Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han explorado el comportamiento de alta presión del tantalio comprimido por choque en la Instalación de Láser Omega en el Laboratorio de Energética Láser (LLE) de la Universidad de Rochester. El trabajo mostró que el tantalio no siguió los cambios de fase predichos a alta presión y en cambio mantuvo la fase cúbica centrada en el cuerpo (BCC) hasta que se derritió.

Los resultados del trabajo se presentan en un Cartas de revisión física y se centra en cómo los investigadores estudiaron el comportamiento de fusión del tantalio a presiones de varios megabares en la escala de tiempo de nanosegundos.

"Este trabajo proporciona una intuición física mejorada de cómo los materiales se derriten y responden en condiciones tan extremas, "dijo Rick Kraus, autor principal del artículo. "Estas técnicas y la base de conocimientos mejorada se están aplicando ahora para comprender cómo se solidifican los núcleos de hierro de los planetas rocosos y también a materiales más relevantes desde el punto de vista programático".

Kraus dijo que la investigación resolvió una controversia de larga data sobre el diagrama de fase de alta presión y alta temperatura del tantalio. mostrando que BCC es la fase estable a altas presiones y la curva de fusión es más pronunciada que muchas mediciones anteriores.

Más allá de la importancia científica del diagrama de fases del tantalio en sí, este trabajo es parte de un esfuerzo más amplio para desarrollar plataformas de compresión dinámica para limitar con precisión las transiciones de fusión y solidificación. Estos esfuerzos ayudan a garantizar que los investigadores estén simulando estas transiciones correctamente al predecir los resultados de un evento dinámico, como la formación de un cráter de impacto o la aceleración de un ablador en la Instalación Nacional de Ignición.

Este trabajo representa una nueva frontera para la caracterización in situ de materiales en condiciones extremas. En experimentos anteriores, la fusión bajo compresión de choque se había inferido indirectamente por cambios discontinuos en la velocidad de choque o en las propiedades ópticas. "Ser capaz de 'observar' la transformación de la estructura de un sólido a un líquido es extremadamente emocionante, "añade Federica Coppari, coautor del estudio.

Con la clara determinación de fusión de los investigadores en condiciones tan extremas y en experimentos de corta escala de tiempo, El equipo ayudó a limitar el comportamiento de la fusión dependiente del tiempo y descubrió que experimentos dinámicos como estos están observando el límite de fase de equilibrio.

Los experimentos utilizaron un solo rayo del láser Omega para generar una fuerte onda de choque en la muestra de tantalio. El equipo creó una fuente de rayos X basada en plasma para las mediciones de dispersión de rayos X utilizando otros 12 haces. En cada experimento sucesivo, el equipo aumentó la fuerza de la onda de choque en la muestra, evaluar el estado del tantalio utilizando el diagnóstico de difracción de rayos X, llamada placa de imágenes por difracción de rayos X en polvo (PXRDIP).

"Observamos una transición desde un BCC sólido, a una fase mixta de BCC y tantalio líquido, a tantalio completamente líquido, ", Dijo Kraus." Usando las presiones de transición que obtuvimos de estos experimentos, e información previa de ecuación de estado sobre el tantalio, también pudimos limitar la temperatura de fusión del tantalio ".

El tantalio ha sido objeto de un gran estudio a alta presión con mediciones de curvas de fusión discrepantes. "Por lo tanto, Es importante para nosotros poder resolver controversias en materiales altamente estudiados para que podamos asegurarnos de que estamos utilizando las técnicas correctas que son aceptadas por la comunidad de investigadores. " él dijo.