世界最强大激光器蒸发水滴瞬间:形成“水膜”似雨伞

发布:cyqdesign 2016-05-31 10:13 阅读:6627
科学家们近日在微观尺度下,拍下了世界上最强大的X射线激光器将液体瞬间蒸发的情景。这些激光器利用极为明亮、速度极快的光束来拍下蒸发过程的频闪照片,而液体蒸发正是自然界中速度最快的现象之一。研究人员设计了一系列实验,希望能更好地利用这些X射线激光器,同时对激光蒸发液体的过程获得更深入的了解。 OGIv".~s4  
heL`"Y2'y>  
这些测验在斯坦福大学的SLAC国家加速器实验室中进行,使用了该实验室的直线性连续加速器光源,这是世界上最强大的X射线激光器。 0KTO )K  
I;-Y2*  
3E^qh03(  
“如果我们能弄清液体的爆裂过程,就能避免产生一些不必要的效果。”斯坦福脉冲研究所的科罗迪欧斯坦说道,“它还能帮助我们找到一些用X射线引发液体爆裂来触发样品的变化过程的新方法,并对处于极端环境下的物质进行研究。这些实验将帮助我们更好地理解X射线及其它应用领域存在的各种现象。” ^ghYi|kQq  
!y B4;f$  
在SLAC的直线性连续加速器光源设备中,研究人员经常利用液体将样品送到X激光束的发射路径上。但在满功率状态下,超亮的X射线能在瞬息之间将样品打得灰飞烟灭。还好在大多数情况下,研究人员可以赶在样品被损坏前得到自己需要的数据。 QS!Z*vG  
Zp^O1&\SK?  
而此次最新研究成功地在微观尺度下展现了整个爆裂过程,从而让科学家更好地理解这一过程会对X射线激光实验产生怎样的影响。 (WJ)!  
?_d6 ;  
斯坦和他的团队对将液体注入X射线激光器轨道的两种方法分别进行了研究,一是将液体一滴一滴地不断滴入轨道中,另一种则是以水流的形式,将液体源源不断地注入轨道中。 T.3{}230<  
rhcax%Cd  
b>VV/j4!/  
每当X射线脉冲击中液体时,研究团队就会拍下一张图片,距离脉冲发射的时间仅隔了50亿分之一至1万分之一秒。他们共拍摄了几百张这样的频闪照片,然后将它们组合成一段视频。 Y!_{:2H8p  
5!fOc]]Ow  
“多亏了为此次研究专门设计的成像系统,我们第一次成功地记录下了这一过程。”该论文的共同作者塞巴斯蒂安布特说道,“我们利用一台超快激光器来照亮液体的爆炸瞬间,就像探照灯一样,然后用一台适合在真空环境下工作的高分辨率显微镜来制作图片。 =\|,hg)c  
u*): D~A  
这段视频记录了X射线脉冲使液滴破裂的全过程。在被X射线脉冲击中后,液滴会变成一团更加细碎的颗粒和蒸汽,然后向附近的其它液滴扩散,使它们也破碎开来。这些受损的液滴接着会向距离最近的液滴移动,然后和它们融合在一起。图片中央垂直的白线便是X射线经过的路径。 ZnRT$ l O  
"+T`{$Z=C  
而在连续注入液体时,视频显示,X射线脉冲先是在水流上打出一个洞,然后这个洞不断扩大,两段的水流逐渐形成了一层薄薄的“水膜”,形状像两把雨伞,并慢慢向后回缩,最终和水流融合在了一起。 |T@SlNi]  
JRw,${W  
在实验所得数据的基础上,研究人员建立了一个数学模型,精确地描述了受到不同变量影响时的液体爆炸形式,如脉冲强度、液滴大小和水流直径等。 {0w2K82  
:;.^r,QAI  
他们还预言,由于脉冲会在水流中形成空腔,这会对欧洲的X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Laser,XFEL)和SLAC实验室正在建设的LCLS-II激光器造成一定的挑战。两者都是先进的下一代X射线激光器,发射的激光速度可以达到现有设备的几千倍。 `WN80d\)&  
NIVR;gm  
hPSMPbI  
“这些水流在发生爆炸之后,需要几万分之一秒才能恢复如初。因此,如果下一次X射线脉冲赶在水流恢复之前发射的话,我们就无法让每一道脉冲都派上用场了。幸运的是,我们的数据显示,我们已经将水流调节到了一个比较合理的形式,可以很快便恢复成原来的样子。还有一些方法,甚至能让水流恢复的速度再快一点。这让我们能够将LCLS-II激光器的威力发挥到最大。” &Ap9h# dK  
^)?Wm,{"w  
该研究团队相信,他们的研究数据可以被用在接下来的新实验之中,帮助科学家更好地研究那些速度极快的自然现象。 (;;ji!i  
in/~' u  
8T9 s:/%  
5{k,/Z[L  
xi(1H1KN5B  
Lv]%P.=[G  
分享到:

最新评论

redplum 2016-06-01 00:17
太深奇了
likaihit 2016-06-01 00:18
照片如何拍摄的
dushunli 2016-06-01 00:40
好厉害啊!
cartinom 2016-06-01 03:36
高端科技
tassy 2016-06-01 05:55
激光器蒸发水滴高端科技
蓝天夏 2016-06-01 06:43
高速摄像机的水平越来越高
liufeng0911 2016-06-01 08:05
66666666666
我是子风子 2016-06-01 08:28
有想法!
ldmin2008 2016-06-01 08:44
X射线激光器将液体瞬间蒸发的情景
climberhua 2016-06-01 08:53
这得高速相机搞定啊
我要发表 我要评论
限 50000 字节
关于我们
网站介绍
免责声明
加入我们
赞助我们
服务项目
稿件投递
广告投放
人才招聘
团购天下
帮助中心
新手入门
发帖回帖
充值VIP
其它功能
站内工具
清除Cookies
无图版
手机浏览
网站统计
交流方式
联系邮箱:广告合作 站务处理
微信公众号:opticsky 微信号:cyqdesign
新浪微博:光行天下OPTICSKY
QQ号:9652202
主办方:成都光行天下科技有限公司
Copyright © 2005-2024 光行天下 蜀ICP备06003254号-1