Om du inte är plasmafysiker, exploderande elektriska ledningar under vattnet kan låta som en dålig idé. Men det är faktiskt ett sätt att studera chockvågor, de utbredningsstörningar som rör sig snabbare än ljudets hastighet.

Stötvågsstudier gör det möjligt för forskare att uppnå den varma täta materia som bara finns under extrema förhållanden runt stjärnor och skapas i laboratoriet för forskning om tröghetsinneslutning. Chockvågor har också läkemedel, industriella och militära tillämpningar. Att explodera en elektrisk ledning under vattnet är ett sätt att generera en stötvåg och ge forskare ett verktyg för att verifiera ekvationerna som används för att förutsäga stötvågor.

Forskare från Technion Israel Institute of Technology försökte förstå sambandet, om någon, mellan utvecklingen av en stötvåg och expansionen av den exploderande tråden i en ny artikel i tidskriften Plasmas fysik , från AIP Publishing. Ta bilder med skuggstreck för att se chockvågornas bana, de fann att trådens expansion avgör hur en stötvåg avtar, och utvecklade en förenklad modell för att beskriva detta förhållande.

Forskarna observerade att långt efter att stötvågen genererades, tråden fortsätter att expandera, vilket leder till en betydligt långsammare stötvåg än vad tidigare modeller förutspått. Till skillnad från tidigare modeller, denna nya modell förutsätter inte självliknande rörelser och omedelbar energifrisättning.

"Förvånande, och det här är den spännande delen, resultaten av denna förenklade modell passar utmärkt till de experimentellt erhållna resultaten, sade Alexander Rososhek, en författare till tidningen. Experimentet visade att den exploderande tråden som genererar stötvågen expanderar med subsonisk hastighet.

"Detta fynd, tillsammans med endimensionella hydrodynamiska simuleringar, tillät oss att på djupet förstå den övergående processen som styr chockvågsgenerering, sade Rososhek, "och främjar vår kunskap om chockvågsgenerering som helhet."

Mer specifikt, dessa resultat gäller för olika experimentella uppställningar för att studera stötvågor. Till exempel, Resultaten av denna forskning kan användas i experiment där stötintensiteten förstärks av ett vattenflöde som får ytterligare energi genom förbränning av de exploderade trådarna.

I framtida forskning, Rososhek och de andra pappersförfattarna kommer att försöka öka stötvågsintensiteten genom att ändra egenskaperna hos den exploderande tråden, som skulle kunna ge en kompletterande energideposition. De skulle också vilja använda en högintensiv pikosekund-tidsskala röntgenstråle för att studera den inledande fasen av chockgenerering genom gemensamt arbete ledd av Simon Blands grupp från Imperial College i London med European Synchrotron Radiation Facility.