De experimentella observationerna av höghastighetspartikelbelastade flödesinteraktioner har varit glesa, med tanke på svårigheten att generera höghastighetsflöden av många partiklar. Dessa observationer spelar en viktig roll för att förstå ett brett spektrum av naturfenomen, allt från planetbildning till molninteraktioner.

Det är, tills nu. I experiment som gjordes vid Omega Laser Facility vid University of Rochesters Laboratory for Laser Energetics (LLE), forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har för första gången visat sekvenser av röntgenradiografi bilder av två interagerande tin ejecta microjets.

Verket har publicerats av Fysiska granskningsbrev och valdes som ett redaktörsförslag med LLNL -fysikern Alison Saunders som huvudförfattare.

"Dessa interaktioner hade aldrig observerats tidigare, och så visste vi inte riktigt vad vi skulle förvänta oss, Saunders sa. Det var förvånande att se de lägre densitetsstrålarna från det lägre chocktrycket passera genom varandra helt oförändrade. Detta kan ses som diffusa partikelströmmar som passerar genom varandra. "

Saunders sa att det också var en överraskning att se strålarna med högre densitet från det högre chocktrycket samverka starkt.

"Vi kallar det" vattenslangförsöket "eftersom det såg ut som om vi sprutade två vattenslangar på varandra och såg dem plaska när de träffade varandra, " Hon sa.

Kolliderande tenn ejecta mikrostrålar

Teamet tog den första sekvensen av radiografiska bilder av kolliderande tin ejecta -mikrostrålar vid två olika stöttryck. Ejecta-mikrostrålar är mikrostrålar av små partiklar som rör sig med extrema hastigheter (hastigheter som överstiger flera kilometer per sekund, eller flera tusen miles i timmen). Teamet observerade två regimer av interaktionsbeteende som en funktion av chocktryck. Vid ett chocktryck på 11,7 gigapascal, strålarna färdas med 2,2 km/s och passerar genom varandra oavbrutet, medan vid ett tryck på 116,0 gigapascal, de nu högre täthetsstrålarna färdas med hastigheter på 6,5 km/s och interagerar starkt, bildar en korona av material runt interaktionsregionen.

"Vi använder också en förenklad kollisionsmodell i en strålningshydrodynamisk kod för att modellera interaktionerna och upptäcka att modellen inte kan reproducera det exakta interaktionsbeteendet vi observerar, tyder på att fler experiment behövs för att förstå fysiken som driver ejecta microjet -interaktionsbeteende, Sa Saunders.

Forskarna använde OMEGA Extended Performance (EP) med dess kortpulsförmåga för att avbilda jetinteraktionerna. Två långpulslasrar driver chocker in i två tennprover som är präglade med triangulära spår på deras fria ytor. När chockerna bryter ut från de fria ytorna, spåret har inverterat för att bilda plana mikrostrålar av material som sprider sig mot varandra.

Vid ett senare tillfälle, EP:s kortpulsstråle som infaller på en mikrotråd genererar en ljusstark röntgenstråle som gör att laget kan ta en röntgenstrålning av jetstrålarna när de kolliderar. Röntgenröntgen ger också kvantitativ information om jetplanen före och efter kollision, såsom jetdensiteter och partikelpackning i strålarna.

"Arbetet ger de första bilderna på ejecta microjet -interaktioner och med det, väcker många intressanta frågor om fysiken som dominerar kollisionsbeteendet, Saunders sa, tillägger att tenn är ett material som är känt för att smälta över chocktrycken som undersöktes i detta experiment. "Vi har anledning att tro att lägre tryckstrålar kan innehålla mer fast material än strålarna från högtrycksstötarna."

Saunders sa att detta väcker frågan om skillnaden i interaktionsbeteende som observerades mellan de två fallen är ett resultat av skillnaden i materialfas, eller andra jetegenskaper, såsom densitet, hastighets- eller partikelstorleksfördelningar. Kollisionerna sker med små partiklar som färdas med extrema hastigheter och involverar extremt hög töjningsmekanism.

Teamet tänker lösa några av de fysiska osäkerheterna och förstå vad som driver de skillnader som observerades i interaktionsdynamik:densitet, materialfas, partikelstorleksfördelningar, elasticitet av kollisioner eller en kombination av alla dessa. Som en del av det, teamet vill utöka diagnostikfunktionerna till att inkludera olika mätningar som kan mäta några av dessa egenskaper direkt.