在SLAC的直線性連續加速器光源設備中，研究人員經常利用液體(ti) 將樣品送到X激光束的發射路徑上。但在滿功率狀態下，超亮的X射線能在瞬息之間將樣品打得灰飛煙滅。還好在大多數情況下，研究人員可以趕在樣品被損壞前得到自己需要的數據。

而此次最新研究成功地在微觀尺度下展現了整個(ge) 爆裂過程，從(cong) 而讓科學家更好地理解這一過程會(hui) 對X射線激光實驗產(chan) 生怎樣的影響。

斯坦和他的團隊對將液體(ti) 注入X射線激光器軌道的兩(liang) 種方法分別進行了研究，一是將液體(ti) 一滴一滴地不斷滴入軌道中，另一種則是以水流的形式，將液體(ti) 源源不斷地注入軌道中。

每當X射線脈衝(chong) 擊中液體(ti) 時，研究團隊就會(hui) 拍下一張圖片，距離脈衝(chong) 發射的時間僅(jin) 隔了50億(yi) 分之一至1萬(wan) 分之一秒。他們(men) 共拍攝了幾百張這樣的頻閃照片，然後將它們(men) 組合成一段視頻。

“多虧(kui) 了為(wei) 此次研究專(zhuan) 門設計的成像係統，我們(men) 第一次成功地記錄下了這一過程。”該論文的共同作者塞巴斯蒂安?布特(Sébastien Boutet)說道，“我們(men) 利用一台超快激光器來照亮液體(ti) 的爆炸瞬間，就像探照燈一樣，然後用一台適合在真空環境下工作的高分辨率顯微鏡來製作圖片。

這段視頻記錄了X射線脈衝(chong) 使液滴破裂的全過程。在被X射線脈衝(chong) 擊中後，液滴會(hui) 變成一團更加細碎的顆粒和蒸汽，然後向附近的其它液滴擴散，使它們(men) 也破碎開來。這些受損的液滴接著會(hui) 向距離最近的液滴移動，然後和它們(men) 融合在一起。圖片中央垂直的白線便是X射線經過的路徑。

而在連續注入液體(ti) 時，視頻顯示，X射線脈衝(chong) 先是在水流上打出一個(ge) 洞，然後這個(ge) 洞不斷擴大，兩(liang) 段的水流逐漸形成了一層薄薄的“水膜”，形狀像兩(liang) 把雨傘(san) ，並慢慢向後回縮，最終和水流融合在了一起。

在實驗所得數據的基礎上，研究人員建立了一個(ge) 數學模型，精確地描述了受到不同變量影響時的液體(ti) 爆炸形式，如脈衝(chong) 強度、液滴大小和水流直徑等。

他們(men) 還預言，由於(yu) 脈衝(chong) 會(hui) 在水流中形成空腔，這會(hui) 對歐洲的X射線自由電子激光(X-ray Free Electron Laser，XFEL)和SLAC實驗室正在建設的LCLS-II激光器造成一定的挑戰。兩(liang) 者都是先進的下一代X射線激光器，發射的激光速度可以達到現有設備的幾千倍。

“這些水流在發生爆炸之後，需要幾萬(wan) 分之一秒才能恢複如初。因此，如果下一次X射線脈衝(chong) 趕在水流恢複之前發射的話，我們(men) 就無法讓每一道脈衝(chong) 都派上用場了。幸運的是，我們(men) 的數據顯示，我們(men) 已經將水流調節到了一個(ge) 比較合理的形式，可以很快便恢複成原來的樣子。還有一些方法，甚至能讓水流恢複的速度再快一點。這讓我們(men) 能夠將LCLS-II激光器的威力發揮到最大。”

視頻還顯示了X射線引發的爆炸產(chan) 生的衝(chong) 擊波，沿著水流迅速向兩(liang) 端傳(chuan) 播。

該研究團隊相信，他們(men) 的研究數據可以被用在接下來的新實驗之中，幫助科學家更好地研究那些速度極快的自然現象。(葉子)