questa immagine descrive l'impostazione sperimentale, in cui un campione di tantalio viene caricato da un laser e sottoposto ad urto da un raggio a raggi. i modelli di diffrazione, raccolti da una serie di rivelatori, mostrano che il materiale subisce il gemellaggio. l'illustrazione di sfondo mostra una struttura reticolare che ha creato gemelli. credito: ryan chen / llnl

per la prima volta, gli scienziati hanno riportato esperimenti di diffrazione in situ che misurano il gemellaggio di deformazione a livello di reticolo durante la compressione dello shock. i risultati sono stati recentemente pubblicati in natura da un team di ricercatori del Lawrence livermore national laboratory e collaboratori dell'università di oxford, los alamos national laboratory, dell'università di york e slac national accelerator laboratory.

la compressione degli urti è un'area di studio impegnativa, in quanto combina condizioni estreme, come pressioni e temperature elevate, con tempi ultraveloci. per semplificare il problema, gli scienziati spesso presumono che i materiali solidi si comportino come un fluido, fluendo e cambiando la loro forma (plasticità) senza resistenza. tuttavia, come solido, la maggior parte dei materiali mantiene anche una struttura reticolare. come un materiale scorre, cambiando forma, in qualche modo anche il reticolo deve cambiare mentre mantiene il modello regolare del reticolo. lo studio della plasticità ad un livello fondamentale si basa sulla comprensione di come il reticolo sta cambiando mentre un materiale si deforma.

dislocazione-slittamento (dove le dislocazioni del reticolo sono generate e si muovono) e il gemellaggio (dove i sottogruppi si formano con un reticolo a immagine speculare) sono i meccanismi di base della deformazione plastica. nonostante la loro fondamentale importanza per la plasticità, la diagnosi del meccanismo attivo in situ (durante lo shock) è stata elusiva. ricerche precedenti hanno studiato il materiale dopo il fatto (in \"recupero\"), che introduce ulteriori fattori complicanti e ha portato a risultati contrastanti.

\"Gli esperimenti di diffrazione in-situ sono in corso da alcuni decenni ma hanno acquisito importanza solo recentemente, poiché i laser ad alta potenza e i laser a elettroni liberi a raggi X hanno reso le misurazioni più ampiamente disponibili, più sensibili e in grado di raggiungere condizioni più estreme\" disse chris wehrenberg, llnl fisico e autore principale sulla carta. \"Il nostro lavoro evidenzia un'area di studio non sfruttata, la distribuzione del segnale all'interno degli anelli di diffrazione, che può fornire informazioni importanti.\"

gli esperimenti del team sono stati condotti presso la nuova materia in condizioni estreme stazione terminale, situata presso la sorgente di luce coerente Linac di Slac, che rappresenta il vantaggio principale in un grande investimento in tutto il mondo in impianti in grado di accoppiare diffrazione in situ con alta pressione e alta tecniche di velocità di deformazione.

\"In questi esperimenti, lanci un'onda d'urto con un laser, dove un getto di plasma riscaldato dal laser crea una pressione opposta nel tuo campione, e sonda lo stato del tuo campione con un raggio a raggi X\", ha detto Wehrenberg. \"I raggi X si disperderanno dal campione a specifici angoli, formando anelli di diffrazione, e l'angolo di dispersione fornisce informazioni sulla struttura del materiale.\"

nonostante la crescente popolarità degli esperimenti di diffrazione in situ, la maggior parte si concentra sull'angolo di diffusione e non affronta la distribuzione del segnale all'interno di un anello di diffrazione. mentre questo approccio può rivelare quando un materiale cambia fasi, non rivelerà come un materiale si sta comportando al di fuori di una transizione di fase.

analizzando i cambiamenti nella distribuzione del segnale all'interno delle linee, il team ha potuto rilevare i cambiamenti nell'orientamento del reticolo, o la trama, e mostrare se un materiale era in fase di gemellaggio o scivolamento. inoltre, il team non solo ha potuto dimostrare se il campione-tantalio, una coppia di gemelli metallici o di slittamento ad alta densità, fosse compresso, ma era in grado di dimostrarlo per la maggior parte dell'intera gamma di pressioni d'urto.

\"Llnl è profondamente impegnato nella modellazione dei materiali come parte della missione di stewardship basata sulla scienza e ha degli sforzi programmatici per modellare il tantalio a livello molecolare, così come i modelli di plasticità\", ha detto Wehrenberg. \"Questi risultati sono direttamente applicabili a entrambi gli sforzi, fornendo dati che possono essere confrontati direttamente con i modelli per il benchmarking o la convalida. in futuro, ci sentiamo n coordinare questi sforzi sperimentali con esperimenti correlati sulla struttura di accensione nazionale di llnl che studia la plasticità a pressioni ancora più elevate \".

mentre le tecniche per analizzare i dati di diffrazione dei raggi X per le modifiche alla struttura e alla microstruttura di un materiale sono state praticate in esperimenti quasi statici, sono nuove nel campo degli esperimenti di shock. questa combinazione di tecniche è rilevante per molti altri campi. per esempio, le caratteristiche di deformazione planare nel quarzo causate dal gemellaggio e dalla microfrattura sono un'indicazione comune dei siti di impatto delle meteore, e queste caratteristiche possono anche influenzare la magnetizzazione di altri materiali geologici. allo stesso modo, il gemellaggio gioca un ruolo cruciale nel comportamento autoaffilante dei penetratori balistici ed è stato collegato a una maggiore duttilità nelle ceramiche ad alte prestazioni per applicazioni di armature. la comprensione della plasticità di alto livello è fondamentale per indurire l'hardware spaziale dagli impatti della polvere da ipervelocità e ha persino implicazioni per la formazione di nuvole di polvere interstellare.

fonte: Phys

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