Por primera vez, Los investigadores han aislado en un laboratorio controlado los efectos de la geometría del plasma en su espectro de emisión de rayos X:la distribución de energía de la radiación que emiten los plasmas.

El trabajo también es el primer banco de pruebas experimental de las teorías que describen un fenómeno conocido en astrofísica como dispersión resonante. Este fenómeno se encuentra en un plasma de tamaño y densidad suficientes donde los fotones se emiten dentro del sistema y tienen una probabilidad de ser reabsorbidos y reemitidos varias veces. Adicionalmente, los investigadores observaron la inversión geométrica de un plasma simplemente de su espectro por primera vez.

Dirigido por el investigador postdoctoral Gabriel Pérez-Callejo, ahora en la Universidad de Bordeaux, y colegas del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), el trabajo apareció en Physical Review Letters. El trabajo se realizó como parte de la serie experimental OpticalDepth en las instalaciones de láser Omega de la Universidad de Rochester y fue una colaboración entre LLNL y la Universidad de Oxford.

"Los espectros de los plasmas no isotrópicos, fundamentales para diagnosticar sus temperaturas y densidades, varían según la posición del observador, "dijo Pérez-Callejo, autor principal del trabajo. "Aunque existen enfoques teóricos para este problema, debido a la dificultad de aislar la geometría del plasma de otras variables, aún no se había obtenido ninguna confirmación experimental. Ahora podemos obtener información sobre cómo está cambiando la geometría de un plasma, simplemente de su espectro de rayos X ".

Ser capaz de estudiar cómo estas variaciones geométricas dependen del ángulo de observación para diferentes geometrías proporcionará nuevos conocimientos sobre datos astrofísicos anómalos e incluso se puede utilizar para diagnosticar las condiciones de las implosiones de fusión por confinamiento inercial (ICF).

Pérez-Callejo explicó que el trabajo beneficiará a la astrofísica ya que los investigadores podrían determinar la geometría de estructuras dentro de cúmulos de galaxias o atmósferas estelares. que no se puede resolver con los instrumentos actuales. Dijo que la investigación también beneficiará a los experimentos de ICF que utilizan trazadores cilíndricos.

"Esto se puede hacer resolviendo en el tiempo el espectro del trazador y observando cómo cambia su geometría con el tiempo, ", dijo." Los investigadores pueden obtener información adicional sobre la evolución hidrodinámica de la implosión ".

"Nuestro objetivo ha sido proporcionar bases experimentales y teóricas para adoptar una noción más intuitiva de un proceso físico que a menudo parece excesivamente complejo, "dijo Duane Liedahl, Líder del equipo teórico del LLNL. "El efecto de dispersión resonante tiene sus raíces históricas en la astrofísica teórica y observacional. Ahora podemos devolver algo a los astrónomos que están trabajando para inferir condiciones físicas y geometrías de fuentes de radiación que, obviamente, no se puede controlar. La fertilización cruzada entre dos campos por lo demás dispares, astrofísica y física HED, que funcionan en escalas de tiempo y tamaño muy diferentes, es uno de los aspectos más interesantes de este proyecto ".

Para realizar el trabajo, los investigadores utilizaron dianas cilíndricas de berilio (Be) que contenían un disco enterrado de una mezcla de escandio / vanadio (Sc / V). Al disparar tanto a la parte delantera como a la trasera del Be con el mismo perfil de irradiación láser, los investigadores lograron generar un cilindro de plasma Sc / V uniforme.

Se utilizaron cámaras de encuadre de rayos X para observar la expansión axial y radial de los objetivos (proporcionando así medidas de su geometría y densidad en todo momento) y espectrómetros de encuadre de rayos X para medir sus espectros. tanto para la emisión en dirección axial como radial (y así obtener su temperatura y emisión espectral en todo momento).

Al cambiar el radio del disco de la capa enterrada, los investigadores lograron generar dos plasmas que evolucionaron siguiendo los mismos caminos de temperatura y densidad, pero tenía un radio diferente (el grosor del disco siguió el mismo camino en ambos casos). Esto le dio al equipo mediciones espectrales del efecto directo de solo cambiar el radio del plasma.

El equipo realizó la investigación en las instalaciones de Omega y demostró el efecto en los espectros de rayos X emitidos por plasmas cilíndricos generados por irradiación láser de alta potencia. confirmando la interpretación geométrica de la dispersión resonante.