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指南:根据APL的报告,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员已经开发出一种新的X射线源,可用于诊断实验中的温度以捕获地球上的状况。该X射线源是通过激光产生的等离子体实现的。
国家点火装置中完整的EXAFS样品的图像,背景照明和激光结构
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员开发了一种X射线源,可用于诊断实验中的温度以捕获地球上的状况。
这种新开发的X射线源将用于在美国国家点火设施进行EXAFS(扩展X射线吸收精细结构)实验。这项研究发表在顶级期刊“ AppliedPhysics Letters”上
“并被选为总编辑。
实验装置
:仪器在时域中记录X射线光谱,X射线发射的图像和X射线发射的图像,这些信号由靶室的极角方位角指示。插入的图像显示带有(N190430-2)和不带有(N181010-3)的脉冲形状的结果。非纠缠的脉冲形状被转换成峰值功率平台的重叠区域
LLNL的物理学家Andy Krygie(也是该论文的第一作者)说:在国家点火设施进行了一系列X射线源开发实验之后,我们可以证明钛膜的生产比RX射线更有趣。在相同的激光条件下,连续爆裂的X射线的30倍是爆破腔室背光产生的X射线的2到4倍。
了解扩展X射线吸收的精细结构
(扩展的X射线吸收精细结构,缩写为EXAFS
Krygier说,尽管X射线在这里有很多用途,但这项工作目前集中在研究是否有可能将X射线吸收的精细结构扩展到处于高度压缩状态的固体。
测量。这是一个非常困难的研究领域,最终需要大量工作和资源来完成。
EXAFS实验的最基本动机是在Mbar压力下确定样品的温度-这种状态大致类似于行星中心的情况(1 Mbar = 1百万倍大气压)。在这项工作中,我们现在能够对NIF中的各种材料执行EXAFS测量。实施的状态是,到目前为止,世界上几乎所有工厂都不可能做到这一点。
在这些条件下,固体材料可以被压缩到2倍或更大的振幅比,并且当环境每天变化时,该材料可以具有不同的特性。通过这项工作开发的X射线源可以测量对实验室任务的执行至关重要的各种高Z值材料。该平台还为科学发现提供了新的机会来研究极端条件下的材料特性。
由SXI捕获的X射线发射点的图像以及Au *,Au,Ag和Ti的宽度
:上面显示了每个点的伪彩色原始数据。标称激光强度图案(1mmFWHM)和从SXI观测获得的结果显示在第一幅插图中(由于观测而弯曲)。突出显示区域的垂直平均线显示在顶部的每张图片中,然后显示在主图片中,这些线条经过归一化和偏移处理。高斯拟合的FWHM写在相应的原始图像下,该原始图像由主图像底部的线表示。
EXAFS的测量所需的检测信号只是总信号的一部分,其原因是该团队投入了大量精力来开发高强度,平滑的光谱背光。
袁平是LLNL的物理学家兼研究负责人,她说这项发现是成功开发出EXAFS项目中使用的背光源的成功。带有背光的EXAFS测量已经在NIF中应用,该方法将进一步用于未来的测量,这些测量是LLNL项目的组成部分,该项目将用于支持美国国家核安全局(NNSA)项目来管理核武器库。研究了许多材料,研究了由于NIF的TARDIS(目标原位衍射)平台上的温度和压力变化而导致的原子或晶体结构的优选排列方式的变化。这种结构也是影响影响压力与密度之间关系的众多因素之一。这个问题正在NIF斜坡压缩平台上进行研究。同时,强度也在NIF的RT平台上进行了测试。所有这些重要平台都缺乏温度测量。Krygier表示,EXAFS平台的目标是测试热模型,以增强流体力学代码中使用的状态模型公式,同时使其他平台更加完善。
X射线光源的开发工作正在进行很多,其他团队已经使用薄膜加热方法来实现这一目标,但是这些努力集中在不同的X射线能量或优化的线发射上(通过原子的跃迁(相对较窄的能量X射线发射)。
与NIF上的其他研究测量相比,EXAFS实验相对清晰,由于EXAFS信号是在相当宽范围内转换为代码的过程,因此需要不同类型的X射线源。能量范围必须优化多KeV能量范围内的连续宽带发射,而不是线发射,后者比EXAFS的能量要窄得多。
研究团队通过使用NIF激光的高功率密度将钛离子化成内壳,从而发现了这种可能性。
这种电离的高温使得称为自由包含的连续X射线发射过程非常重要,实际上占据了所有连续X射线发射。
Krygier说,与金或银相比,此过程导致钛的强连续发射量约为几KeV。钛膜加热的这种观察结果导致了连续发射,其发射强度比开始时预期的金或银要强得多。但是,经过仔细的数据分析,我们发现自由约束的转变起着非常重要的作用。最终,事实证明数据和模型非常吻合。
Elijah Kemp是LLNL的物理学家,帮助解释与Ad Hydro(HYDRA)和原子动力学模拟有关的数据,以验证数据解释的正确性。他说,科学家倾向于使用标准工具箱来使用通用规则来解释各种物理现象。导致一个假设,即金背光比钛和银更好。众所周知,连续X射线的发射随着原子数的增加而增加。然而,在加热样品的区域内有一个自由的,受限制的跃迁是非常重要的。这决定了钛的原子系数为22,相当于银和银;黄金要好得多。银和金的序数分别为47和79。
这些无处不在的缩放可以帮助我们快速控制直觉,并且还可以产生看似矛盾的结果。这项工作中的一个重要信息是不要天真地依赖过于笼统的一般经验法则。这些规则通常会导致参数优化研究过早地减少。
团队贡献
对于这篇文章,团队必须期待未来的典型X射线发射过程,以了解从实验中获得的数据,这需要依靠来自各个学科的专家进行计划和分析,包括材料科学,等离子物理学,R团队最初专注于使用爆破胶囊解决问题的不同方法,但最终决定没有足够的X射线来进行EXAFS测量。
这是一位罕见的科学家,可以使用电影动画的形式来解释房间黑板上提出的概念,结果是LLNL中的主要证据。
NIF冰箱中白色矮星的合成照片
插图:
白矮星和充足的阳光大约相当于行星太阳的大小,因此是空间中仅次于中子星和黑洞的物体。文章来源:A.Krygieretal。激光产生等离子体的最佳连续谱X射线发射,AppliedPhysicsLetters(2020).117
251106(2020),劳伦斯·利弗莫尔国家实验室。
参考:AndreaL.Kritcheretal。《白矮星烃状态方程的测量》,《自然》(2020年)。