Ilustración de la configuración experimental. El objetivo multicapa en el medio se calienta mediante un haz de protones (violeta) generado por una interacción de pulso láser de alta intensidad con una lámina de Cu (naranja). Las imágenes sin procesar de tres diagnósticos que sondean la superficie posterior calentada se muestran en el lado izquierdo. De arriba a abajo:pirometría óptica de resolución temporal, espectro de energía de protones e interferograma resuelto en el tiempo. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
La conductividad térmica es una de las propiedades físicas más importantes de la materia cuando se trata de comprender el transporte de calor. evolución hidrodinámica y balance energético en sistemas que van desde objetos astrofísicos hasta plasmas de fusión.
En el régimen de materia densa cálida (WDM), los datos experimentales son muy raros, muchos modelos teóricos quedan sin probar.
Pero los investigadores de LLNL han probado la teoría desarrollando una plataforma llamada "calentamiento diferencial" para realizar mediciones de conductividad térmica. Así como la tierra y el agua en la Tierra se calientan de manera diferente a la luz del sol, se puede inducir un gradiente de temperatura entre dos materiales diferentes. El flujo de calor subsiguiente del material más caliente al material más frío se detecta mediante diagnósticos resueltos en el tiempo para determinar la conductividad térmica.
En un experimento con el láser Titán en la instalación de láser de Júpiter del laboratorio, Los investigadores y colaboradores de LLNL lograron las primeras mediciones de conductividad térmica de aluminio denso cálido, un material prototipo comúnmente utilizado en el desarrollo de modelos, calentando un objetivo de doble capa de oro y aluminio con protones generados por láser.
"Dos diagnósticos de resolución temporal simultáneos proporcionaron datos excelentes para el oro, el material más caliente, y aluminio, el material más frío, "dijo Andrew Mckelvey, estudiante de posgrado de la Universidad de Michigan y primer autor de un artículo que aparece en Informes científicos . "Los conjuntos de datos sistemáticos pueden limitar tanto la ecuación de estado de liberación (EOS) como la conductividad térmica".
Al comparar los datos con simulaciones utilizando cinco modelos de conductividad térmica existentes, el equipo descubrió que solo dos están de acuerdo con los datos. El modelo más utilizado en WDM, llamado modelo Lee-More, no estaba de acuerdo con los datos. "Me alegro de ver ese Purgatorio, un modelo basado en LLNL, está de acuerdo con los datos, "dijo Phil Sterne, Coautor de LLNL y líder del grupo de desarrollo y aplicación de EOS en la División de Física. "Esta es la primera vez que estos modelos de conductividad térmica de aluminio se prueban en el régimen WDM".
"La discrepancia todavía existe en el momento inicial hasta 15 picosegundos, "dijo Elijah Kemp, quién es responsable de los esfuerzos de simulación. "Es probable que esto se deba a condiciones de no equilibrio, otra área de investigación activa en WDM ".
El equipo está dirigido por Yuan Ping a través de su proyecto de carrera inicial financiado por el Programa de carrera temprana de la Oficina del Departamento de Energía de Fusion Energy Science. "Esta plataforma se puede aplicar a muchos pares de materiales y mediante varios métodos de calentamiento, incluido el calentamiento de partículas y rayos X, "Dijo Ping.
