När en chockvåg passerar genom material och når en fri yta, bitar av material kan bryta loss och flyga iväg i höga hastigheter. Om det finns några defekter på ytan, chocken bildar mikrostrålar som färdas snabbare än en snabbkula.

Att förstå hur dessa mikrostrålar bildas och hur de interagerar med material hjälper till att förbättra rymdfarkostens avskärmning och förstå en planetarisk påverkan.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare producerade hydrodynamiska simuleringar av laserdriven mikrojetting från mikronskala spår på en tennyta. Från dessa simuleringar, de kunde se mikrojetbildning över en rad chockstyrkor, från enheter som lämnar målet fasta efter frisläppande till enheter som inducerar chocksmältning i målet.

När ett metallprov utsätts för dynamiskt tryck från en påverkan, en explosion eller bestrålning av en högeffektslaser, en chockvåg kan utvecklas nära den laddade sidan och föröka sig till provet. När chocken interagerar med provets fria yta, det accelererar ytan och kan orsaka lokal materialfel. När chockvågen interagerar med ytdefekter (som gropar, gupp, tomrum, spår eller repor), material kan matas ut som moln av små partiklar, eller tunn, riktade strålar med hastigheter betydligt snabbare än den fria ytan.

Simuleringar är avgörande för att studera mikrostrålar eftersom de färdas 1-10 kilometer per sekund (km/s), medan en kula färdas cirka 0,3 km/s.

"Tennet har utformats med spår i mikron i ytan så att vi kan generera mikrostrålar, studera hur de sprids och interagerar, "sa LLNL -fysikern Kyle Mackay, huvudförfattare till ett papper som visas i och valt som redaktörens val i Journal of Applied Physics .

Forskningen är en del av projektet Metal Eject Recollection Interaction and Transport (MERIT) vid LLNL.

Teamet fann att jetbildning kan klassificeras i tre regimer:en lågenergiregime där materialstyrka påverkar jetbildning; en måttlig energiregim som domineras av den föränderliga fasen av tennmaterial; och en högenergiregime där resultaten är okänsliga för materialmodellen och jetbildning beskrivs av idealiserad steady-jet-teori. Mackay sa att övergången mellan dessa regimer kan öka jetmassan med 10 gånger.

"Det är ingen överraskning att ju svårare du slår något, ju fler saker det blir av, "sa LLNL -fysikern Alison Saunders, medförfattare till tidningen och ledare för MERIT-projektet. "Men det finns mycket subtilitet i att förstå materialfysiken som leder till ett sådant förhållande, och för ett material som tenn, som genomgår många fasövergångar under chockbelastning, förhållandet är långt ifrån linjärt. "