美国实验室创造出世界上最亮的X射线源，用于聚变研究

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员近日宣布，他们成功创造了世界上最亮的X射线源，其强度是以前光源的两倍。这一突破性的成果有望推动聚变能研究等关键领域的发展。

为了实现这一里程碑，研究人员结合了两种强大的工具：国家点火装置(NIF)激光和超轻金属泡沫。NIF激光器是世界上能量最强大的激光器之一，能够发射极其强烈的光脉冲。而金属泡沫则是一种具有海绵状结构的材料，其中含有孔隙网络，重量极轻。研究人员选择了银作为金属泡沫的材质，因为金属产生的X射线的能量与其原子序数有关，他们想要制造能量大于20,000电子伏的X射线。

泡沫的结构在实验中也起到了至关重要的作用。研究人员使用模具和银纳米线制造了4毫米宽的圆柱形靶材。当NIF激光照射到固体金属上时，它只会加热表面的一小块区域。然而，由于泡沫的多孔性质，激光能够更深地穿透，加热更大体积的材料。LLNL的科学家杰夫·科尔文表示，他们制造的银泡沫的密度约为固体密度的1/1000，热量在泡沫中的传播速度比在固体中快得多，整个泡沫圆柱体在大约15亿分之一秒内就会升温。

这种快速而广泛的加热过程是产生前所未有的明亮X射线的原因。研究小组还进行了进一步的实验，改变了泡沫密度，以确定最大化能量输出的最佳结构。

这种新型X射线源为科学探索提供了巨大的潜力，特别适合对密度极高的物质进行成像和分析，例如惯性约束聚变实验中产生的等离子体。惯性约束聚变是一种利用强激光加热和压缩小燃料球的工艺，有望成为一种清洁而丰富的能源。

此外，这项研究还意外地揭示了等离子体的物理特性。科学家观察到，这些高能、高温金属等离子体与热平衡状态有显著偏差，电子、离子和光子并不具有均匀的温度。这一发现意味着需要重新思考对热传输的假设以及如何计算这些特定金属等离子体中的热传输。

展望未来，这一成果在等离子体物理学领域具有巨大的潜力，并有助于开发更精确的惯性约束聚变模型，进一步推动聚变能研究的发展。