Ученые из Ливерморской национальной лаборатории создали самый яркий в мире источник рентгеновского излучения, объединив высокомощный лазер с ультралегкой металлической пеной. Этот источник в два раза ярче предыдущих аналогов, созданных на основе твердых металлов. Работа опубликована в журнале Physical Review E (PRE).
Созданный источник рентгеновского излучения работает аналогично стоматологическому рентгену: лазерный луч «ударяет» по серебру, образуя плазму, которая излучает рентгеновские лучи высокой энергии. Ключевую роль сыграл выбор серебра в качестве металла: оно позволяет генерировать рентгеновское излучение с энергией более 20 тысяч электронвольт благодаря высокому зарядовому числу его атомов.
Исследователи использовали серебряную пену с плотностью около 1/1000 от плотности твердого металла, что лишь немного превышает плотность воздуха. Этот материал изготовили, замораживая серебряные нанопроволоки в растворе, а затем удаляя жидкость сушкой.
«Структура пены позволяет лазеру нагревать большее количество материала, и процесс нагрева протекает гораздо быстрее, чем в твердом металле, — всего за 1,5 наносекунды,» — объяснил ученый из Ливерморской национальной лаборатории Джефф Колвин.
Эксперименты показали, что горячая металлическая плазма, в которую переходит пена при нагревании всегда находится далеко от теплового равновесия — такая ситуация требует пересмотра стандартных моделей теплопередачи.
«Эти результаты заставляют нас переосмыслить теорию о транспортировке тепла в металлической плазме,» — отметил Колвин.
Новый источник рентгеновских лучей может стать инструментом для визуализации и анализа сложных структур, таких как сверхплотная материя в экспериментах с термоядерным синтезом, и открыть путь к новым достижениям в физике высоких энергий.
