Por primera vez, Los científicos han informado sobre experimentos de difracción in situ que miden el hermanamiento de deformaciones en el nivel de la red durante la compresión de choque. Los resultados se publicaron recientemente en Naturaleza por un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y colaboradores de la Universidad de Oxford, Laboratorio Nacional de Los Alamos, la Universidad de York y SLAC National Accelerator Laboratory.

La compresión de choque es un área de estudio desafiante, ya que combina condiciones extremas, como altas presiones y temperaturas, con escalas de tiempo ultrarrápidas. Para simplificar el problema, Los científicos a menudo asumen que los materiales sólidos se comportan como un fluido, fluyendo y cambiando su forma (plasticidad) sin resistencia. Todavía, como un sólido, la mayoría de los materiales también conservan una estructura de celosía. A medida que fluye un material, cambiando forma, de alguna manera, la celosía también debe cambiar sin dejar de mantener el patrón regular de la celosía. El estudio de la plasticidad en el nivel más fundamental se basa en comprender cómo cambia la celosía mientras se deforma un material.

La dislocación-deslizamiento (donde se generan y se mueven las dislocaciones de celosía) y el hermanamiento (donde los subgranos se forman con una celosía de imagen especular) son los mecanismos básicos de la deformación plástica. A pesar de su importancia fundamental para la plasticidad, diagnosticar el mecanismo activo in situ (durante el shock) ha sido difícil de alcanzar. Investigaciones anteriores han estudiado el material después del hecho (en "recuperación"), lo que introduce factores de complicación adicionales y ha dado lugar a resultados contradictorios.

"Los experimentos de difracción in situ han existido durante algunas décadas, pero han ganado prominencia solo recientemente, ya que los láseres de alta potencia y los láseres de electrones libres de rayos X han hecho que las mediciones estén más disponibles. más sensible y capaz de alcanzar condiciones más extremas, "dijo Chris Wehrenberg, Físico del LLNL y autor principal del artículo. "Nuestro trabajo destaca un área de estudio sin explotar, la distribución de la señal dentro de los anillos de difracción, que puede proporcionar información importante ".

Los experimentos del equipo se llevaron a cabo en la nueva estación final de Materia en Condiciones Extremas, ubicado en la fuente de luz coherente Linac de SLAC, que representa el borde de ataque en un gran, Inversión mundial en instalaciones que pueden emparejar la difracción in situ con técnicas de alta presión y alta velocidad de deformación.

"En estos experimentos, lanzas una onda de choque con un láser, donde un chorro de plasma calentado por láser crea una presión opuesta en su muestra, y sondear el estado de su muestra con un haz de rayos X, ", Dijo Wehrenberg." Los rayos X se dispersarán de la muestra en ángulos específicos, formando anillos de difracción, y el ángulo de dispersión proporciona información sobre la estructura del material ".

A pesar de la creciente popularidad de los experimentos de difracción in situ, la mayoría se enfoca en el ángulo de dispersión y no aborda la distribución de la señal dentro de un anillo de difracción. Si bien este enfoque puede revelar cuándo un material cambia de fase, no revelará cómo se comporta un material fuera de una transición de fase.

Al analizar los cambios de distribución de la señal dentro de las líneas, el equipo pudo detectar cambios en la orientación de la celosía, o textura, y mostrar si un material estaba sufriendo un hermanamiento o un deslizamiento. Además, el equipo no solo pudo demostrar si la muestra (tantalio, un metal de alta densidad:gemelos o resbalones cuando se comprime el impacto, pero pudieron demostrar esto para la mayor parte de la gama completa de presiones de choque.

"LLNL está profundamente involucrado en el modelado de materiales como parte de la misión de administración de existencias basada en la ciencia y tiene esfuerzos programáticos para modelar el tantalio a nivel molecular, así como modelado de plasticidad, ", Dijo Wehrenberg." Estos resultados son directamente aplicables a ambos esfuerzos, proporcionando datos con los que los modelos se pueden comparar directamente para la evaluación comparativa o la validación. En el futuro, planeamos coordinar estos esfuerzos experimentales con experimentos relacionados en la Instalación Nacional de Ignición de LLNL que estudian la plasticidad a presiones aún más altas ".

Si bien las técnicas para analizar los datos de difracción de rayos X en busca de cambios en la textura y microestructura de un material se han practicado en experimentos cuasiestáticos, son nuevos en el campo de los experimentos de choque. Esta combinación de técnicas es relevante para muchos otros campos. Por ejemplo, Las características de deformación plana en el cuarzo causadas por el hermanamiento y la microfractura son una indicación común de los sitios de impacto de meteoritos. y estas características también pueden afectar la magnetización de otros materiales geológicos. Similar, El hermanamiento juega un papel crucial en el comportamiento de autoafilado de los penetradores balísticos y se ha relacionado con una mayor ductilidad en cerámicas de alto rendimiento para aplicaciones de blindaje. Comprender la plasticidad de alta velocidad es fundamental para endurecer el hardware espacial de los impactos de polvo a hipervelocidad e incluso tiene implicaciones para la formación de nubes de polvo interestelares.