研究了解核聚变有了新工具

温稠密物质（warm dense matter）是在宇宙星体、地幔内部、实验室核聚变内爆过程中广泛存在的一类物质。因此，在实验室生成温稠密物质，研究它们的特性对模拟惯性约束核聚变、超新星爆炸和某些行星内部结构、地幔的物质演化和成矿机理等具有重要指导意义。

温稠密物质范围很宽，可以定义为热能小于或稍超过费米能状态的物质，是通常凝聚态物质和高温完全电离等离子体之间的一类物质，其电子处于部分电离、部分束缚的状态，成分包括自由和束缚电子、离子、原子、分子以及它们组成的束团，一般处于高压状态。通常这类物质具有高的能量密度特征。

极端X射线探测极端物质

内布拉斯加-林肯大学物理与天文学教授唐纳德·乌姆斯塔德说，要在实验室造出稠密等离子体，一般方法是迅速加热一个固体密度物质，如一薄层金属箔。如果加热速度足够快，就能达到使密度保持相对恒定，接近于通常固体密度值。超短脉冲激光是能将固体快速加热到稠密等离子体的首选。

最近，一个由牛津大学奥兰多·希瑞克斯塔和英、美、德、澳等国科学家组成的国际研究小组利用目前世界最强的X射线激光源——斯坦福大学的直线加速相干光源（LCLS）将铝箔在约80飞秒（1飞秒=10-15秒）内加热到70到180eV（约80到200万开氏度）。由于这么短时间内加热，压力达到几千万大气压，铝箔来不及膨胀，还几乎保持着原来固体密度，生成了温稠密等离子体，研究小组对其内部的电离情况进行了直接检测，并将相关结果以论文形式发表在《物理评论快报》上。

在以往实验中，所用激光只有近红外到紫外波长的激光，新实验用了完全不同的激光：X射线自由电子激光（XFEL）。相干X射线能量很高，达到千电子伏特以上，能将铝核K壳层电子直接击出原子，而红外光基本上只能激发外壳层电子。X射线还能更深地穿透材料，均匀照射整个目标，将其加热到100eV（百万开氏度以上），生成固体密度等离子体。

正如研究小组领导、牛津大学的贾斯廷·瓦克所说：“X射线激光非常关键，我们无法在别的地方进行这种实验。”LCLS为实验提供了特需条件：用于检测极端现象的严格受控的环境，相干X射线能量极高而且能精确调整，精确检测特殊固体密度等离子体属性的方法。

希瑞克斯塔等人检测了铝箔系统内高电荷离子的K壳层电离电子的荧光，反推内部压力电离下有效电离势连续降低的变化，发现实验结果和广泛使用的Stewart-Pyatt模型（1965年提出，简称SP模型）所预测的结果不符，却和更早的Ecker-Krll模型（1963年提出，简称EK模型）吻合的较好。研究人员指出，从研究核聚变能源到理解恒星内部的运行机制，这一结果将对许多领域产生重要影响。

两种模型的含义

推翻沿用半个世纪的模型意味着什么？理论的改换将会对哪些研究产生影响？为此科技日报记者还专门采访了中国科学院院士、北京大学应用物理与技术研究中心主任贺贤土。

贺贤土解释说，温稠密物质中存在复杂的电离效应，精确了解不同粒子的电离程度，可以很好了解强耦合下温稠密物质内各种粒子和束团的状态和成分，这对研究温稠密物质特性，如局部热动力学下状态方程和输运系数十分重要。

目前还没有一种满意的理论能很好描述温稠密物质性质。虽有好几种压力电离模型，但很难判断它们准确性，如何实验诊断难度很大。目前国际上很多数值模拟程序中都采用SP模型，它是用离子间距作为考虑有效屏蔽的平均离子模型的参量；而EK模型是用离子和自由电子密度之和表示粒子间距，作为考虑有效屏蔽的平均离子模型的参量。
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