.

За да постигнат това ключово постижение, изследователите комбинираха два мощни инструмента: лазера на National Ignition Facility (NIF) и свръхлеки метални пенопласти.

Лазерът на NIF, един от най-енергийните лазери в света, е способен да излъчва невероятно интензивни светлинни импулси.

Металните пенопласти, от друга страна, са материали с гъбовидна структура, съдържащи мрежа от пори, които ги правят невероятно леки.

Изследователите са избрали среброто за свя метален пенопласт. Избрали са среброто, защото енергията на рентгеновите лъчи, които металът произвежда, е свързана с неговия атомен номер.

„Екипът използва сребро, защото искаше да получи рентгенови лъчи с енергия, по-голяма от 20 000 електронволта“, обясняват изследователите в съобщение за пресата.

Структурата на пенопласта играе решаваща роля

Не само елементният състав, но и структурата на пенопласта е от голямо значение за експеримента.

„Екипът изработи цилиндрични мишени с ширина 4 мм, като използва матрица и сребърни нановлакна“, се подчертава в съобщението за пресата.

Когато лазерът на NIF попада върху твърдо парче метал, той нагрява малка област от повърхността. Порестият характер на пенопласта обаче позволява по-дълбоко проникване на лазера и последващо нагряване на много по-голям обем материал.

„Направихме сребърен пенопласт с плътност около 1/1000 от плътността на твърдото тяло, което не е много по-високо от плътността на въздуха“, заяви ученият от LLNL Джеф Колвин.

„В подобен пенопласт лазерът на NIF нагрява по-голям обем от материала и топлината се разпространява много по-бързо, отколкото в твърдо тяло. Целият цилиндър от пяна се нагрява за около 1,5 милиардни части от секундата“, се казва още в прессъобщението.

Този бърз и обширен процес на нагряване обуславя генерирането на безпрецедентно ярките и мощни рентгенови лъчи. Изследователският екип проведе допълнителни експерименти с промени в плътността на пенопласта, за да установи оптималната структура за постигане на максимална енергийна мощност.

Неочаквани открития в областта на физиката на плазмата

Този нов източник на рентгенови лъчи предлага огромен потенциал за научни изследвания. Неговата висока яркост и енергийни нива са особено подходящи за изобразяване и анализ на изключително плътна материя, като например плазмата, генерирана по време на експериментите с термоядрен синтез с инерционно задържане.

Инерционният термоядрен синтез, процес, при който се използват мощни лазери за нагряване и компресиране на малка горивна гранула, е обещаващ източник на чиста и изобилна енергия. Освен това изследването даде неочаквани сведения за физическите характеристики на плазмата.

Противно на предположенията за топлинно равновесие, присъщи на много модели, учените забелязаха, че тази високоенергийна и високотемпературна метална плазма се отклонява значително от това състояние.

Това показва, че електроните, йоните и фотоните в плазмата не са с еднаква температура.

„Занапред това означава, че трябва да преосмислим предположенията си за преноса на топлината и начина, по който го изчисляваме в тези конкретни метални плазми“, заключава Колвин.

Това откритие има огромен потенциал в областта на физиката на плазмата и може да доведе до разработването на по-точни модели за инерционен термоядрен синтез.