新宝5官网LCLS测量挑战等离子体理论

 新闻资讯     |      2020-03-31
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lcls测量挑战等离子体理论

该图上的峰表示在密集的超热等离子体中产生的关键能量特征,这首次使该等离子体环境的影响得以详细测量

阅读图片由牛津大学sam vinko提供

通过在lcls上用x射线瞄准超薄铝,科学家能够分析并查明在密集的等离子体中将电子从高电荷原子中敲除所需的能量,从而为核聚变和恒星的内部工作提供了可能的见识

加利福尼亚门洛帕克(menlo park),对极热,致密物质的第一个受控研究推翻了广为接受的已有50年历史的模型,该模型用于解释离子如何在致密等离子体中相互影响

从旨在利用核聚变作为能源的研究到了解恒星的内部运作,研究结果应有益于广泛的领域

这项研究还证明了美国能源部(doe)的slac国家加速器实验室的直线加速器相干光源(lcls)x射线激光器的独特功能

尽管研究人员之前曾制造出非常热和致密的等离子体,但lcls允许他们测量这些状态的详细特性,并首次测试等离子体物理的基本类别

等离子体有时被称为物质的第四种状态,与固体,液体和气体并列,在这种情况下,其温度比太阳表面高出数百倍(200万开尔文或360万华氏度)

由国际研究人员小组报告的这些测量结果已于本周在《物理评论快报》上发表,这与半个世纪以来科学家用来了解血浆内部状况的普遍模型相矛盾

牛津大学研究小组的负责人贾斯汀·沃克说,我们认为这不可能在其他地方完成

拥有x射线激光是关键

国际研究小组通过在lcls上用x射线瞄准超薄铝来制造等离子体,该研究小组于1月份报告了其初步结果

现在,在对来官方注册自同一实验的数据进行新分析的第二项研究中,研究小组解决了另一个问题:在如此高温,密集的等离子体中的原子如何受到环境的影响?

研究人员能够确定在密集的等离子体中将电子从高电荷原子中敲除所需的能量

牛津大学的奥兰多·西里科斯塔说,这项研究的主要作者包括三个美国能源部国家实验室的科学家,这是一个没人能够正确测试过的问题

lcls为这些研究提供了独特的测试平台:它提供了一个非常可控的环境,用于测量极端现象,具有微调能量的激光束以及在特定固体密度下精确测量等离子体性质的方法

这项新的分析使科学家能够洞察科学家需要在某些实验方法中产生的各种等离子体,这些过程需要为恒星提供动力,在该过程中,超凝聚原子的核结合并释放出大量能量

这项研究可能会导致对聚变某些方面进行改进的建模,因为它提供了有关紧密堆积的原子随着其相关电子轨道重叠而开始失去自主性的过程的详细信息

科学家使用可能包含数百万行代码的复杂算法来模拟过热物质的行为,并为聚变的工作原理建立更好的模型

ciricosta说,即使是用于模拟密集等离子体的非常复杂的计算机代码也通常采用1966年以来的旧模型来模拟等离子体环境的影响

我们在lcls上的工作表明,这种广泛使用的模型不适合数据

不幸的是,事实证明,早于1963年的方法就做得更好

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沃克说,他希望这一发现将对等离子体物理学界产生重大影响,因为1963年的模型可以很容易地应用于改善许多领域的现有模拟

但是,完整的物理原理还远远不够,他警告说,可能需要更多的测试和改进

他说,我们不会声称任何当前的模型都可以在所有条件下都能适用于所有情况

我们真的希望人们去解决这个问题,看看他们是否可以提出更复杂的建议

warks小组的成员来自牛津大学

slac; 劳伦斯·伯克利国家实验室;劳伦斯·利弗莫尔国家实验室;加州大学伯克利分校;奥地利国际原子能机构;英国awe的等离子体物理系;捷克共和国物理研究所ascr;desy和德国的friedrich-schiller大学

官方注册综合报道