Questa immagine mostra la mappa Electron Backscatter Diffraction (EBSD) e le figure polari prese attraverso lo spessore della lastra che mostra una granulometria uniforme e un lieve allineamento preferenziale generale degli assi cristallografici (noto come trama cristallografica). All'interno della mappa EBSD i grani rossi contribuiscono alla componente della trama della fibra <100> e i grani blu contribuiscono alla trama della fibra <111>. Esperimenti negli Acta Materiali la pubblicazione ha utilizzato questo materiale di buon pedigree per eliminare la variabilità che potrebbe derivare dall'uso di diversi lotti di materiale di tantalio. Credito:Nathan Barton
I ricercatori dei laboratori nazionali Lawrence Livermore, Los Alamos e Sandia hanno collaborato per comprendere meglio la forza del tantalio, un importante materiale per lo sviluppo di piattaforme nella comunità dei tre laboratori.
Il lavoro si basa sulla comprensione che il tantalio rimane in un'unica fase solida nell'intera gamma di condizioni esaminate. Ciò include le condizioni a cui accedono la National Ignition Facility presso LLNL e la macchina Z presso Sandia. Sebbene il tantalio sia nominalmente semplice, mostra ancora complessità nel modo in cui i processi su scala atomica nel materiale manifestano una variabilità della forza che si estende per quasi due ordini di grandezza.
La ricerca, che compare in Acta Materiali , incentrato sulla risposta a due domande:questi diversi esperimenti forniscono un quadro coerente della forza? E, attraverso l'analisi integrata di diversi esperimenti, i ricercatori possono far avanzare la comprensione teorica e la modellazione della forza in condizioni estreme?
I ricercatori hanno utilizzato i dati di sette diversi tipi di esperimenti e hanno confrontato tre modelli di forza indipendenti per esplorare la forza con un nuovo grado di confronto incrociato su un'ampia gamma di condizioni. In questa impostazione, la forza si riferisce alla resistenza del materiale alla deformazione permanente. Questo tipo di deformazione permanente è spesso discusso in termini di deformazione plastica. È stata anche esplorata la velocità di deformazione del materiale, la sua velocità. Il tasso è inversamente correlato alla durata dell'esperimento. Gli esperimenti che hanno avuto le durate più brevi hanno sondato i tassi di deformazione più elevati. Gli esperimenti NIF hanno avuto accesso alle condizioni più estreme e i dati sulla forza vengono raccolti in sole decine di nanosecondi negli scatti NIF.
Nathan Barton, capogruppo del programma per la fisica della materia condensata all'interno del programma di fisica e design delle armi presso LLNL e coautore del lavoro, ha affermato che il lavoro è coerente con le grandi missioni scientifiche dei laboratori NNSA.
"Il lavoro ha attinto in modo critico alle competenze in materia di tutti i laboratori", ha affermato Barton. "Avevamo bisogno di esperienza sia nella raccolta dei dati che nelle tecniche di analisi pertinenti per tutte le piattaforme sperimentali."
L'assemblaggio del team del tri-laboratorio è nato da discussioni tecniche guidate da Bruce Remington presso LLNL, Rusty Grey presso LANL e Dawn Flicker da Sandia. Dana Dattelbaum, che sovrintende all'area del programma pertinente presso LANL, ha descritto il livello di collaborazione tra i tre laboratori che ha portato a questo documento come senza precedenti.
Nelle applicazioni tradizionali, i ricercatori tendono a pensare alla resistenza di un materiale come relativamente insensibile alla pressione e alla velocità. Osservando la gamma estrema di condizioni a cui si accede su piattaforme sperimentali nell'impresa NNSA, i ricercatori vedono variazioni di forza di quasi due ordini di grandezza, da 0,15 gigapascal (GPa) a oltre 10 GPa. Un gigapascal corrisponde a circa 10.000 atmosfere di pressione. Come utile punto di confronto, un acciaio ad alta resistenza potrebbe avere una resistenza di circa 1 GPa in condizioni ambientali e tassi convenzionali. Quindi, in tutta la gamma di condizioni studiate, il tantalio è passato dall'essere molto più morbido ad essere circa 10 volte più resistente di un acciaio ad alta resistenza in condizioni convenzionali.
"L'aspetto unico è il livello di comprensione che siamo stati in grado di ottenere dando uno sguardo unificato ai dati da una tale gamma di piattaforme sperimentali", ha spiegato Barton. "Il lavoro delineato nel documento esamina pressioni da ambiente a oltre 350 GPa, velocità di deformazione da 10 −3 a 10 8 al secondo e temperature da 148 a 3.800 Kelvin."
L'approccio integrato ha aiutato i ricercatori a isolare gli effetti di pressione e velocità. "Sebbene sia gratificante poter modificare i modelli di uso comune per acquisire le osservazioni, è chiaro che abbiamo più lavoro da fare per comprendere appieno e prevedere la risposta materiale in una gamma così drammatica di condizioni", ha affermato Barton.
L'attività di tri-laboratorio delineata nel documento è in corso e continua a essere un prezioso veicolo per coordinare la valutazione dei dati sperimentali da una varietà di piattaforme sperimentali, comprese le principali strutture DOE come il NIF presso LLNL, la macchina Z presso SANDIA e il Settore di compressione dinamica presso l'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory. Il team del tri-laboratorio ha spostato l'enfasi sull'esame della resistenza dei materiali che subiscono trasformazioni di fase e una pietra miliare di livello 2 in quest'area è stata appena completata con successo. Diverse presentazioni a una conferenza dell'American Physical Society quest'estate presenteranno aspetti di questo lavoro più recente e ci saranno ulteriori pubblicazioni dal team del tri-laboratorio. + Esplora ulteriormente
