Удивительное видео впервые показывает, что капли прорезаются лазером …

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Департамент энергетики, впервые получили изображения жидкостей на микроскопическом уровне, когда они удаляются самым ярким в мире рентгеновским лазером.

Источник изображения: Phys.org

Исключительно яркие рентгеновские лазеры используются для съемки атомных снимков самых быстрых природных процессов благодаря их быстрой вспышке света. Клавдиу Стэн из Стэнфордского института PULSE объяснил перспективы этого эксперимента:

«Понимание динамики этих взрывов позволит нам избежать их нежелательного воздействия на образцы. Это также может помочь нам найти новые способы использования рентгеновских вспышек для изменения образца и изучения вещества в экстремальных условиях. Эти исследования могут помочь нам лучше понять широкий спектр явлений в рентгеновской науке и других приложениях “.

При полной работоспособности эти ультра-яркие рентгеновские лучи могут разрушать образцы за доли секунды. Благодаря передовым технологиям сбора данных исследователи могут собирать и записывать необходимые данные до взрыва образца.

Последнее исследование, детализирующее влияние рентгеновских лазеров на образцы, было опубликовано в журнале Nature Physics. Экспериментальное исследование показывает микроскопические детали нестабильного контакта, когда рентгеновские лучи попадают на образец. Исследование дает представление о рентгеновских лазерных экспериментах и ​​о том, как разворачиваются реакции.

В ходе исследования были изучены два типа взаимодействий между рентгеновскими лазерами и образцами. Во-первых, жидкие образцы взаимодействовали с рентгеновскими лазерами в виде серии капель. Во-вторых, рентгеновский лазер поражает непрерывный поток жидкости.

Команда запечатлела синхронизированные изображения с невероятными пятью триллионами секунды до десяти тысячных секунды после того, как каждый импульс рентгеновского лазера попал в жидкость. Изображения были получены с помощью высокочувствительной системы визуализации, разработанной специально для этой цели. Исследователи сделали бесчисленное множество снимков, которые впоследствии были соединены в пленку.

«Благодаря специальной системе визуализации, разработанной для этой цели, мы смогли записать эти фильмы впервые. Мы использовали сверхбыстрый оптический лазер в качестве стробоскопа, чтобы осветить взрыв, и мы сделали изображения с помощью микроскопа высокого разрешения, который подходит для использования в вакуумной камере, где рентгеновские лучи попадают на образцы ».

Видео показывает каплю жидкости, порванную рентгеновским лазером, и это удивительное зрелище. Это создает облако капель или более мелких частиц, которое также включает пары. Облако становится больше и повреждает другие капли жидкости в его окрестностях. Поврежденные капли, в свою очередь, сливаются с большим количеством капель, создавая новые облака.

С другой стороны, поведение, представленное жидкими струями, когда они устраняются рентгеновским лазером, совершенно иное. Встречный поток жидкости просверливается рентгеновским лазером, который пробивает отверстие в его центре. Отверстие продолжает расширяться и приводит к образованию тонкой пленки жидкости по обе стороны от буртика в струе жидкости. Пленка растет в форме зонтика, который в итоге сливается со струей.

Ученые использовали данные, полученные в результате этих экспериментов, для формулирования некоторых математических моделей для описания переменного поведения, наблюдаемого в различных экспериментах. Ученые также смогли порассуждать о проблемах, с которыми столкнутся исследовательские группы на европейском XFEL в Германии и LCLS-II, строящемся в SLAC, из-за образования этих пробелов в самолетах. Ожидается, что эти два рентгеновских лазера будут иметь более яркую вспышку и в тысячи раз быстрее, чем современные установки.

Стэн размышляет о будущем LCL-II и надеется, что технологический прогресс позволит исследователям использовать весь потенциал LCL-II.

«Джетам в нашем исследовании потребовалось до нескольких миллионных долей секунды для восстановления после каждого взрыва, поэтому, если рентгеновские импульсы приходят быстрее, чем мы, мы не сможем использовать каждый импульс для эксперимента. К счастью, наши данные показывают, что мы уже можем настроить наиболее часто используемые самолеты, чтобы они быстро восстанавливались, и есть способы заставить их восстанавливаться еще быстрее. Это позволит нам использовать весь потенциал LCLS-II ».

Происхождение ударных волн при рентгеновском взрыве также было зафиксировано на кадрах.

В настоящее время ученые разрабатывают эксперименты, которые будут использовать ударные волны от одного рентгеновского лазера для генерации изменений в образце, которые затем будут регистрироваться другим рентгеновским лазером, поэтому ученые могут изучать изменения в веществе, которые являются происходит в более коротких масштабах объема, чем мы можем изучать сегодня.