Las observaciones experimentales de interacciones de flujo cargadas de partículas a alta velocidad han sido escasas, dada la dificultad de generar flujos de gran velocidad de muchas partículas. Estas observaciones juegan un papel importante en la comprensión de una amplia gama de fenómenos naturales, que van desde la formación planetaria hasta las interacciones de las nubes.

Es decir, hasta ahora. En experimentos llevados a cabo en las instalaciones de láser Omega del Laboratorio de Energética Láser (LLE) de la Universidad de Rochester, Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han mostrado por primera vez secuencias de imágenes de radiografía de rayos X de dos microinyectores de eyección de estaño que interactúan.

El trabajo ha sido publicado por Cartas de revisión física y seleccionado como sugerencia del editor con la física de LLNL Alison Saunders como autora principal.

"Estas interacciones nunca se habían observado antes, así que realmente no sabíamos qué esperar, "Dijo Saunders." Fue sorprendente ver que los chorros de menor densidad de la presión de choque más baja se atraviesan completamente sin cambios. Esto se puede considerar como corrientes de partículas difusas que se atraviesan ".

Saunders dijo que también fue una sorpresa ver que los chorros de mayor densidad de la presión de choque más alta interactúan fuertemente.

"A eso lo llamamos el 'experimento de la manguera de agua' porque parecía que estábamos rociando dos mangueras de agua y viéndolas salpicar cuando se golpeaban entre sí, " ella dijo.

Choque de microchorros de estaño eyectado

El equipo tomó la primera secuencia de imágenes radiográficas de microchorros de estaño eyectados en colisión a dos presiones de choque diferentes. Los microjets eyectados son chorros a escala micrométrica de pequeñas partículas que viajan a velocidades extremas (velocidades superiores a varios kilómetros por segundo, o varios miles de millas por hora). El equipo observó dos regímenes de comportamiento de interacción en función de la presión de choque. A una presión de choque de 11,7 gigapascales, los chorros viajan a 2,2 km / sy se atraviesan sin atenuarse, mientras que a una presión de 116,0 gigapascales, los chorros ahora de mayor densidad viajan a velocidades de 6.5 km / sy interactúan fuertemente, formando una corona de material alrededor de la región de interacción.

"También utilizamos un modelo de colisión simplificado en un código de hidrodinámica de radiación para modelar las interacciones y encontrar que el modelo es incapaz de reproducir el comportamiento de interacción exacto que observamos, lo que sugiere que se necesitan más experimentos para comprender la física que impulsa el comportamiento de interacción del microchorro de eyección, "Dijo Saunders.

Los investigadores utilizaron OMEGA Extended Performance (EP) con su capacidad de pulso corto para obtener imágenes de las interacciones de los chorros. Dos láseres de pulso largo impulsan choques en dos muestras de estaño que están impresas con ranuras triangulares en sus superficies libres. A medida que los golpes brotan de las superficies libres, las características del surco se invierten para formar microchorros planos de material que se propagan entre sí.

En otro momento, el haz de pulso corto EP que incide en un microalambre genera una ráfaga brillante de rayos X que permite al equipo tomar una radiografía de rayos X de los chorros cuando chocan. La radiografía de rayos X también proporciona información cuantitativa sobre los chorros antes y después de la colisión, tales como densidades de chorro y empaquetamiento de partículas dentro de los chorros.

"El trabajo proporciona las primeras imágenes de las interacciones de eyecta microjet y con eso, plantea muchas preguntas interesantes sobre la física que domina el comportamiento de colisión, "Saunders dijo, agregando que el estaño es un material que se sabe que se derrite sobre las presiones de choque exploradas en este experimento. "Tenemos razones para creer que los chorros de menor presión pueden contener más material sólido que los chorros de los impulsores de choque de alta presión".

Saunders dijo que esto plantea la pregunta de si la diferencia en el comportamiento de interacción que se observó entre los dos casos es el resultado de la diferencia en la fase material, u otras características del chorro, como la densidad, distribuciones de velocidad o tamaño de partícula. Las colisiones ocurren con partículas pequeñas que viajan a velocidades extremas e involucran mecánicas de tasa de deformación extremadamente alta.

El equipo tiene la intención de resolver algunas de las incertidumbres físicas y comprender qué está impulsando las diferencias que se observaron en la dinámica de interacción:densidad, fase material, distribuciones de tamaño de partícula, elasticidad de las colisiones o una combinación de todas ellas. Como parte de eso, el equipo quiere expandir las capacidades de diagnóstico para incluir diferentes medidas que podrían medir algunas de estas propiedades directamente.