太阳的聚变反应使其温度升高到数千度，如今科学家正在寻求在实验室中重现这些恒星能量产生过程，作为替代清洁能源的一种手段。

一种方法是惯性聚变能实验，但要使这些实验成功，聚变燃料必须保持精确的正确配置，一种有希望的方法是使用多孔泡沫。问题是，没有人确切知道这些纳米泡沫的效果如何，因为现有技术要么会破坏它们，要么缺乏详细研究它们的分辨率。

现在，研究人员报告说，他们已经开发出一种X射线成像技术，该技术利用美国能源部SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源(LCLS)的独特特性，以与聚变实验相关的精度水平解析铜泡沫的3D纳米结构。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究科学家、8月1日在《纳米快报》上发表的这项研究的主要作者阿德拉卡尔说：“这种自由电子激光3D体积技术是首创的测量技术。”

该技术基于叠层成像，通过处理样品散射的光子图案来生成图像。研究人员将LCLS的X射线自由电子激光散射到铜泡沫样品上，然后使用计算机算法“重建”原始样品。这些算法输入收集到的光子散射图案，最终以纳米级分辨率重建铜泡沫。旋转样品使他们能够以3D形式呈现其结构。

“这项新技术充分利用了X射线自由电子激光的相干性和亮度，”SLAC高级研究员、新研究的通讯作者AriannaGleason说道。“我们能够以其他方法无法实现的方式对泡沫进行检测。”

生成的图像显示，铜泡沫并不像预期的那样均匀。许多泡沫薄壳都变形、融合或打开——这些变化可能会影响它们在惯性约束聚变实验中的性能。这类信息可用于优化泡沫制造方法，并针对聚变实验定制这些材料。

这项合作工作依赖于劳伦斯利弗莫尔国家实验室的材料专业知识，该实验室的研究人员在国家点火装置进行惯性约束聚变实验，洛斯阿拉莫斯和杨百翰大学的相干成像专业知识，以及SLAC的加速器科学专业知识的实验设计工作。

卡尔说：“我认为这项工作是一个非常好的例子，说明只有跨多个领域的多样化专业知识和在像SLAC这样独特的地方才能进行此类实验。”

研究人员希望他们的工作能成为未来成像实验的跳板。他们计划将这项技术应用于其他与聚变相关的材料，格里森表示，它还可以扩展到其他多材料、纳米级结构，甚至是易碎样品。可以结合来自其他传感器的信息来研究样品随时间变化的3D纳米结构或绘制不同化学物质的分布图。

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