行星中心物質研究幫助尋找清潔能源

 

對行星的深入認識可以更好地理解核聚變能。核聚變能用海水作為主要燃料，被普遍認為是一種吸引人的清潔的能量來源，不產生溫室氣體和長期存在的放射性廢料。

 

研究人員使用英國科學與技術設備委員會（STFC）的Vulcan激光（全世界能量最強的激光之一，命名為Vulcan，Vulcan是羅馬神話中火與鍛造之神的名字），用一束強X射線模擬了行星中心的環境條件——那里的固體物質溫度超過了5萬度。對這種極端情況下復雜物態的認識是當代物理學面臨的主要挑戰之一。Vulcan激光實驗的結果可以改進木星和土星的模型，并能更好地了解它們的組成以及太陽系的年齡。

 

通過在壓縮鋰樣本上使用非彈性X射線散射測量方法，分析了溫密物質的狀態，獲得了其結構性質。聯合非侵入性、高精度的X射線分析和先進數值模擬測量了熱力學性質——溫度、密度、離子態。實驗結果顯示，行星中心的物質介于固態和氣態之間的中間狀態。實驗結果表明這些物質表現得像帶電液體，不過在短距離上它們的行為更像氣體。

 

牛津大學的Gianluca Gregori說：“對溫密物質的研究顯示了受控熱核聚變的實際應用，同時也代表了對行星內核和年老恒星外殼的天體物理環境的重要理解。這一實驗不僅可以使我們構筑更精確的行星動力學模型，而且能夠擴展我們對受控熱核聚變的認識，因為為了發動聚變反應，液體和氣體必須進行交叉混合。這一工作擴展了我們對復雜粒子系統的認識，在這種系統中，為了調控粒子的運動，經典力學和量子力學都要用到。”

 

STFC中央激光設備負責人Mike Dunne教授說：“使用高能激光來尋找天體物理學問題的解決方案，是我們委員會一段時間以來高度關注的領域。我們很激動Vulcan激光能在這么重要的研究中發揮作用。對超強激光的使用被證明是尋找無碳能源解決方案非常有效的途徑。” （科學網 徐青/編譯）

 

（《自然—物理學》（Nature Physics），doi:10.1038/nphys1103，E. García Saiz，G. Gregori）