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开云kaiyun(中国) 一种新式专用仪器可捕捉材料在压力下的原子级变化

发布日期:2026-06-16 21:54    点击次数:159

开云kaiyun(中国) 一种新式专用仪器可捕捉材料在压力下的原子级变化

该本事专为国度焚烧安设(NIF)执行平台开垦。

一种名为“激光执行柔性成像衍射会诊仪”(FIDDLE)的专用仪器,被设想用来捕捉材料特质在一会儿发生的原子级变化。

FIDDLE 用于激光脱手压缩执行,将非聚变材料置于顶点温度和压力(地球大气压的 100 万至 1000 万倍)之下,以捕捉材料相变时的原子模范变化。

该开垦由劳伦斯利弗莫尔国度执行室(LLNL)与桑迪亚国度执行室以及 Advanced hCMOS Systems 公司共同开垦,最近荣获了闻明的 R&D 100 大奖。

极高精度的快照

碳原子既不错成为柔嫩的石墨,也不错变成硬到能切割钢铁的钻石。别离就在胪列模式。在亚原子层面,原子胪列模式的狭窄变化,就会透顶变调材料的行为。

弥远以来,内行们一直试图在顶点条款下及时不雅察这些结构滚动,但未能遂愿。这些变化发生得太快,压力也过于剧烈,表率相机根蒂无法承受。但当前,FIDDLE 有望治理这一困难。

FIDDLE 用于“动态压缩”测试。众多的激光束狠恶轰击非聚变靶材料,将其压力推至地球大气压的 1000 万倍。

这一切齐发生在几十纳秒之内。在这种废弃性的重压之下,靶材里面的晶体结构会发生误会和位移。

“聚拢材料不同相之间各别的一个常见纪律,即是思思钻石和石墨在物感性质上的区别,” LLNL 物理学家卡拉·文纳里阐发注解说念,“宏不雅材料行为上的众多各别,与埃(一亿分之一厘米)量级的原子位移息息关联。”

为了不雅察这些埃级位移,FIDDLE 收受了一种高度专科化的本事:另一组激光束击中隔邻的金属箔,产生顷刻的 X 射线闪光。当这些 X 射线穿过被压缩的样品时,开云kaiyun(中国)体育官网会发生迂曲和散射,从而变成 X 射线衍射图样。

捕捉这种图样,恰是旧式仪器所靠近的挑战。以往的会诊开垦在执行收尾或开垦失效之前,最多只可拍摄一到两张快照。

FIDDLE 能作念得更多。它将多达八个定制的搀杂 CMOS 传感器集成到一个紧凑的簇状阵列中。这些传感器距离靶材仅 50 毫米,约略快速一语气地捕捉四到八张不同图像。令东说念主惊奇的是,帧与帧之间的时代终结惟有两纳秒。

最终获取的是一组时代区别序列图像,精准地展示出材料原子晶格在应力下何如演变。

信号优化

制造这台仪器并非易事。激光辐射时,NIF 靶室里面犹如杂沓的恶梦——弹片横飞、金属碎片四溅,布景辐射扎眼夺目。同期还会产生强电磁脉冲,足以灭亡某些电子器件。

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工程团队不得不建造平定的屏蔽层,将这台重达 130 公斤的仪器与顶点恶劣的环境遏止开来。此外,还加装了强制风冷和水冷回路,以防高密度封装的传感器芯片过热。

早期测试碰到了一个令东说念主不振的困难:布景 X 射线浸透数据,导致图像依稀不清。团队通过聚焦靶材外壳自己治理了这个问题。他们奥密地修削靶体外缘并救援其角度,就得胜抵触了杂散辐射对传感器的干豫。信号随之变得涌现。

到当前为止,该系统已在铅样品上进行了测试,将拿获的数据与已知相图进行对比,以完善仪器的校准。下一步,蓄意将 FIDDLE 用于高度玄妙的库存核火器治理材料以及天体物理学中至关弥留的元素洽商。

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