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使用纳米线和长波长超短脉冲激光产生等离子体

发布时间:2019-06-06 14:53:49 来源:

耶拿大学的物理学家开发了一种生产等离子体的新方法,使他们能够处理阻碍这一极其困难过程的一些问题。

三种经典的物理状态 - 固态,液态和气态 - 可以在任何普通厨房中观察到,例如当你将冰块放入沸腾时。但如果你进一步加热材料,使物质原子碰撞,电子与它们分离,那么就会达到另一种状态:等离子体。太空中99%以上的材料以这种形式存在,例如在恒星内部。因此,难怪物理学家热衷于研究这种材料。不幸的是,由于各种原因,利用恒星内部存在的高温和高压在地球上创建和研究等离子体是极具挑战性的。耶拿弗里德里希席勒大学的物理学家现在设法解决了其中的一些问题,他们在研究期刊物理评论X上报告了他们的结果。

纳米线让光通过

“为了以等离子体形成的方式加热材料,我们需要相应的高能量。我们通常使用大型激光形式的光来做到这一点,”耶拿大学的Christian Spielmann解释道。“然而,这种光必须是非常短脉冲的,因此当材料达到适当的温度时,材料不会立即膨胀,而是在短时间内保持密集的等离子体。” 然而,这个实验装置存在一个问题:“当激光束撞击样品时,会产生等离子体。然而,它几乎立即开始像镜子一样反射并反射大部分进入的能量,因此无法穿透事情就是这样。激光脉冲的波长越长,问题就越关键,“Zhanna Samsonova说,

为了避免这种镜像效应,耶拿的研究人员使用硅线制成的样品。这种导线的直径 - 几百纳米 - 小于入射光的大约四微米的波长。“我们是第一个使用如此长波长的激光来制造等离子体的人,”斯皮尔曼说。“光线穿透样品中的导线并从各个侧面加热,因此在几皮秒的时间内,与激光被反射相比,产生的等离子体积大得多。大约70%的能量可以穿透样品。” 此外,由于激光脉冲短,加热材料在膨胀之前会稍长一些。最后,使用X射线光谱学,研究人员可以检索有关材料状态的有价值信息。

温度和密度的最大值

“通过我们的方法,可以在实验室中获得新的温度和密度最大值,”Spielmann说。例如,在大约1000万开尔文的温度下,等离子体比太阳表面上的材料要热得多。Spielmann还提到了项目中的合作伙伴。对于激光实验,耶拿科学家在维也纳科技大学使用了一个设施; 样本来自德国国家计量研究所(Braunschweig); 用于确认调查结果的计算机模拟来自达姆施塔特和杜塞尔多夫的同事。

耶拿团队的成果取得了突破性的成功,为血浆研究提供了一种全新的方法。关于等离子体状态的理论可以通过实验和随后的计算机模拟来验证。这将使研究人员更好地了解宇宙学过程。此外,科学家们正在为大型仪器的安装进行宝贵的准备工作。例如,国际粒子加速器“反质子和离子研究设施”(FAIR)目前正在达姆施塔特建立,并将于2025年左右投入使用。由于新的信息,可以选择值得的特定区域。仔细检查一下。

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