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新型X射线晶体光谱仪可探测地球上极端物质的热态

2021-08-31 13:47     来源:科创中国     X射线
劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们与普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)合作,设计了一种新型X射线晶体光谱仪,对国家点火设施(NIF)实验产生的高能量密度(HED)物质的一个挑战性特征进行高分辨率测量。

这项工作在《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments)的一篇论文中有所介绍,该论文描述了正在为世界上能量最大的激光器NIF制造的新晶体形状。激光产生的高能量密度等离子体,类似于在恒星、核爆炸和巨型行星核心中发现的那些,可能是地球上创造的最极端的物质状态。

PPPL之前为NIF建造了一个光谱仪,于2017年交付,为惯性约束核聚变实验提供了NIF极端等离子体的温度和密度的高分辨率测量,所获得的数据在特邀会谈和同行评议的出版物中得到了介绍。

这些仪器测量关键参数的轮廓,如大量热质体的离子和电子温度,这些热质体被磁力限制在圆环形托卡马克核聚变装置中以促进核聚变反应。相比之下,NIF激光产生的HED等离子体是微小的、点状的物质,需要不同设计的光谱仪进行高分辨率研究。

该光谱仪检查铜、钽和现在的铅EXAFS。从铜到钽再到铅,X射线的能量越来越高,信噪比越来越低,因此需要优化光谱仪的设计。这项合作将于10月转移到NIF,届时新晶体将被安排在那里进行测试,两个实验室的研究人员都急切地等待着结果。

"在NIF进行的测量高X射线能量下的EXFAS光谱的实验,信号很低,"Schneider说。"论文中描述的光谱仪设计集中了低信号,提高了信噪比,同时保持了观察EXAFS所需的高分辨率。与常用的球形、圆柱形或环形弯曲的晶体不同,这种新形状的晶体遵循正弦螺旋形,这样一个新颖的设计使得它有可能满足EXAFS测量的严格要求,以探测高度压缩的高Z材料的热状态"。


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