快电子在材料中的能量损失是惯性约束核聚变、高能量密度物理、先进材料科学等前沿领域的核心基础物理过程。材料越致密，其对高速粒子的阻挡和减速能力也越强，就好比朝不同密度的障碍物射击，实心钢板显然比充满孔洞的轻质海绵更能阻挡子弹。

因此，电子束在物质中的阻滞过程，通常被认为主要由材料的平均密度决定。

然而，近期一项发表于《物理评论快报》的研究发现：对于具有极高能量密度的兆安培级相对论强流电子束而言，这一经典图像在复杂多孔介质中发生了反常的逆转。

来自深圳技术大学、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、南华大学等团队在实验上观测到，平均密度极低、内部主要由真空孔隙构成的无序多孔泡沫介质，反而比更致密的材料表现出更强的电子束偏转与阻滞能力。

该研究依托中国工程物理研究院激光聚变研究中心的星光-III高功率激光装置开展。研究团队利用该平台的高强度皮秒激光，驱动产生了具有极高能量密度的兆安培级相对论强流电子束。

研究发现，当这股强流电子束进入超低平均密度的无序多孔泡沫后，其前向传播被显著削弱，电子束发生了强烈的散射、偏转和阻滞。这表明，透过低密度泡沫后的高能电子数量与能量大幅下降，同时电子穿越靶背的光学渡越辐射信号显著减弱，呈现出与传统理论完全相反的趋势。这意味着，看似更空的泡沫介质，反而比更实的致密介质更能有效抑制高能电子束的穿透传输，表现为明显背离传统碰撞阻滞理论预期的“反常阻滞”现象。

为什么空心的泡沫反而比实心的材料更能阻挡高能电子？

研究表明，当高流强电子束穿过多孔泡沫时，会在泡沫的固体骨架中驱动产生局域的回流电流。由于束流主要分布在孔隙区域，而回流电流则受限于骨架通道，二者在空间分布上呈现显著分离，由此在微米尺度的真空孔隙网络中激发出高达数万特斯拉量级的局域超强磁场。当束电子在该磁场中的回旋半径小于孔隙尺寸时，这些强磁场就像一张无形而复杂的“磁场迷宫”，会对电子束产生剧烈的随机偏转和俘获，导致电子束前向传输的功率密度急剧衰减，其能量损失相较传统碰撞理论预测高出几个数量级。

这种阻滞并不是传统意义上由二体碰撞主导的能量损失，而是一种由材料微观结构诱发的集体输运效应。在强流电子束条件下，决定电子束传输行为和能量沉积规律的关键因素，不再只是材料有多致密，更在于材料内部架构如何组织。研究团队将这一新发现概括为一种由微结构驱动的集体阻滞新机制。

这一发现突破了平均密度决定阻滞强弱的传统认识，揭示了复杂微结构的关键作用。该机制为主动调控高能电子束的传输和能量沉积开辟了新途径，有望在惯性约束聚变、实验室天体物理以及新型辐射源设计等方向发挥重要作用。“反常阻滞”效应的揭示表明，多孔微观介质不仅能够改变电子束的传输形态，更能够从根本上改写其阻滞与能量转换规律。

相关论文信息：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/yq7c-8bsv