水中脉冲等离子体的超快X射线成像
等离子体物理
2021-06-16 v1 高能物理 - 实验
光学
摘要
液体中的脉冲等离子体表现出三相物质（液体、气体、等离子体）之间复杂的相互作用，目前已在多个领域的广泛应用中使用，然而我们对液体中等离子体起始过程的理解存在显著知识空白，阻碍了进一步的应用与控制；该研究领域目前缺乏一个全面的预测模型。为从实验上推动该领域的进展，在此我们展示了已知首个水中脉冲等离子体起始过程的超快（50 ps）X射线图像（+25 kV、10 ns、5 mJ），这得益于阿贡国家实验室先进光子源（APS）可用的X射线成像技术，并辅以纳秒光学成像与计算X射线衍射模型。这些结果清晰分辨出在通常因光学发射（<100 ns）而被掩盖的起始时间尺度内的狭窄（约10微米）低密度等离子体通道，这是在没有APS同步辐射等最先进X射线源的等离子体实验中众所周知且难以解决的问题。本工作所呈现的图像涉及若干主流等离子体起始假说，支持电致伸缩与气泡形变作为主导的起始现象。我们还展示了本工作中所用的等离子体装置作为一个廉价（<10万美元）、紧凑且可重复的基准成像目标（29.1 km/s、1 TW/cm），有助于下一代高能密度物理（HEDP）超快成像的发展，以及HEDP研究更易于集成到同步辐射设施中。
引用
@article{arxiv.2007.14631,
title = {Ultrafast X-ray imaging of pulsed plasmas in water},
author = {Christopher Campbell and Xin Tang and Yancey Sechrest and Kamel Fezzaa and Zhehui Wang and David Staack},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.14631},
year = {2021}
}
备注
6 pages, 5 figures. Supplementary Material included as SM.pdf. Three supplementary videos included as SMVideo1.mov, SM Video2.MP4, and SMVideo3.mp4