勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員近日宣布，他們成功創造了世界上最亮的X射線源，其強度是以前光源的兩倍。這一突破性的成果有望推動聚變能研究等關鍵領域的發展。

為了實現這一里程碑，研究人員結合了兩種強大的工具：國家點火裝置(NIF)激光和超輕金屬泡沫。NIF激光器是世界上能量最強大的激光器之一，能夠發射極其強烈的光脈沖。而金屬泡沫則是一種具有海綿狀結構的材料，其中含有孔隙網絡，重量極輕。研究人員選擇了銀作為金屬泡沫的材質，因為金屬產生的X射線的能量與其原子序數有關，他們想要制造能量大于20,000電子伏的X射線。

泡沫的結構在實驗中也起到了至關重要的作用。研究人員使用模具和銀納米線制造了4毫米寬的圓柱形靶材。當NIF激光照射到固體金屬上時，它只會加熱表面的一小塊區域。然而，由于泡沫的多孔性質，激光能夠更深地穿透，加熱更大體積的材料。LLNL的科學家杰夫·科爾文表示，他們制造的銀泡沫的密度約為固體密度的1/1000，熱量在泡沫中的傳播速度比在固體中快得多，整個泡沫圓柱體在大約15億分之一秒內就會升溫。

這種快速而廣泛的加熱過程是產生前所未有的明亮X射線的原因。研究小組還進行了進一步的實驗，改變了泡沫密度，以確定最大化能量輸出的最佳結構。

這種新型X射線源為科學探索提供了巨大的潛力，特別適合對密度極高的物質進行成像和分析，例如慣性約束聚變實驗中產生的等離子體。慣性約束聚變是一種利用強激光加熱和壓縮小燃料球的工藝，有望成為一種清潔而豐富的能源。

此外，這項研究還意外地揭示了等離子體的物理特性。科學家觀察到，這些高能、高溫金屬等離子體與熱平衡狀態有顯著偏差，電子、離子和光子并不具有均勻的溫度。這一發現意味著需要重新思考對熱傳輸的假設以及如何計算這些特定金屬等離子體中的熱傳輸。

展望未來，這一成果在等離子體物理學領域具有巨大的潛力，并有助于開發更精確的慣性約束聚變模型，進一步推動聚變能研究的發展。