Någonsin undrat, medan du kryssade vid 36, 000 fot över Atlanten, vad skulle hända om en bit satellit, asteroid, eller annat skräp kolliderade med ditt flygplan?

Dynamisk fraktur är fragmenteringen av ett material på grund av stress, som under påverkan. Detta är viktigt för skräpskärmning av material som används i flygplan, rymdskepp, satelliter, kärnreaktorer och rustningar, samt inom allmän teknik och tillverkning.

Tills nu, den dynamiska sprickan av material har endast observerats med användning av bulkskaletekniker, som att mäta fragmenthastigheter eller undersöka rättsmedicinska prover. Dynamisk fraktur på atomär skala kunde endast studeras med datorsimuleringar, eftersom storleksintervallet som kunde observeras i material med experimentell teknik var för smalt. Dock, detta har förändrats tack vare en ny teknik som rapporterats av ett team från Osaka universitet för att direkt observera dynamisk fraktur i metaller.

Forskarna har använt en laserpump och röntgensond för att upptäcka rörelser, som töjning och kompression, i tantals atomära struktur under hög belastning. Specifikt, en laser ger en chock i en tunn bit tantal, en metall som används i legeringar för att öka deras styrka och korrosionsbeständighet. Röntgenproben mäter sedan avståndet mellan atomer i motsatt sida av tantalet. Denna teknik är extremt känslig för atomer nära ytan, som är de som är närmast förknippade med ytskador.

"Utvecklingen av gitterdeformation i samband med den ultrasnabba frakturen i tantal ges av en tidsserie av röntgendiffraktionsmönster, "förklarar Dr Bruno Albertazzi." Denna deformation visar oss den chockade delen av tantal, som är extremt liten, men chocken går genom tantalet med nästan fem kilometer per sekund. "Det borde därför inte vara någon överraskning att tantalets styrka försämras. Mätningarna, utförd på synkrotronkomplexet Spring-8 i Japan, visa en minskning av avståndet mellan tantalatomer omedelbart före fraktur. Teamet validerar sina observationer genom att visa en nära match med datasimuleringar.

Denna teknik kan användas för att undersöka höghastighetssprickor och andra stressrelaterade effekter. "Denna metod överbryggar gapet i förståelsen av förhållandet mellan atomstruktur och materialegenskaper, "säger docent Norimasa Ozaki. Rörelser i ett materials atomstruktur under stress kan nu observeras i realtid, och en viktig materiell egenskap - den spänning som krävs för fraktur - kan bestämmas. Denna kunskap kommer att gynna design och tillverkning av utrustning och teknologier där motståndskraft mot stötar är avgörande.