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物理学家开发超快激光方法来研究度等离子体
发布时间：2024-09-19 11:28:45上官峰心来源：
在几皮秒(万亿分之一秒)的时间内，一小块薄铜瞬间变成致密等离子体，具体来说是热致密物质状态，热是一个相对术语——金属温度接近 200,000 华氏度。在高功率激光脉冲的短暂持续时间内，铜在前瞬间从固态转变为等离子状态。了解铜中的热量变化是物理学中一项令人兴奋的突破，与巨行星内部和激光聚变燃料芯有关。
内华达大学里诺分校物理系副教授 Hiroshi Sawada 与多家国际机构的同事一起开发了一种方法，用于追踪激光脉冲发射后材料如何加热和冷却。
在本周《自然通讯》上发表的一篇研究论文中，研究人员概述了他们的方法。
利用日本 SPring-8 埃紧凑型自由电子激光器 (SACLA) 设施的 X 射线自由电子激光器 (XFEL) 发出的超短 X 射线脉冲，物理学家可以“看到”材料随时间的温度变化，从而更好地了解金属被高功率激光照射时如何形成等离子体。
由于加热速度极快，以前很难甚至不可能捕捉到有关等离子体状态如何穿过铜或其他材料的数据。在所谓的泵浦探测实验中，物理学家首先使用高功率激光器发出的相对论强度激光脉冲加热一小块铜(泵浦)，然后来自次级激光器的 X 射线脉冲收集铜的 X 射线图像(探测器)。
然后，从图像数据中推断出铜的温度和电离度，即等离子体的存在。研究人员多次重复这个实验，每次发射时将二次激光脉冲延迟一点时间，以追踪热量通过材料的进展。
这些实验中使用的 XFEL 和高功率激光器位于全球仅有的三座能够进行此类泵浦探测实验的设施之一，另外两座分别是美国 SLAC 国家加速器实验室的直线加速器相干光源 (LCLS) 和德国的欧洲 XFEL。研究人员最初在 COVID-19 疫情之前使用由 RIKEN 和日本同步辐射研究所 (JASRI) 建造的 SACLA 进行了这些实验。XFEL 是化学工程和生物化学等众多领域的重要工具。
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