As observações experimentais de interações de fluxo carregado de partículas de alta velocidade foram esparsas, dada a dificuldade de gerar fluxos de alta velocidade de muitas partículas. Essas observações desempenham um papel importante na compreensão de uma ampla gama de fenômenos naturais, variando da formação planetária às interações com nuvens.

Isso é, até agora. Em experimentos conduzidos na Omega Laser Facility no Laboratório de Laser Energetics (LLE) da Universidade de Rochester, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) mostraram pela primeira vez sequências de imagens de radiografia de raios-X de dois microjatos de ejeção de estanho interagindo.

O trabalho foi publicado por Cartas de revisão física e selecionado como sugestão do editor com o físico do LLNL Alison Saunders atuando como autor principal.

"Essas interações nunca haviam sido observadas antes, e então não sabíamos realmente o que esperar, "Disse Saunders." Foi surpreendente ver os jatos de baixa densidade da pressão de choque mais baixa passarem uns pelos outros sem nenhuma alteração. Isso pode ser considerado como fluxos de partículas difusas passando umas pelas outras. "

Saunders disse que também foi uma surpresa ver os jatos de alta densidade da maior pressão de choque interagirem fortemente.

"Chamamos isso de 'experimento da mangueira de água' porque parecia que estávamos borrifando duas mangueiras de água uma na outra e vendo-as espirrar quando batiam uma na outra, " ela disse.

Colidindo microjatos de estanho ejetado

A equipe fez a primeira sequência de imagens radiográficas de microjatos ejetados de estanho colidindo em duas pressões de choque diferentes. Microjatos ejetados são jatos em escala mícron de pequenas partículas que viajam em velocidades extremas (velocidades superiores a vários quilômetros por segundo, ou vários milhares de milhas por hora). A equipe observou dois regimes de comportamento de interação em função da pressão de choque. Com uma pressão de choque de 11,7 gigapascais, os jatos viajam a 2,2 km / se passam uns pelos outros sem atenuação, enquanto a uma pressão de 116,0 gigapascals, os jatos agora de alta densidade viajam a velocidades de 6,5 km / se interagem fortemente, formando uma coroa de material em torno da região de interação.

"Também usamos um modelo colisional simplificado em um código de hidrodinâmica de radiação para modelar as interações e descobrir que o modelo é incapaz de reproduzir o comportamento de interação exato que observamos, sugerindo que mais experimentos são necessários para entender a física que conduz o comportamento de interação do microjato de ejeção, "Saunders disse.

Os pesquisadores usaram o OMEGA Extended Performance (EP) com sua capacidade de pulso curto para obter imagens das interações do jato. Dois lasers de pulso longo conduzem choques em duas amostras de estanho que são impressas com ranhuras triangulares em suas superfícies livres. À medida que os choques irrompem das superfícies livres, as características da ranhura são invertidas para formar microjatos planares de material que se propagam um em direção ao outro.

Mais tarde, o feixe de pulso curto EP incidente em um microfio gera uma explosão brilhante de raios-X que permite que a equipe faça uma radiografia dos jatos conforme eles colidem. A radiografia de raios-X também fornece informações quantitativas sobre os jatos pré e pós-colisão, como densidades de jato e empacotamento de partículas dentro dos jatos.

“O trabalho fornece as primeiras imagens das interações de microjatos ejetados e com isso, levanta muitas questões interessantes sobre a física que domina o comportamento colisional, "Saunders disse, adicionar que o estanho é um material conhecido por derreter sob as pressões de choque exploradas neste experimento. "Temos motivos para acreditar que os jatos de baixa pressão podem conter mais material sólido do que os jatos dos acionadores de choque de alta pressão."

Saunders disse que isso levanta a questão de se a diferença no comportamento de interação que foi observada entre os dois casos é resultado da diferença na fase material, ou outras características do jato, como densidade, distribuições de velocidade ou tamanho de partícula. As colisões ocorrem com pequenas partículas viajando em velocidades extremas e envolvem mecânica de taxa de deformação extremamente alta.

A equipe pretende resolver algumas das incertezas da física e entender o que está conduzindo as diferenças que foram observadas na dinâmica de interação:densidade, fase material, distribuições de tamanho de partícula, elasticidade das colisões ou uma combinação de todas elas. Como parte disso, a equipe deseja expandir os recursos de diagnóstico para incluir diferentes medidas que possam medir algumas dessas propriedades diretamente.