Le osservazioni sperimentali delle interazioni di flusso carico di particelle ad alta velocità sono state scarse, data la difficoltà di generare flussi ad alta velocità di molte particelle. Queste osservazioni giocano un ruolo importante nella comprensione di un'ampia gamma di fenomeni naturali, che vanno dalla formazione planetaria alle interazioni delle nuvole.

Questo è, fino ad ora. Negli esperimenti condotti presso l'Omega Laser Facility presso il Laboratory for Laser Energetics (LLE) dell'Università di Rochester, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno mostrato per la prima volta sequenze di immagini radiografiche a raggi X di due microgetti di stagno interagenti.

Il lavoro è stato pubblicato da Lettere di revisione fisica e selezionato come suggerimento dell'editore con il fisico LLNL Alison Saunders che funge da autore principale.

"Queste interazioni non erano mai state osservate prima, e quindi non sapevamo davvero cosa aspettarci, "Saunders ha detto. "E 'stato sorprendente vedere i getti a bassa densità dalla pressione d'urto inferiore passare l'uno attraverso l'altro completamente invariato. Questo può essere pensato come flussi di particelle diffusi che passano l'uno attraverso l'altro".

Saunders ha detto che è stata anche una sorpresa vedere i getti ad alta densità della maggiore pressione d'urto interagire fortemente.

"Lo chiamiamo 'esperimento della manichetta dell'acqua' perché sembrava che stessimo spruzzando due manichette dell'acqua l'una contro l'altra e guardandole schizzare quando si colpiscono l'una sull'altra, " lei disse.

Microjet a getto di stagno in collisione

Il team ha preso la prima sequenza di immagini radiografiche di microgetti di stagno eiettato in collisione a due diverse pressioni d'urto. I microgetti Ejecta sono getti su scala micron di piccole particelle che viaggiano a velocità estreme (velocità superiori a diversi chilometri al secondo, o diverse migliaia di miglia orarie). Il team ha osservato due regimi di comportamento di interazione in funzione della pressione d'urto. Ad una pressione d'urto di 11,7 gigapascal, i jet viaggiano a 2,2 km/s e si attraversano indisturbati, considerando che ad una pressione di 116,0 gigapascal, i getti ora a maggiore densità viaggiano a velocità di 6,5 km/s e interagiscono fortemente, formando una corona di materiale attorno alla regione di interazione.

"Utilizziamo anche un modello collisionale semplificato in un codice idrodinamico delle radiazioni per modellare le interazioni e scoprire che il modello non è in grado di riprodurre l'esatto comportamento di interazione che osserviamo, suggerendo che sono necessari più esperimenti per comprendere la fisica che guida il comportamento di interazione del microgetto ejecta, " ha detto Saunders.

I ricercatori hanno utilizzato OMEGA Extended Performance (EP) con la sua capacità di impulsi brevi per visualizzare le interazioni dei getti. Due laser a impulso lungo guidano gli urti in due campioni di stagno che sono stampati con scanalature triangolari sulle loro superfici libere. Quando gli urti escono dalle superfici libere, le caratteristiche della scanalatura si invertono per formare microgetti planari di materiale che si propagano l'uno verso l'altro.

Più tardi, l'incidente del raggio a impulso corto EP su un microfilo genera un'esplosione luminosa di raggi X che consente al team di eseguire una radiografia a raggi X dei getti mentre si scontrano. La radiografia fornisce anche informazioni quantitative sui getti prima e dopo la collisione, come la densità dei getti e l'impaccamento delle particelle all'interno dei getti.

"Il lavoro fornisce le prime immagini delle interazioni del microgetto espulso e con ciò, solleva molte domande interessanti sulla fisica che domina il comportamento collisionale, "Saunders ha detto, aggiungendo che lo stagno è un materiale che è noto per sciogliersi a causa delle pressioni d'urto esplorate in questo esperimento. "Abbiamo motivo di credere che i getti a pressione più bassa possano contenere più materiale solido rispetto ai getti degli ammortizzatori ad alta pressione".

Saunders ha affermato che ciò pone la domanda se la differenza nel comportamento di interazione che è stata osservata tra i due casi sia il risultato della differenza nella fase materiale, o altre caratteristiche del getto, come densità, distribuzioni di velocità o granulometria. Le collisioni si verificano con piccole particelle che viaggiano a velocità estreme e coinvolgono una meccanica di velocità di deformazione estremamente elevata.

Il team intende risolvere alcune delle incertezze fisiche e capire cosa sta guidando le differenze che sono state osservate nelle dinamiche di interazione:densità, fase materiale, distribuzioni granulometriche, elasticità delle collisioni o una combinazione di tutte queste. Come parte di ciò, il team vuole espandere le capacità diagnostiche per includere diverse misurazioni che potrebbero essere in grado di misurare direttamente alcune di queste proprietà.