Ученые создали аппарат для анализа самого экстремального вещества в природе
Кристаллический рентген-спектрометр для анализа плазмы высокой плотности энергии (HED-плазма) разработали ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), 9 апреля говорится в статье в ежемесячном научном журнале Американского института физики Review of Scientific Instruments.
Исследуемую HED-плазму, подобную той, которую можно обнаружить внутри звезд, ядерных взрывов и ядер планет-гигантов, получают в американском Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (NIF). «Обычные» спектрометры, разрабатываемые PPPL для анализа характеристик плазмы (таких как температура ионов и электронов), предназначены для работы с относительно большими объемами (несколько кубометров) плазмы, удерживаемой в магнитном поле тороидальных токамаков, и не подходят для регистрации характеристик HED-плазмы, получаемой в NIF.
Объем HED-плазмы в NIF составляет порядка одного кубического миллиметра и может рассматриваться как точечный источник рентгеновского излучения — для исследования такой плазмы с высоким разрешением требуются спектрометры иной конструкции.
Стандартные формы кристаллов, которые до сих пор применялись в спектрометрах плазмы, не подходят для анализа HED-плазмы, поскольку их разрешение и пропускная способность фотонов недостаточно высоки, и они вносят существенную погрешность в измерения. Для устранения данных проблем член команды физиков PPPL Манфред Биттер разработал сложную форму кристалла — так называемую синусоидальную спираль. Новый кристаллический спектрометр PPPL, имеющий подобный кристалл большой площади и отражающий широкий диапазон энергий рентгеновского излучения, должен повысить качество измерений характеристик HED-плазмы в NIF.
Как показало предварительное компьютерное моделирование, применение кристалла новой формы улучшило характеристики энергетического разрешения при анализе HED-плазмы NIF в 5 раз по сравнению со «старыми» спектрометрами. Испытание нового спектрометра запланировано в NIF в октябре. «Мы пришли к этому дизайну после нескольких попыток и уверены, что он сработает, — заявил Биттер, — Но мы еще не проводили тестирование в NIF и должны посмотреть, как он покажет себя осенью».
Напомним, физика высоких плотностей энергий (англ. High Energy Density Physics, HED Physics) — раздел физики на стыке физики конденсированного состояния и физики плазмы, занимающийся изучением систем, имеющих высокую плотность энергии. Под высокой обычно понимается плотность, превышающая плотность энергии в атоме водорода, равную величине 10 в одиннадцатой степени Дж на кубический метр, что соответствует давлениям порядка 1 Мбар. Исторически первой задачей, имеющей дело с HED, являлась проблема управляемого термоядерного синтеза, и в частности проблема инерциального синтеза, при решении которой и приходится проводить изучение HED-веществ. Другим направлением является экспериментальная астрофизика, в рамках которой в земных условиях моделируются процессы, идущие в астрофизических объектах, например, звёздах.
