De experimentele waarnemingen van met deeltjes beladen stromingsinteracties met hoge snelheid waren schaars, gezien de moeilijkheid om stromen met hoge snelheid van veel deeltjes te genereren. Deze waarnemingen spelen een belangrijke rol bij het begrijpen van een breed scala aan natuurlijke fenomenen, variërend van planetaire vorming tot wolkeninteracties.

Dat is, tot nu. In experimenten uitgevoerd in de Omega Laser Facility van het Laboratorium voor Laser Energetica (LLE) van de Universiteit van Rochester, onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben voor het eerst sequenties getoond van röntgenradiografische beelden van twee interagerende tin-ejecta-microjets.

Het werk is uitgegeven door Fysieke beoordelingsbrieven en geselecteerd als Editor's Suggestion met LLNL-natuurkundige Alison Saunders als hoofdauteur.

"Deze interacties waren nog nooit eerder waargenomen, en dus wisten we niet echt wat we konden verwachten, " zei Saunders. "Het was verrassend om te zien dat de stralen met een lagere dichtheid van de lagere schokdruk door elkaar heen gingen, volledig ongewijzigd. Dit kan worden gezien als diffuse deeltjesstromen die door elkaar heen gaan."

Saunders zei dat het ook een verrassing was om te zien dat de jets met hogere dichtheid van de hogere schokdruk sterk op elkaar inwerken.

"We noemen dat het 'waterslang-experiment' omdat het leek alsof we twee waterslangen naar elkaar sproeiden en ze zagen spatten als ze elkaar raken, " ze zei.

Botsende tin ejecta microjets

Het team nam de eerste reeks radiografische beelden van botsende tin ejecta microjets bij twee verschillende schokdrukken. Ejecta-microjets zijn jets op micronschaal van kleine deeltjes die met extreme snelheden reizen (snelheden van meer dan enkele kilometers per seconde, of enkele duizenden mijlen per uur). Het team observeerde twee regimes van interactiegedrag als een functie van schokdruk. Bij een schokdruk van 11,7 gigapascal, de jets reizen met 2,2 km/s en passeren elkaar onverzwakt, overwegende dat bij een druk van 116,0 gigapascal, de nu hogere dichtheid jets reizen met snelheden van 6,5 km / s en hebben een sterke wisselwerking, vormt een corona van materiaal rond het interactiegebied.

"We gebruiken ook een vereenvoudigd botsingsmodel in een stralingshydrodynamische code om de interacties te modelleren en ontdekken dat het model niet in staat is om het exacte interactiegedrag dat we waarnemen te reproduceren, wat suggereert dat er meer experimenten nodig zijn om de fysica te begrijpen die het interactiegedrag van ejecta microjets aandrijft, ', aldus Saunders.

De onderzoekers gebruikten OMEGA Extended Performance (EP) met zijn korte-pulsvermogen om de straalinteracties in beeld te brengen. Twee lasers met lange puls drijven schokken in twee tinmonsters die zijn bedrukt met driehoekige groeven op hun vrije oppervlak. Als de schokken loskomen van de vrije oppervlakken, de kenmerken van de groef worden omgekeerd om vlakke microjets van materiaal te vormen die zich naar elkaar voortplanten.

Op een later tijdstip, de korte-pulsbundel van het EP die op een microdraad invalt, genereert een heldere uitbarsting van röntgenstralen waarmee het team een ​​röntgenfoto kan maken van de jets terwijl ze botsen. De röntgenfoto geeft ook kwantitatieve informatie over de jets voor en na de botsing, zoals straaldichtheden en deeltjespakking binnen de stralen.

"Het werk levert de eerste beelden op van ejecta microjet-interacties en daarmee roept veel interessante vragen op over de fysica die het botsingsgedrag domineert, "Saunders zei, eraan toevoegend dat tin een materiaal is waarvan bekend is dat het smelt over de schokdrukken die in dit experiment zijn onderzocht. "We hebben reden om aan te nemen dat de lagedrukjets mogelijk meer vast materiaal bevatten dan de jets van de hogedrukschokaandrijvingen."

Saunders zei dat dit de vraag oproept of het verschil in interactiegedrag dat werd waargenomen tussen de twee gevallen een gevolg is van het verschil in materiële fase, of andere straalkarakteristieken, zoals dichtheid, snelheids- of deeltjesgrootteverdelingen. De botsingen vinden plaats met kleine deeltjes die met extreme snelheden reizen en omvatten extreem hoge reksnelheden.

Het team is van plan enkele van de natuurkundige onzekerheden op te lossen en te begrijpen wat de oorzaak is van de verschillen die werden waargenomen in de interactiedynamiek:dichtheid, materiële fase, deeltjesgrootteverdelingen, elasticiteit van botsingen of een combinatie hiervan. Als onderdeel daarvan, het team wil de diagnostische mogelijkheden uitbreiden met verschillende metingen die mogelijk enkele van deze eigenschappen rechtstreeks kunnen meten.