美国实验室研制出全球最亮 X 射线源，助力核聚变研究

IT之家 1 月 20 日报道称，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究小组成功研发出全球最明亮的 X 射线源，其亮度超过之前的 X 射线源，达到了两倍。

为了实现这一目标，研究团队结合了两种强大的工具：国家点火装置（NIF）激光器和超轻金属泡沫。NIF 激光器是全球能量最高的激光器之一，能够发射出极高强度的光脉冲。金属泡沫则是一种具有海绵状结构的多孔材料，其轻质特性为实验提供了独特优势。

据报道，研究团队选择了银作为金属泡沫的材料，因为金属所产生的 X 射线能量与其原子序数有关。团队解释道：“我们选用银是因为需要产生超过 2 万电子伏特的 X 射线。”此外，泡沫的结构在实验中也扮演了关键角色。团队使用模具和银纳米线制造了直径为 4 毫米的圆柱形靶材。

在 NIF 激光照射金属泡沫时，与普通金属不同，多孔结构使激光能够更深入材料，从而加热更多的物质。LLNL 科学家杰夫・科尔文称：“我们制造的银泡沫密度约为固体密度的 1/1000，仅略高于空气密度。在这种泡沫中，NIF 激光加热的材料体积更大，且热量传播速度远快于固体材料。”报道补充称，整个泡沫圆柱体在约 15 亿分之一秒内被加热。这种迅速且广泛的加热过程是产生超高亮度 X 射线的关键。

研究团队还通过调整泡沫密度进行了进一步实验，以确定能量输出的最佳结构。

这种新型 X 射线源展示了巨大的科学潜力，高亮度和高能量特性特别适用于对密集物质（如惯性约束聚变实验中产生的等离子体）进行成像和分析。惯性约束聚变是一种利用强大激光加热并压缩微小燃料球的过程，被认为是一种清洁且有前途的能源。

此外，研究还意外揭示了等离子体的物理特性。与多种模型假设的热平衡状态不同，科学家观察到这些高能高温金属等离子体明显偏离了平衡状态。这表明等离子体中的电子、离子和光子并未达到统一温度。科尔文总结说：“这一发现表明我们需要重新考虑热传输的假设，以及如何计算这些特定金属等离子体中的热传输。”

这一突破不仅在等离子体物理学领域具有重要意义，还可能为惯性约束聚变开发更准确的模型提供新思路，推动清洁能源技术的发展。

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