Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) -forskare har undersökt högtrycksbeteende hos chockkomprimerad tantal vid Omega Laser Facility vid University of Rochesters Laboratory for Laser Energetics (LLE). Arbetet visade att tantal inte följde de förutsagda fasförändringarna vid högt tryck och i stället bibehöll den kroppscentrerade kubikfasen (BCC) tills den smälte.

Resultaten av arbetet presenteras i a Fysiska granskningsbrev papper och fokuserar på hur forskare studerade tantalens smältbeteende vid flera megabars tryck på nanosekundens tidsskala.

"Detta arbete ger en förbättrad fysisk intuition för hur material smälter och reagerar vid sådana extrema förhållanden, "sa Rick Kraus, huvudförfattare till tidningen. "Dessa tekniker och förbättrad kunskapsbas tillämpas nu för att förstå hur järnkärnorna på steniga planeter stelnar och även mer programmatiskt relevanta material."

Kraus sa att forskningen löste en långvarig kontrovers om högt tryck och högtemperaturfasdiagram för tantal, visar att BCC är den stabila fasen vid höga tryck och smältkurvan är brantare än många tidigare mätningar.

Utöver den vetenskapliga betydelsen av fasdiagrammet för själva tantalet, detta arbete är en del av en bredare satsning på att utveckla dynamiska kompressionsplattformar för att exakt begränsa smältnings- och stelningsövergångarna. Dessa ansträngningar hjälper till att säkerställa att forskare simulerar dessa övergångar korrekt när de förutsäger resultaten av en dynamisk händelse som att bilda en slagkrater eller accelerera en ablator vid National Ignition Facility.

Detta arbete representerar en ny gräns för in-situ karakterisering av material under extrema förhållanden. I tidigare experiment, smältning under stötkompression hade indirekt härletts av diskontinuerliga förändringar i chockhastigheten eller i de optiska egenskaperna. "Att kunna" titta på "strukturen förvandlas från ett fast ämne till en vätska är extremt spännande, "tillägger Federica Coppari, medförfattare till studien.

Med forskarnas tydliga bestämning av smältan vid sådana extrema förhållanden och vid korta tidsskaliga experiment, teamet hjälpte till att begränsa smältningens tidsberoende beteende och fann att dynamiska experiment som dessa observerar jämviktsfasgränsen.

Experimenten använde en enda stråle av Omega -lasern för att generera en stark chockvåg i tantalprovet. Teamet skapade en plasmabaserad röntgenkälla för röntgenspridningsmätningarna med hjälp av ytterligare 12 strålar. I varje på varandra följande experiment, laget ökade chockvågens styrka i provet, utvärdera tillståndet för tantal med hjälp av röntgendiffraktionsdiagnostik, kallad pulverröntgen-diffraktionsbildplatta (PXRDIP).

"Vi såg en övergång från fast BCC, till en blandad fas av BCC och flytande tantal, till helt flytande tantal, "Sa Kraus." Med hjälp av de övergångstryck vi fick från dessa experiment, och tidigare statlig ekvationsinformation om tantal, vi kunde också begränsa tantalens smälttemperatur. "

Tantal har sett en enorm studie under högt tryck med avvikande smältkurvmätningar. "Därför, det är viktigt för oss att kunna lösa kontroverser i högt studerade material så att vi kan se till att vi använder rätt teknik som accepteras av forskarsamhället, " han sa.