science >> Wetenschap >  >> Fysica

Sandia-wetenschappers vertellen het opmerkelijke verhaal van de schokgolffysica in het Amerika van na de Tweede Wereldoorlog

Voorspelling van een fragment van 3 km waterijs 55 seconden na de inslag van een komeet. Krediet:Crawford et al. 1994, Afb. 4, Auteursrecht 1994, met toestemming van Springer Science + Business Media

Natuurkundigen Mark Boslough en Dave Crawford van Sandia National Laboratories voorspelden dat de Hubble-ruimtetelescoop een stijgende damppluim zou zien toen de komeet Shoemaker-Levy 9 in 1994 in de andere kant van Jupiter neerstortte (Figuur 1). En ja hoor, de pluim geproduceerd door de impact kwam overeen met Sandia's computationele analyse (Figuur 2). Een lid van het Hubble-team vertelde Boslough dat de beelden van het stijgen en dalen van de pluim "zo griezelig leken op Sandia's voorspelde modellen dat ik ze daarna jarenlang naast elkaar liet zien."

Het fascinerende verslag van Boslough is een van de vele herinneringen van 45 onderzoekers op het gebied van schokfysica, voornamelijk uit Sandia, wiens opwindende werk het onderwerp is van een posterpresentatie door een huidige Sandian, Dr. Mary Ann Sweeney, deze week bij de American Physical Society, Afdeling plasmafysica bijeenkomst in Fort Lauderdale, Florida. De poster van Dr. Sweeney zal het onderzoek naar schokfysica in Sandia beschrijven vanaf de vroege geschiedenis (Figuur 3) tot vandaag.

Schokfysica bestudeert het gedrag van vaste materialen wanneer objecten er met enorme snelheden op botsen, een schokgolf produceren die zich snel verspreidt en een deel van het materiaal in een vloeistof kan veranderen, gas, of een samenstel van geladen deeltjes (een plasma). Dit interdisciplinaire veld maakt gebruik van experimenten, simulaties, en theorie om te begrijpen wat er gebeurt met materialen die worden blootgesteld aan ongelooflijke krachten. Het heeft toepassingen voor nucleaire en conventionele wapens, astrofysica, planetaire wetenschap, materiële synthese, en de ruimte.

a) Simulatie van de evolutie van vuurballen en pluimen na impact van 3 km waterijsfragment met tijden in minuten. b) Hubble-afbeeldingen soms na impact voor fragmenten van vergelijkbare grootte. Krediet:Boslough, Crawford 1997, Afb. 6, Auteursrecht 2006, John Wiley en zonen. NASA en Space Telescope Science Institute erkend voor Hubble-afbeelding.

Sandia werd geboren in de nasleep van de Tweede Wereldoorlog om te voorzien in de nationale veiligheidsbehoeften van het naoorlogse Amerika, en schokgolffysica was vanaf het begin een belangrijk onderwerp. Vanaf dat moment, Sandia's belangrijkste prestaties op het gebied van schokcompressiewetenschap omvatten de bouw van 's werelds grootste hoogfrequente elektromagnetische golfgenerator, informeel de Z-machine genoemd, die vandaag de dag gegevens levert over de eigenschappen van materialen bij extreme drukken en temperaturen. In de jaren 1960, Sandia-wetenschappers ontwikkelden en patenteerden de kwartsmeter, die een hoofdrol speelden bij het kwantificeren van door straling geproduceerde stressgolven die de explosies van kernwapens kunnen volgen. Sandia's werk op het gebied van schokgolfwetenschap heeft ook een cruciaal begrip opgeleverd van de oorzaak van de torenexplosie aan boord van de USS Iowa, waarbij in 1989 47 matrozen om het leven kwamen.

Eentraps licht gaskanon bij STAR, een Sandia-faciliteit voor experimenten met schokfysica. Lanceerinrichtingen voor laboratoriumtests bij STAR kunnen bijna elk type materiaal testen (explosieven, chemische en biologische simulanten, keramiek, poeders). We hebben onlangs de eerste door een gaspistool aangedreven impacttest gevierd, die plaatsvond op 19 september 1969. Krediet:Sandia National Laboratories

Sandia's prestaties op het gebied van schokgolfonderzoek gedurende zes decennia hebben een grote invloed gehad op het wetenschappelijk en technisch onderzoek bij Sandia en in de bredere wetenschappelijke gemeenschap. Door het verhaal van deze opmerkelijke reis te vertellen, De poster van Dr. Sweeney is bedoeld om experts te inspireren en uit te nodigen, niet-experts, vroege carrière wetenschappers, en bèta- en techniekstudenten om bij te dragen aan het veld. De posterpresentatie zal ook de ervaringen van een onderzoeker aan het publiek overbrengen:de uitdagingen, frustraties, persoonlijke worstelingen, en uiteindelijk de voldoening van het doen van een baanbrekende ontdekking of het oplossen van een probleem. Zoals voormalig Sandian Lalit Chhabildas zegt:"Ik wou dat ik 20 jaar jonger was omdat... technologie computationeel, theoretisch, en experimenteel in schokfysica is zo ver gevorderd dat we nu problemen kunnen aanpakken waar we ooit alleen maar van konden dromen."