Wanneer een schokgolf door materiaal reist en een vrij oppervlak bereikt, brokken materiaal kunnen afbreken en met hoge snelheden wegvliegen. Als er gebreken aan het oppervlak zijn, de schok vormt microjets die sneller reizen dan een snelheidskogel.

Begrijpen hoe deze microjets worden gevormd en hoe ze met materiaal omgaan, helpt om de afscherming van ruimtevaartuigen te verbeteren en een planetaire impact te begrijpen.

Wetenschappers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) produceerden hydrodynamische simulaties van lasergestuurde microjetting van groeven op micronschaal op een tinnen oppervlak. Uit deze simulaties ze waren in staat om microjet-vorming te zien over een reeks schoksterkten, van schijven die het doel solide achterlaten na het loslaten tot schijven die schoksmelten in het doel veroorzaken.

Wanneer een metaalmonster wordt blootgesteld aan dynamische druk door een botsing, een explosie of bestraling door een krachtige laser, een schokgolf kan zich nabij de belaste zijde ontwikkelen en zich in het monster voortplanten. Wanneer de schok interageert met het vrije oppervlak van het monster, het versnelt het oppervlak en kan plaatselijk materiaalfalen veroorzaken. Aangezien de schokgolf interageert met oppervlaktedefecten (zoals putjes, Drempels, leegtes, groeven of krassen), materiaal kan worden uitgeworpen als wolken van kleine deeltjes, of dun, gerichte stralen met snelheden die aanzienlijk sneller zijn dan het vrije oppervlak.

Simulaties zijn van cruciaal belang bij het bestuderen van microjets aangezien ze 1-10 kilometer per seconde (km/s) afleggen, terwijl een kogel ongeveer 0,3 km/s aflegt.

"Het blik is ontworpen met groeven op micronschaal in het oppervlak, zodat we microjets kunnen genereren, bestuderen hoe ze zich voortplanten en met elkaar omgaan, " zei LLNL-natuurkundige Kyle Mackay, hoofdauteur van een paper die verschijnt in en gekozen is als keuze van een redacteur in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

Het onderzoek maakt deel uit van het Metal Eject Recollection Interaction and Transport (MERIT) project bij LLNL.

Het team ontdekte dat straalvorming kan worden ingedeeld in drie regimes:een laag-energetisch regime waarbij materiaalsterkte de straalvorming beïnvloedt; een gematigd energieregime dat wordt gedomineerd door de veranderende fase van tinmateriaal; en een hoogenergetisch regime waar resultaten ongevoelig zijn voor het materiaalmodel en straalvorming wordt beschreven door geïdealiseerde stationaire straaltheorie. Mackay zei dat de overgang tussen deze regimes de massa van de jet met 10 keer kan vergroten.

"Het is geen verrassing dat hoe harder je ergens op slaat, hoe meer dingen er van af komen, " zei LLNL-natuurkundige Alison Saunders, een co-auteur van het papier en leiden op het MERIT-project. "Maar er is veel subtiliteit betrokken bij het begrijpen van de materiaalfysica die tot zo'n relatie leidt, en voor een materiaal als tin, die veel faseovergangen ondergaat onder schokbelasting, de relatie is verre van lineair."