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【开云体育官方网址】动态热稠密物质物理的超快X射线激光散射研究

作者:    时间:2022-11-29   浏览:13587

本文摘要:大约1Mbar或者更加强劲高压下的材料研究近期早已沦为研究热点,这主要是由于其在行星产生,物质科学以及惯性约束核聚变等领域具备最重要的研究价值。

大约1Mbar或者更加强劲高压下的材料研究近期早已沦为研究热点,这主要是由于其在行星产生,物质科学以及惯性约束核聚变等领域具备最重要的研究价值。冲击波传输铝的研究具备最重要意义,并早已沦为冲击波实验的标准并广泛应用在状态方程和热密集物质研究中。在室温下铝具备3个游离电子,可以获取一个理想电子流体。随着温度和压力快速增长,传输并毁坏离子晶格,但离子力仍不存在,从而构成了一个背离普通流体的模型。

  理论上主要使用密度函数融合多粒子分子动力学(DFT-MD)等发展为由头算数工具探究该高压物理领域。到目前为止,这些仿真研究早已可以预测从实验中光学临床观测冲击波和粒子速度等。由于结构性质的研究一般来说与多粒子如电子与离子,离子与离子相互作用物理涉及,从而使该研究变得复杂,即使近期使用X射线吸取序使得该领域取得部分进展。

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第四代光源上的前期实验使用x射线散射并测量了从弹性态到塑性态的进化。但在Mbar压力下的研究,尤其是对多种液体的熔融条件下,最近才在实验条件上取得进展。

在线性相干性光源LCLS装置上发展了8keV峰值亮度为2.71034光子数/s/mm/mrad,比特率为0.1%,从而对前向衍射的集体电子唤起测量。极端材料观测装置(MEC)使用亚微米的探讨斑可精确测量这些过程,这对辨别材料激光过程(2微米),纳米需产生等离子体(5微米),辨别单体冲击波(10微米)等研究至关重要。

  图1.实验示意图  当前对瞬态高压位相下的结构因子测量找到了狭窄的峰值,这反应了屏蔽效应与离子和离子间相互作用势的短程排斥力的填充效果。该结果不尽相同与最近报导的结构因子。

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此外,本实验和计算出来使用DFT-MD等充足准确以必要测量微材料性质。实验设计如图1右图,其中记录了X射线衍射数据,这些谱仪主要用来研究通过测量等离子体激元,角辨别衍射和结构因子数据等获取密度和温度信息。两束4.5J的激光探讨在表面镀有2微米聚合物的50微米厚度铝表面,两个Mbar量级的冲击波牵传输并转入液体铝内部。

在0.5ns内,激光能量很快下降至常数,强度为35TW/cm。激光工作波长为527ns,空间上在60微米的焦斑内光滑简化并驱动强劲冲击波。

  当冲击波在靶中心遇见时(激光驱动1.8ns后),靶密度超过7g/cm3,对应峰值流体5Mbar。8keV的50fs的LCLS-X射线激光探讨至10微米焦斑内,击穿密集传输铝材漆通过X射线衍射观测该实验过程。  为辨别电子等离子体波动,LCLS工作在种子X射线模式下,线性加速器Linac加快电子至能量大约13.6GeV,电量150pC,经历其最初的15个调制器后,Linac产生功率大约为1GW,接着电子则经过4米宽的细管而x射线由晶体Bragg光线比特率大约为0.510-4的X射线序。

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入射X射线序则产生5MW扯尾单能种子脉冲,报请17个波荡器缩放为总功率10到15GW的超高亮度X射线。  图2.等离子体衍射序  图2右图为等离子体衍射序,等离子体的共振频率可作为电子密度的密切相关参数。未压缩铝等离子体移往为19eV,对应自由电子密度为1.81023cm,在冲击波撞击  阶段快速增长至29eV,如图3中,观测的密度为4.11023cm,对应了2.3倍的传输。

在峰值传输阶段,弹性散射强度比起于冻衍射幅度快速增长了2.8倍,如图2中对应热温度为T=20000K(1.750.5eV),即超快X射线沉积了3500K(每个电子0.3eV)于靶内部。部分能量用来特热电子流体,但同冲击波冷却比起仍较小。  图3.压力密度表格  在波数辨别衍射数据中可辨别高压离子与离子结构因子,初始时刻,由DebyeScherrer的环可表明来自液体中离子晶格的峰值。坐落于38和45,65的峰值分别对应(111),(200),(220)等。

当冲击波开始传输传输液体时,晶格间距d开始上升,峰值开始偏向更大的衍射角,随着激光强度的减少,铝开始融化并过渡性至热密集物质态,首先在1.38倍传输时在45方位处观测到离子和离子关联峰,以及布拉格衍射峰。随着更高强度压力,即更高激光探讨,铝开始被传输至1.9倍初态密度,关联峰位移至51,当冲击波撞击时,峰值更进一步偏向55一处,数据指出为2.3倍传输。  图3对比了实验压力数据与经验公式和状态方程仿真结果。

本实验数据指出在低于1.2Mbar时,Bragg衍射峰开始消失,冲击波撞击数据低于等温线,本实验中的找到指出序和波数辨别X射线散射可用作测试电磁辐射流体力学和状态方程模型。本方法在动态传输材料科学研究中获取了高分辨的数据,未来可用作对高压强下观测电离效应研究中。目前仅有在LCLS上的种子鼓舞X射线源可获取准确的数据用作微尺度的理论和仿真研究。


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