惊人的水爆炸：X射线激光脉冲造就

2016-05-30 15:56

　爆炸是在极短时间内，释放出大量能量的过程。例如点燃火药，会形成产生热量的化学反应，可在极短时间内聚集大量能量。热量会使得气体迅速膨胀，并与周围的环境之间形成压力差。这种巨大的压力差能摧毁许多事物，包括整座城市、星球或者纳米级人体组织等。

　　相关的例子发生在激光手术中：加热人体的一小部分组织，通过超微爆炸使其蒸发消失。事实上，激光是实现爆炸的一种有效方式，比如说激光消融；因为激光能在一瞬间将巨大的能量传输到某些材料内部。

　　来自美国斯坦福大学、德国马普学会以及其他研究机构的一个大型研究团队一直在努力研究通过X射线自由电子激光器（XFELs）实现事物的爆炸，并且在《Nature Physics》发表了他们的研究成果。这些物理学家们解释道，生成皮秒级X射线脉冲是一种新的能力，这种脉冲是形成动态下简单爆炸的理想因素，至少相对于光学激光器来讲是这样的。

　　他们发表的论文表示：“爆炸是将物质的动态暴露在极端条件下形成的一种壮观有趣的现象。经过调查，我们通过时间分辨成像，记录了水滴和水流由超强度X射线激光脉冲诱导形成爆炸的过程。我们的观察结果显示，液体和蒸气流的高速互动以及液体射流形成的冲击波都会形成爆炸性气化。由于X射线吸收的简单空间格局，这些‘流’与激光消融所形成的流是不同的。”

　　基本思路是这样的：射入的X射线光束会在目标液体内生成正离子，然后通过静电力捕捉电子。与此同时，这些电子能通过脉冲吸收光子，很快会形成突发性结果，然后会对沿着光束路径的液滴的狭长区域进行极度加热。

　　这种极端能量密度和长丝状爆炸区域是通过以往激光消融试验无法实现的。将光学激光束发射到液滴内能实现将光束聚焦到一个点上。

　　最终结果是液滴碎片和蒸发，在原始脉冲路径周围留下一个圆盘状的云，而不是所想象的从单一点爆炸所形成的球体。

　　这种怪异的X射线爆炸固然不错，但是其实际用途何在呢？首先，这种方式能进行相对容易控制的爆炸。因此可以通过激光束创建和研究物质新动态。

　　正如作者所说的那样，“这种实验能通过前所未见的空间和时间分辨率，揭示纯液体的结构和动力学，以及溶液中的化学或生物样品。”（文/Oscar译）