انهيار فقاعات الكافيتات الصوتية المضيئة المصورة بواسطة نبضات الليزر الحر للإلكترون السيني

ملخص: تعد الإضاءة الصوتية الفقاعية المفردة (SBSL) ظاهرة انبعاث الضوء المتزامن بسبب الانهيار العنيف لفقاعة كروية واحدة في سائل، مدفوعاً بحقل فوق صوتي. أثناء انهيار الفقاعة، تصل المادة داخل الفقاعة إلى ظروف متطرفة تتراوح بين عدة غيغا باسكال ودرجات حرارة تقدر بحوالي 10000 كلفن، مما يؤدي إلى ومضات بيكوسكند من الضوء المرئي. حتى يومنا هذا، تعتمد التفاصيل المتعلقة بآلية تركيز الطاقة على المحاكاة بسبب الديناميات السريعة لانهيار الفقاعة والمقاييس المكانية التي تقل عن حد دقة الرؤية البصرية. في هذا العمل، نقدم تصوير هولوجرافي بتباين الطور باستخدام نبضات ليزر حر للإلكترون السيني (XFEL) من فقاعات SBSL في الماء. تقوم الأشعة السينية بتحليل هيكل كثافة الإلكترون ومن ثم توفر رؤية فريدة للجوانب الداخلية للفقاعة وديناميات انهيارها. تصل المقاييس الزمنية السريعة المعنية عبر نبضات XFEL أقل من 100 فيمتوثانية ونظام مزامنة مخصص لجهاز تذبذب الفقاعة. نجد أنه خلال دورة التذبذب بالكامل، يمكن وصف ملف كثافة الفقاعة بشكل جيد بهيكل بسيط على شكل خطوة، حيث يتبع نصف القطر R ديناميات نموذج جيلمور. تُظهر الكثافة الداخلية المقاسة كمية كبيرة من التباين. تصل أصغر أحجام الفقاعات المعاد بناؤها إلى R ≃ 0.8 ميكرومتر ، وتتماشى مع التناظر الكروي. بينما حققنا هنا دقة مكانية تصل إلى بضع 100 نانومتر، فإن وضوح الفقاعة وهيكلها الداخلي محدود من خلال التحول الطوري الكلي للأشعة السينية الذي يمكن أن يتم مقايسته مع المعلمات التجريبية.