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一种检查空间、昆虫和骨骼的新方法

发布2017年4月26日

利用激光和等离子体的一种新颖方式可以为研究人员提供新的方式来探索外层空间,并在地球上检查虫子,肿瘤和骨骼。

在实验室的木星激光设备中,使用泰坦激光靶室的betatron x射线团队的成员,从左起:威尔·舒梅克,Clément Goyon,艾莉森·桑德斯,努诺·莱莫斯,杰西卡·肖,斯科特·安德鲁斯,Félicie阿尔伯特和布拉德·波洛克

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的物理学家费利西·阿尔伯特领导了一个国际团队,致力于激光研究的新领域物理评论快报(PRL)(外部链接)3月31日在网上发布。

阿尔伯特和他的团队花了两年多的时间来实验产生x射线的新方法,这种x射线能够探测物质的大小、密度、压力和高度瞬态物质的组成,比如在行星核心和聚变等离子体中发现的物质。等离子体构成了已知宇宙的99%。

研究人员研究了Betatron X射线辐射,当电子加速到相对论能量和通过与气体的相互作用产生的等离子体波中的等离子体波蠕动时发出。

传统上,对于飞秒(千万亿分之一秒)长的激光脉冲,这个源已经得到了很好的研究。为了研究与大规模激光设备(如LLNL的先进射线照相能力(ARC)激光器相关的强度和脉冲持续时间的betatron x射线发射,研究人员在实验室的木星激光设备上进行了Titan激光实验。在那里,他们观察到由持续时间长得多的皮秒激光脉冲驱动的betatron x射线辐射。

“对我来说,一皮秒就是永远,”阿尔伯特开玩笑说。虽然皮秒是用万亿分之一秒来衡量时间,但对于喜欢更短激光脉冲的研究人员来说,这是很慢的。

通过薄滤光片看到的x射线束。

实验工作表明,新的辐射源对于在国际大型激光器设​​施中进行应用,可以用于激光驱动的冲击,吸收光谱和不透明度测量的X射线放射仪和相位对比成像。

LLNL的其他同事包括Nuno Lemos、Brad Pollock、Clement Goyon、Arthur Pak、Joseph Ralph和John Moody,以及来自加州大学洛杉矶分校、SLAC国家加速器实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和葡萄牙里斯本大学的合作者。

阿尔伯特指出,这些结果并没有像某些实验中那样立即显现出来,团队进行了大量的分析和艰苦的工作才发现了新的机制。

他们在论文中指出了这项技术的广泛潜在用途:由短脉冲激光驱动的Betatron x射线辐射已被用于生物和医疗目的,如昆虫的x射线相位对比成像和骨骼的硬x射线摄影。它独特的性质也使得它适合于研究高能量密度等离子体和热密度物质的动力学——一种接近固体密度的状态——以及在像木星这样的巨行星的核心和惯性约束聚变等离子体中发现的温度。

来源:LLNL

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