Η κατανόηση των ασταθειών και της τύρβης στο πλάσμα αποτελεί βασική πρόκληση σε κρίσιμα πεδία όπως η πυρηνική σύντηξη, η αστροφυσική και η φυσική λέιζερ-πλάσματος.
Για την αποτύπωση αυτών των πολύπλοκων φαινομένων, μια διεθνής ερευνητική ομάδα ανέπτυξε τη νέα «μέθοδος σκέδασης ακτίνων Χ μικρών γωνιών χωρίς διάφραγμα».
Συνδυάζοντας αυτή την πρωτοποριακή τεχνική με ένα ελεύθερο ηλεκτρονικό λέιζερ ακτίνων Χ και έναν μικροκليμακωτό στόχο, οι επιστήμονες κατόρθωσαν να μετρήσουν τις διεργασίες κατάρρευσης και αραίωσης του υψηλής ενεργειακής πυκνότητας πλάσματος σε ένα ευρύ φάσμα χωρικών κλιμακών, από 10 – 500 νανόμετρα, με υποπικοδευτερόλεπτη χρονική ανάλυση.
Υπέρβαση των συμβατικών περιορισμών
Στις παραδοσιακές μεθόδους, το κεντρικό τμήμα της δέσμης καλύπτεται από ένα διάφραγμα για την προστασία της κάμερας από την έντονη ακτινοβολία, γεγονός που καθιστά θεμελιωδώς αδύνατη τη λήψη σημάτων από την περιοχή εξαιρετικά μικρών γωνιών.
Η νέα προσέγγιση αξιοποιεί ένα εξελιγμένο σύστημα φίλτρων εξασθένησης φωτός από μεταλλικά φύλλα, το οποίο διευρύνει το εύρος έντασης που μπορεί να μετρηθεί από μία μόνο κάμερα ακτίνων Χ κατά περισσότερο από εκατό φορές σε σύγκριση με τις κλασικές μεθόδους.
Αυτό επιτρέπει την ταυτόχρονη απόκτηση ενός ευρέος φάσματος σημάτων διάθλασης, αποκαλύπτοντας κρυμμένες μικροδομές.
Εφαρμογές σε σύντηξη και βιολογία
Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στις εγκαταστάσεις SACLA στην Ιαπωνία, όπου ένας παλμός λέιζερ υψηλής έντασης μετέτρεψε στιγμιαία έναν στόχο πυριτίου σε πλάσμα.
Η σύγκριση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ακόμη και μια αύξηση λίγων νανομέτρων στο μέγεθος του αρχικού πλάσματος μειώνει σημαντικά τον ρυθμό απορρόφησης ενέργειας λέιζερ.
Η νέα τεχνική αναμένεται να συμβάλει καθοριστικά στην έρευνα για αντιδραστήρες σύντηξης και την επιτάχυνση ιόντων, ενώ προσφέρει τεράστιες δυνατότητες εφαρμογής και σε ευαίσθητα δείγματα όπως τα ζωντανά κύτταρα.