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 日消息，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究团队成功研制出全球最亮的 X 射线源，其强度达到此前 X 射线源的两倍。这一突破性成果有望推动核聚变能源研究等关键领域的发展。

为实现这一目标，研究团队结合了两项强大的工具：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。而金属泡沫则是一种具有海绵状结构的多孔材料，其轻质特性使其在实验中表现出独特优势。

据IT之家了解，研究团队选择银作为制作金属泡沫的材料，因为金属产生的 X 射线能量与其原子序数相关。团队在新闻稿中解释道：“我们选择银是因为需要产生能量超过 2 万电子伏特的 X 射线。”此外，泡沫的结构在实验中也起到了关键作用。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。

与普通金属不同，当 NIF 激光照射到金属泡沫时，其多孔结构使得激光能够更深入地穿透材料，从而加热更大体积的物质。LLNL 科学家杰夫・科尔文表示：“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。”新闻稿补充称，整个泡沫圆柱体在约 15 亿分之一秒内被加热。这种快速且广泛的加热过程正是产生超高亮度 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，以确定最大化能量输出的最佳结构。

这一新型 X 射线源在科学探索中展现出巨大潜力，其高亮度和高能量特性特别适用于对极其致密的物质（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的激光加热并压缩小燃料球的过程，有望成为一种清洁且丰富的能源。

此外，研究还意外揭示了等离子体的物理特性。与许多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显著偏离了这一状态。这表明等离子体中的电子、离子和光子并未达到统一温度。科尔文总结道：“这一发现意味着我们需要重新思考热传输的假设，以及如何计算这些特定金属等离子体中的热量传输。”

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精确的模型提供新思路，从而推动清洁能源技术的发展。