2026年1月8日，由美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》發(fā)表了題為《基于等離子體尾波加速的激光驅(qū)動(dòng)水中激波多信使動(dòng)態(tài)成像研究》的論文。該研究首次利用X射線與電子束對(duì)激光激發(fā)的水中激波進(jìn)行同步“雙視角”成像，以“多信使”觀測手段拍攝出激波動(dòng)態(tài)傳播的“微觀電影”。團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)的皮秒-微米級(jí)超高分辨率成像系統(tǒng)，在分子尺度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光驅(qū)動(dòng)激波演化過程的實(shí)時(shí)觀測。這一技術(shù)突破為慣性約束聚變關(guān)鍵物理過程的數(shù)值模擬提供了全新的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段，有望推動(dòng)聚變能源研究向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。

研究源于2019年由密歇根大學(xué)博士生Mario Balcazar提出的初步設(shè)想，旨在通過高強(qiáng)度激光產(chǎn)生的X射線實(shí)現(xiàn)等離子體快速運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)成像，為聚變研究提供更精確的診斷方法。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)采用頭發(fā)絲粗細(xì)的流動(dòng)水射流作為靶材，克服了真空環(huán)境下結(jié)冰問題，實(shí)現(xiàn)了每秒一次的激光轟擊頻率，并利用激光等離子體加速器產(chǎn)生超快X射線和高能電子束，通過調(diào)整探測激光與激波產(chǎn)生激光的時(shí)間差，拼接出激波演變的連續(xù)影像。

團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，通過結(jié)合電子探針與X射線視圖的雙視角觀測，揭示了之前單靠X射線未能發(fā)現(xiàn)的環(huán)繞水射流的薄層水蒸氣。該蒸氣層起到了緩沖作用，使激波能夠?qū)ΨQ壓縮水體，這一機(jī)制類似于慣性約束聚變中靶材外部包裹低密度泡沫以實(shí)現(xiàn)均勻壓縮的過程。這一“蒸氣輔助對(duì)稱性”的首次清晰觀測，使水射流實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成為研究聚變相關(guān)對(duì)稱效應(yīng)的縮比模型。

本研究在美國能源部LaserNetUS計(jì)劃的支持下，依托勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室BELLA中心的100太瓦激光系統(tǒng)完成。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)首次面向多機(jī)構(gòu)用戶開放，凝聚了伯克利實(shí)驗(yàn)室、密歇根大學(xué)、SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校及倫敦帝國理工學(xué)院六所機(jī)構(gòu)的交叉學(xué)科智慧。

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