Illustrazione del setup sperimentale. Il bersaglio multistrato al centro è riscaldato da un raggio di protoni (viola) generato da un'interazione di impulsi laser ad alta intensità con un foglio di Cu (arancione). Sul lato sinistro vengono visualizzate le immagini grezze di tre test diagnostici che sondano la superficie posteriore riscaldata. Dall'alto verso il basso:pirometria ottica risolta nel tempo, spettro di energia del protone e interferogramma risolta nel tempo. Credito:Lawrence Livermore National Laboratory
La conduttività termica è una delle proprietà fisiche più cruciali della materia quando si tratta di comprendere il trasporto di calore, evoluzione idrodinamica e bilancio energetico in sistemi che vanno dagli oggetti astrofisici ai plasmi di fusione.
Nel regime della materia densa calda (WDM), i dati sperimentali sono molto rari, tanti modelli teorici rimangono non testati.
Ma i ricercatori LLNL hanno testato la teoria sviluppando una piattaforma chiamata "riscaldamento differenziale" per condurre misurazioni della conducibilità termica. Proprio come la terra e l'acqua sulla Terra si riscaldano in modo diverso alla luce del sole, un gradiente di temperatura può essere indotto tra due materiali diversi. Il successivo flusso di calore dal materiale più caldo al materiale più freddo viene rilevato da una diagnostica risolta nel tempo per determinare la conduttività termica.
In un esperimento con il laser Titan presso la Jupiter Laser Facility del laboratorio, I ricercatori e i collaboratori di LLNL hanno ottenuto le prime misurazioni della conduttività termica dell'alluminio caldo e denso, un materiale prototipo comunemente usato nello sviluppo di modelli, riscaldando un bersaglio a doppio strato di oro e alluminio con protoni generati dal laser.
"Due diagnosi simultanee risolte nel tempo hanno fornito dati eccellenti per l'oro, il materiale più caldo, e alluminio, il materiale più freddo, " ha detto Andrew Mckelvey, uno studente laureato dell'Università del Michigan e il primo autore di un articolo apparso in Rapporti scientifici . "I set di dati sistematici possono vincolare sia l'equazione di stato di rilascio (EOS) che la conduttività termica".
Confrontando i dati con simulazioni utilizzando cinque modelli di conducibilità termica esistenti, il team ha scoperto che solo due concordano con i dati. Il modello più comunemente usato in WDM, chiamato il modello Lee-More, non era d'accordo con i dati. "Sono lieto di vedere che il Purgatorio, un modello basato su LLNL, concorda con i dati, " ha detto Phil Sterne, Co-autore di LLNL e capogruppo del gruppo di sviluppo e applicazione di EOS nella divisione di fisica. "Questa è la prima volta che questi modelli di conduttività termica dell'alluminio sono stati testati nel regime WDM".
"La discrepanza esiste ancora all'inizio fino a 15 picosecondi, " disse Elia Kemp, chi è responsabile degli sforzi di simulazione. "Questo è probabilmente dovuto a condizioni di non equilibrio, un'altra area di ricerca attiva in WDM."
Il team è guidato da Yuan Ping attraverso il suo progetto iniziale di carriera finanziato dal Department of Energy Office of Fusion Energy Science Early Career Program. "Questa piattaforma può essere applicata a molte coppie di materiali e con vari metodi di riscaldamento tra cui il riscaldamento di particelle e raggi X, " disse Ping.
