몇 피코초(1조분의 1초) 안에 작고 얇은 구리 조각이 순간적으로 밀도가 높은 플라즈마, 특히 따뜻한 밀도 물질이라고 불리는 상태가 됩니다. 따뜻한 것은 상대적인 용어입니다. 금속은 거의 화씨 200,000도에 이릅니다. 고출력 슬롯 커뮤니티저 펄스의 짧은 지속 시간으로 구리는 폭발하기 직전에 고체 상태에서 플라즈마 상태로 전환됩니다.
리노 네바다 대학교 물리학과 부교수인 Hiroshi Sawada는 여러 국제 기관의 동료들과 함께 슬롯 커뮤니티저 펄스가 발사된 후 물질이 어떻게 가열되고 냉각되는지 추적하는 방법을 개발했습니다. 에서이번 주에 발표된 연구 논문저명한 저널인 Nature Communications에서 연구자들은 그들의 방법을 설명합니다. 물리학자들은 일본의 SPring-8 Angstrom 소형 자유 전자 레이저(SACLA) 시설에 있는 XFEL(슬롯 커뮤니티)의 초단기간 X선 펄스를 사용하여 시간 경과에 따른 재료의 온도 변화를 "볼" 수 있습니다.
매우 빠른 가열 현상으로 인해 이전에는 구리나 기타 물질을 통해 플라즈마 상태가 어떻게 진행되는지에 대한 데이터를 캡처하는 것이 어렵거나 불가능했습니다. 펌프 프로브 실험으로 알려진 실험에서 물리학자들은 고출력 슬롯 커뮤니티저의 상대론적 강도 슬롯 커뮤니티저 펄스를 사용하여 먼저 작은 구리 조각(펌프)을 가열한 다음 두 번째 슬롯 커뮤니티저의 X선 펄스가 X를 수집했습니다.
이 실험에 사용된 XFEL과 고출력 슬롯 커뮤니티저는 펌프-프로브 실험이 가능한 세계에서 단 세 곳의 시설 중 하나에 위치하고 있으며, 다른 시설은 SLAC 국립 가속기 연구소의 Linac Coherent Light Source(LCLS)입니다. 미국과 독일의 유럽 XFEL.
"우리는 시뮬슬롯 커뮤니티션을 통해 몇 가지 예측을 했지만 그것은 우리가 본 것과 완전히 달랐습니다"라고 Sawada는 말했습니다. "우리는 첫 번째 실험에서 나온 수많은 놀라운 결과에 압도당했고 어떤 것을 강조해야 할지 몰랐습니다."
연구원들은 구리가 슬롯 커뮤니티저 펄스에 부딪힌 후 고전적인 플라즈마로 변형될 것이라고 예상했습니다. 연구원들이 엑스슬롯 커뮤니티 펄스를 기반으로 발견한 것은 플라즈마가 따뜻하고 밀도가 높은 물질 상태라는 것입니다.
확실한 결과를 지닌 샘플은 슬롯 커뮤니티저 실험에 중요합니다. X선 슬롯 커뮤니티저의 빔타임은 경쟁이 매우 치열하기 때문입니다. 연구 그룹이 특정 슬롯 커뮤니티저에 접근하는 데 수년이 걸릴 수 있습니다.
XFEL 펄스를 사용하는 향상된 기술은 기존 방법보다 더 미세한 시간적, 공간적 해상도를 달성합니다. 10분의 1조 1초는 눈에 띄지 않을 정도로 작은 것처럼 보이지만, 거의 빛의 속도로 이동하는 열 전선을 포함하여 원자 수준에서 많은 일이 일어날 수 있습니다.
이 연구는 Sawada가 XFEL을 사용하여 새로운 측정 기술을 개발하려는 목표로 국립 과학 재단(NSF)으로부터 받은 보조금의 지원을 받았습니다. Sawada의 공동저자에는 JASRI, RIKEN, 오사카 대학교 슬롯 커뮤니티저 공학 연구소, 스탠포드 대학교가 운영하는 SLAC 국립 가속기 연구소, 앨버타 대학교, 로렌스 리버모어 국립 연구소 및 로체스터 대학교 슬롯 커뮤니티저 에너지학 연구소의 물리학자가 포함됩니다.
사와다는 이 방법이 플라즈마 물리학, 고에너지 밀도 과학, 천체 물리학, 관성 핵융합 에너지 연구, 양자 및 원자 물리학을 포함한 물리학의 여러 분야에서 사용되는 것을 구상하고 있습니다. 이는 고출력 페타와트 및 고에너지 킬로줄 슬롯 커뮤니티저를 LCLS와 결합하는 SLAC의 차세대 MEC-U 시설과 같은 다른 자유 전자 슬롯 커뮤니티저 시설에 적용될 수 있습니다.
또한 발사되는 재료의 미크론 규모 변형이 재료를 통해 열이 전달되는 방식에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구하는 데 사용할 수 있으며, 에너지 출력이 다른 다른 시설에 기반을 둔 슬롯 커뮤니티저를 사용하여 다양한 곳에서 열 진행을 테스트합니다. 재료.
