Voor de eerste keer, onderzoekers hebben in een gecontroleerde laboratoriumomgeving de effecten van de plasmageometrie in het röntgenstralingsspectrum geïsoleerd - de energieverdeling van de straling die de plasma's uitzenden.

Het werk is ook het eerste experimentele testbed van de theorieën die een fenomeen beschrijven dat in de astrofysica bekend staat als resonante verstrooiing. Dit fenomeen wordt gevonden in een plasma van voldoende grootte en dichtheid waar fotonen worden uitgezonden in het systeem en de kans bestaat dat ze meerdere keren worden geabsorbeerd en opnieuw uitgezonden. Aanvullend, onderzoekers observeerden voor het eerst de geometrische inversie van een plasma alleen vanuit het spectrum.

Onder leiding van postdoctoraal onderzoeker Gabriel Pérez-Callejo, nu aan de universiteit van Bordeaux, en collega's van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), het werk was te zien in Physical Review Letters. Het werk werd uitgevoerd als onderdeel van de experimentele serie OpticalDepth in de Omega Laser Facility aan de Universiteit van Rochester en was een samenwerking tussen LLNL en de Universiteit van Oxford.

"De spectra van niet-isotrope plasma's - essentieel voor het diagnosticeren van hun temperaturen en dichtheden - variëren afhankelijk van de positie van de waarnemer, " zei Pérez-Callejo, hoofdauteur van het werk. "Hoewel er theoretische benaderingen zijn voor dit probleem, vanwege de moeilijkheid om de plasmageometrie te isoleren van andere variabelen, nog geen experimentele bevestiging was verkregen. We zijn nu in staat om informatie te verkrijgen over hoe de geometrie van een plasma verandert, alleen uit zijn röntgenspectrum."

In staat zijn om te bestuderen hoe deze geometrische variaties afhankelijk zijn van de gezichtshoek voor verschillende geometrieën, zal nieuwe inzichten opleveren over afwijkende astrofysische gegevens en kan zelfs worden gebruikt voor het diagnosticeren van de omstandigheden van inertiële opsluiting fusie (ICF) implosies.

Pérez-Callejo legde uit dat het werk de astrofysica ten goede zal komen, omdat onderzoekers de geometrie van structuren in clusters van sterrenstelsels of stellaire atmosferen kunnen bepalen, die met de huidige instrumenten niet kunnen worden opgelost. Hij zei dat het onderzoek ook ten goede zal komen aan ICF-experimenten die cilindrische tracers gebruiken.

"Dit kan worden gedaan door het spectrum van de tracer in de tijd op te lossen en te observeren hoe de geometrie ervan verandert met de tijd, " zei hij. "Onderzoekers kunnen aanvullende informatie krijgen over de hydrodynamische evolutie van de implosie."

"Ons doel was om experimentele en theoretische gronden te bieden voor het aannemen van een meer intuïtieve notie van een fysiek proces dat vaak buitengewoon complex lijkt, " zei Duane Liedahl, LLNL theoretische teamleider. "Het resonante verstrooiingseffect heeft zijn historische wortels in observationele en theoretische astrofysica. We kunnen nu iets teruggeven aan astronomen die werken aan het afleiden van fysieke omstandigheden en geometrieën van stralingsbronnen die, blijkbaar, kan niet worden gecontroleerd. De kruisbestuiving tussen twee anders ongelijksoortige velden, astrofysica en HED-fysica, die werken op enorm verschillende schaal- en tijdschalen, is een van de meer opwindende aspecten van dit project."

Om het werk uit te voeren, de onderzoekers gebruikten cilindrische beryllium (Be) doelen die een begraven schijf van een scandium/vanadium (Sc/V) mengsel bevatten. Door zowel de voor- als achterkant van de Be te fotograferen met hetzelfde laserbestralingsprofiel, onderzoekers slaagden erin een uniforme Sc/V-plasmacilinder te genereren.

Röntgenframecamera's werden gebruikt om zowel de axiale als radiale uitzetting van de doelen te observeren (waardoor te allen tijde metingen van hun geometrie en dichtheid werden verkregen) en röntgenspectrometers om hun spectra te meten, zowel voor emissie in axiale als radiale richtingen (en daardoor altijd hun temperatuur en spectrale emissie krijgen).

Door de straal van de begraven laagschijf te veranderen, onderzoekers slaagden erin om twee plasma's te genereren die evolueerden volgens dezelfde temperatuur- en dichtheidspaden, maar had een andere straal (de dikte van de schijf volgde in beide gevallen hetzelfde pad). Dit gaf het team spectrale metingen van het directe effect van alleen het veranderen van de straal van het plasma.

Het team voerde het onderzoek uit in de Omega-faciliteit en toonde het effect aan in de röntgenspectra die worden uitgezonden door cilindrische plasma's die worden gegenereerd door laserbestraling met hoog vermogen. bevestiging van de geometrische interpretatie van resonante verstrooiing.