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液态金属氘加热会过渡到等离子态

等离子体是由自在运动电子和离子(失去电子的原子)组成的热汤,它们很简单导电。尽管等离子体在地球上并不常见(日子中运用的明火也是等离子态,虽然不是彻底是),但它们构成了可观测宇宙的大部分物质,比如太阳表面。科学家们可以在地球上发作人造等离子体,通常是经过将气体加热到数千华氏度,从而剥离原子的电子。在更小的范围内,这与等离子电视和霓虹灯“发光”进程是相同的:电激起霓虹灯气体的原子,使霓虹灯进入等离子状况并发射光子。还有另一种制作等离子体的办法:在高密度的条件下,将液态金属加热到很高的温度也会发作高密度等离子体。

这种调查的一个共同之处是,高密度液态金属具有量子特性;但是,如果答应它们在高密度下过渡到等离子态,它们就会表现出经典的性质。

描绘了由电子、中子和质子组成的物质行为(构成地球物体的正常物质)。费米和狄拉克假设,在特定的条件下(极高的密度或极低的温度)电子或质子必须具有某些经典物理学无法描绘的量子特性。但是,等离子体并不遵从这种模式。为了调查液态金属与等离子体的穿插,LLE研讨人员从液态金属开端,氘显现了液体的经典性质。为了添加氘的密度,研讨人员把它冷却到21开尔文(-422华氏度)。


然后,研讨人员运用LLE的OMEGA激光器在超低温液体氘中引发了强烈的冲击波。冲击波把氘压缩到比大气压大500万倍,一起也把它的温度提高到接近18万华氏度。样品一开端是彻底透明的,但随着压力的添加,它变成了一种有光泽的金属,具有很高的光学反射率。经过监测样品的反射率和温度联系,可以精确地调查到这种简单亮光的液态金属转变成致密等离子体的条件。

研讨人员调查到,这种液态金属最初表现出电子的量子特性,这在极点温度和密度下是可以预料到的。但是在大约90000华氏度的时分,金属氘的反射率开端上升,如果体系中的电子不再是量子而是经典的,那么反射率就会上升,这意味着这种金属已经变成了等离子体。也就是说,LLE研讨人员从一种简单的液体开端。把密度添加到极点条件,使液体进入一种显现量子特性的状况。LLE资深科学家、该研讨的合著者苏兴·胡(音译)说:温度升高甚至使它进一步变成等离子体,此时它表现出经典特性,但仍处于高密度条件下。

LLE科学家们在高密度条件下将液态金属转化为等离子体,把密度添加到极点条件,使液体进入一种显现量子特性的状况。但是当温度上升到0.4时。费米温度(大约90000华氏度),电子以一种随机的方式重新排列,就像一锅热等离子体,电子失去了它们的量子本质,表现出经典的行为值得注意的是,量子与经典穿插发作的条件与大多数人基于等离子体教科书的预期不同。此外,这种行为可能适用于所有其他金属。这些模型关于我们理解怎么更好地规划实验来完成核聚变至关重要!

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