Capire come le onde d'urto influenzano le strutture è fondamentale per i progressi nella ricerca scientifica dei materiali, compresi protocolli di sicurezza e nuove modifiche della superficie. Utilizzando sonde di diffrazione di raggi X, scienziati dell'Institute of Materials Structure Science di KEK, Tokyo della tecnologia, Università di Kumamoto, e l'Università di Tsukuba hanno studiato la deformazione del foglio di alluminio policristallino quando sottoposto a un'onda d'urto guidata dal laser.

Le basi dell'ingegneria risiedono nella comprensione e nella manipolazione della struttura dei materiali per sfruttarne le proprietà in modi creativi. Le interazioni tra i materiali avvengono attraverso lo scambio di forze, quindi prevedere la capacità di un materiale di resistere a una forza e il modo in cui si propaga è fondamentale per lo sviluppo di strutture con una maggiore resistenza.

Se una forte forza istantanea che agisce su un materiale provoca un'onda d'urto, gli atomi possono essere spostati o dislocati. Come un elastico, se la forza esterna non è troppo significativa, le forze interne possono resistere e il materiale può tornare allo stato originario (deformazione elastica). Ma oltre un certo limite, la forza può provocare danni permanenti o addirittura cedimenti strutturali (deformazione plastica) del materiale.

Le celle unitarie sono la più piccola struttura atomica tridimensionale che si ripete regolarmente e che riflette la simmetria complessiva di un cristallo, e studiare il loro spostamento può fornire approfondimenti ricchi. Però, osservare i processi su scala atomica è molto difficile. È qui che la diffrazione dei raggi X viene in soccorso. Immagina una telecamera che ti permetta di catturare eventi che si verificano su scala atomica. Quando un raggio X incontra un atomo viene assorbito e poi riemesso dall'atomo. Ciò fa sì che l'onda venga dispersa o diffratta in modo ordinato, a causa della disposizione ordinata degli atomi nel cristallo. A seconda delle dimensioni, disposizione spaziale, e distanza tra gli atomi, l'onda è diffusa in diverse direzioni con diversa intensità. Così, la struttura atomica viene catturata come segnali, come una fotografia del cristallo durante e dopo il passaggio dell'onda d'urto. Questo può essere usato per decodificare la deformazione dei cristalli.

Motivato da questo, i ricercatori hanno condotto un esperimento per osservare il processo di deformazione del foglio di alluminio policristallino quando sottoposto a un'onda d'urto guidata dal laser. Questo disturbo è stato quindi catturato come punti di diffrazione di un fascio di raggi X che potrebbero essere simultaneamente confrontati con il modello di diffrazione del cristallo pre-shock (Fig. 1). Hanno scoperto che grandi grani di alluminio venivano ruotati, compresso elasticamente, e di dimensioni ridotte lungo la direzione dell'onda. Quando l'onda si è propagata più in profondità nel campione, le macchie di diffrazione levigate e allargate, e le macchie di diffrazione originali cominciarono a scomparire, sostituito da una nuova serie di spot (Fig. 2). "Abbiamo osservato il raffinamento del grano e i cambiamenti strutturali del metallo policristallino, che aumentava con la propagazione dell'onda d'urto guidata dal laser. Questo, a sua volta, ha permesso lo studio della deformazione microstrutturale nei flussi d'urto plastici dal livello atomico a quello mesoscala, " ha dichiarato il Dr. Kohei Ichiyanagi della High Energy Accelerator Research Organization e della Jichi Medical University.

La ricerca contemporanea sui cambiamenti strutturali post-shock dei materiali spesso non riesce ad evidenziare il processo di dissipazione delle onde e la distribuzione dei difetti. Questa ricerca cambia lo status quo fornendo un metodo per osservare il raffinamento del grano e i cambiamenti strutturali, compresa la durezza superficiale e la modifica, di metallo policristallino durante il carico delle onde d'urto. Ottimista circa il potenziale di questa ricerca, Il professor Kazutaka G. Nakamura del Tokyo Institute of Technology ha affermato:"La nostra tecnica sarà preziosa per rivelare meccanismi di cambiamento microstrutturale per varie leghe e ceramiche basate su processi dinamici".

Certamente, questo dimostra i modi creativi in ​​cui possiamo espandere la portata di ciò che siamo in grado di vedere:questa volta, è così che i raggi X possono essere usati per catturare come le particelle vengono agitate e mescolate!