Wetenschap
Een tijdgeïntegreerde foto genomen tijdens een diffractie-experiment bij Omega. Het werk bij Omega zorgt voor een beter begrip van de eigenschappen van tantaal. Krediet:E. Kowaluk/LLE.
Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben het hogedrukgedrag van schokgecomprimeerd tantaal onderzocht in de Omega Laser Facility van het Laboratory for Laser Energetics (LLE) van de University of Rochester. Het werk toonde aan dat tantaal de voorspelde faseveranderingen bij hoge druk niet volgde en in plaats daarvan de lichaamsgecentreerde kubische (BCC) fase handhaafde tot het smelt.
De resultaten van het werk zijn te zien in a Fysieke beoordelingsbrieven paper en richt zich op hoe onderzoekers het smeltgedrag van tantaal bestudeerden bij multi-megabar drukken op de nanoseconde tijdschaal.
"Dit werk biedt een verbeterde fysieke intuïtie voor hoe materialen smelten en reageren onder zulke extreme omstandigheden, " zei Rick Kraus, hoofdauteur van het artikel. "Deze technieken en verbeterde kennisbasis worden nu toegepast om te begrijpen hoe de ijzeren kernen van rotsachtige planeten stollen en ook op meer programmatisch relevante materialen."
Kraus zei dat het onderzoek een al lang bestaande controverse over het hogedruk- en hogetemperatuurfasediagram van tantaal heeft opgelost, waaruit blijkt dat BCC de stabiele fase is bij hoge drukken en dat de smeltcurve steiler is dan veel eerdere metingen.
Afgezien van het wetenschappelijke belang van het fasediagram van tantaal zelf, dit werk maakt deel uit van een bredere inspanning om dynamische compressieplatforms te ontwikkelen om de smelt- en stollingsovergangen nauwkeurig te beperken. Deze inspanningen helpen ervoor te zorgen dat onderzoekers deze overgangen correct simuleren bij het voorspellen van de resultaten van een dynamische gebeurtenis, zoals het vormen van een inslagkrater of het versnellen van een ablator bij de National Ignition Facility.
Dit werk vertegenwoordigt een nieuwe grens voor de in-situ karakterisering van materialen onder extreme omstandigheden. Bij eerdere experimenten is smelten onder schokcompressie was indirect afgeleid door discontinue veranderingen in de schoksnelheid of in de optische eigenschappen. "In staat zijn om de structuur te 'zien' die verandert van een vaste stof naar een vloeistof is buitengewoon opwindend, " voegt Federica Coppari toe, co-auteur van de studie.
Met de duidelijke bepaling van de smelt door de onderzoekers onder zulke extreme omstandigheden en bij experimenten op korte termijn, het team hielp het tijdafhankelijke gedrag van smelten te beperken en ontdekte dat dynamische experimenten zoals deze de evenwichtsfasegrens observeren.
De experimenten gebruikten een enkele straal van de Omega-laser om een sterke schokgolf in het tantaalmonster te genereren. Het team creëerde een op plasma gebaseerde röntgenbron voor de röntgenverstrooiingsmetingen met behulp van nog eens 12 stralen. In elk opeenvolgend experiment wordt het team verhoogde de sterkte van de schokgolf in het monster, het evalueren van de toestand van het tantaal met behulp van de röntgendiffractiediagnostiek, genaamd Powder X-Ray Diffraction Image Plate (PXRDIP).
"We zagen een overgang van solide BCC, tot een gemengde fase van BCC en vloeibaar tantaal, tot volledig vloeibaar tantaal, "Zei Kraus. "Met behulp van de overgangsdrukken die we uit deze experimenten hebben verkregen, en eerdere toestandsvergelijkingen over tantaal, we waren ook in staat om de smelttemperatuur van tantaal te beperken."
Tantaal heeft een enorme studie onder hoge druk gezien met afwijkende smeltcurvemetingen. "Daarom, het is belangrijk voor ons om controverses in zeer bestudeerde materialen op te lossen, zodat we ervoor kunnen zorgen dat we de juiste technieken gebruiken die door de onderzoeksgemeenschap worden geaccepteerd, " hij zei.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com