7月8日消息，由布拉格捷克理工大学和密歇根大学工程学院牵头的研究团队，首次发现并利用了X箍缩等离子体中的径向质子加速机制。相关成果发表在《物理评论快报》和《等离子体物理学》上，研究主要得到捷克共和国科学基金会和美国能源部支持。
箍缩等离子体指的是由自身磁场压缩的载流等离子体柱。早期的Z箍缩装置原本服务于可控核聚变探索，强电流通过等离子体时会产生磁场，并把等离子体向内压缩。这类装置后来也被用于成像、高能量密度等离子体研究以及天体物理相关实验。不过，对于成像而言，如果辐射源分布在较长的等离子体柱中，图像容易变得模糊。
此次研究采用的是混合X箍缩结构。研究人员把一根约30微米厚、富含氢的聚乙烯纤维穿过两个相对的实心锥形电极，形成X形结构。在密歇根大学MAIZE装置和康奈尔大学XP装置上，团队利用峰值约400千安的电流，将质子加速到约3兆电子伏特。与传统大型激光系统相比，这类装置规模相对较小，意味着质子射线照相实验不必完全依赖复杂、昂贵的大型激光设施。
在实验中，电流脉冲使纤维汽化并电离成等离子体。X形电极将磁压力集中在一个精确位置，超细纤维迅速断裂后，等离子体柱无法继续承载电流，电流骤然中断并引发电压升高，从而把质子沿径向从等离子体中加速射出。研究团队表示，过去40多年里，X箍缩更多被视为X射线点源，以及快电子和聚变中子来源，其作为紧凑型加速离子源的潜力长期没有得到充分关注。
为了验证这一机制的成像能力，研究人员将爆炸导线放在X箍缩装置附近，并在导线后方设置离子探测器，捕捉类似阴影的质子图像。实验中，径向加速质子清晰记录了一根约25微米厚铝线爆炸的过程，图像呈现出导线致密中心、向外膨胀的等离子体云，以及爆炸周围的湍流结构。
密歇根大学教授瑞安·麦克布莱德表示，这项新的质子射线照相技术有助于进一步理解箍缩物理，也可能为核聚变研究提供新的实验工具。随着更多实验室有机会开展类似实验，高能量密度等离子体和聚变科学研究也将获得更灵活的诊断手段。
