محققان در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) موفق به ایجاد پرنورترین منبع اشعه ایکس جهان شدند که شدت آن دو برابر منابع قبلی است. این موفقیت می‌تواند در پیشبرد زمینه‌های مهمی مانند پژوهش انرژی هم‌جوشی مؤثر باشد.
برای دستیابی به این نقطه عطف، محققان دو ابزار قدرتمند را ترکیب کردند: لیزر ملی احتراق (NIF) و فوم‌های فلزی فوق‌سبک.
لیزر NIF، یکی از پرانرژی‌ترین لیزرهای جهان، قادر به ارائه پالس‌های بسیار شدید نوری است.
از سوی دیگر، فوم‌های فلزی موادی با ساختاری مانند اسفنج هستند که دارای شبکه‌ای از حفره‌ها هستند که آنها را فوق‌العاده سبک می‌کنند.
محققان نقره را برای فوم فلزی خود انتخاب کردند. آنها نقره را انتخاب کردند زیرا انرژی اشعه‌های ایکس که یک فلز تولید می‌کند به عدد اتمی آن مرتبط است.
«تیم از نقره استفاده کرد زیرا می‌خواستند اشعه‌های ایکسی با انرژی بیش از ۲۰،۰۰۰ الکترون‌ولت تولید کنند،» محققان در یک اطلاعیه مطبوعاتی توضیح دادند.
ساختار فوم نقش حیاتی ایفا می‌کند
نه تنها ترکیب عنصری بلکه ساختار فوم نیز برای آزمایش بسیار مهم بود.
«تیم اهداف استوانه‌ای با عرض ۴ میلی‌متر را توسط قالب و نانو سیم‌های نقره ساختند،» بیانیه مطبوعاتی با تأکید گفت.
وقتی لیزر NIF بر یک قطعه جامد فلز برخورد می‌کند، منطقه کوچکی روی سطح آن را گرم می‌کند. اما ماهیت متخلخل فوم اجازه نفوذ لیزر عمیق‌تر و گرم شدن متعاقباً حجم بسیار بزرگ‌تری از ماده را می‌دهد.
«ما فوم نقره با چگالی حدود ۱۰۰۰/۱ چگالی جامد ساختیم که خیلی بیشتر از چگالی هوا نیست،» گفت جف کولون، دانشمند LLNL.
«در چنین فومی، لیزر NIF حجم بزرگ‌تری از ماده را گرم می‌کند و گرما بسیار سریعتر از یک جامد گسترش می‌یابد. کل استوانه فوم در حدود ۱.۵ میلیاردیم ثانیه گرم می‌شود،» اطلاعیه مطبوعاتی اضافه کرد.
این فرآیند سریع و گسترده گرم کردن مسئول تولید اشعه‌های ایکس با نور بی‌سابقه است. تیم تحقیقاتی آزمایشات بیشتری انجام داده و چگالی‌های فوم را تغییر داده تا ساختار بهینه برای حداکثر رساندن خروجی انرژی را شناسایی کند.
بینش‌های غیرمنتظره در فیزیک پلاسما
این منبع نوآورانه اشعه ایکس پتانسیل عظیمی برای اکتشافات علمی ارائه می‌دهد. روشنایی و سطح انرژی بالای آن برای تصویربرداری و تحلیل ماده‌های بسیار چگال، مانند پلاسمای تولید شده در طول آزمایش‌های هم‌جوشی احتراق داخلی به‌ویژه مناسب است.
هم‌جوشی احتراق داخلی، فرآیندی است که از لیزرهای قدرتمندی برای گرم کردن و فشرده‌سازی گوله سوخت کوچک استفاده می‌کند و به عنوان یک منبع انرژی پاک و فراوان نویدبخش می‌باشد. علاوه بر این، پژوهش بینش‌های غیرمنتظره‌ای در خصوص ویژگی‌های فیزیکی پلاسما ارائه داد.
در تضاد با فرضیات تعادل حرارتی که در بسیاری از مدل‌ها وجود دارد، دانشمندان مشاهده کردند که این پلاسمای فلزی با انرژی و دمای بالا به‌طور قابل‌توجهی از این حالت انحراف دارند.
این نشان می‌دهد که الکترون‌ها، یون‌ها و فوتون‌های درون پلاسما دمای یکنواختی ندارند.
«در آینده، این به این معنی است که باید در محاسبات و فرضیات خود در خصوص انتقال حرارت و نحوه حساب کردن آن در این پلاسمای فلزی خاص، تجدید نظر کنیم،» کولون نتیجه‌گیری کرد.
این کشف پتانسیل عظیمی در زمینه فیزیک پلاسما دارد و می‌تواند به توسعه مدل‌های دقیق‌تری برای هم‌جوشی احتراق داخلی منجر شود.
