esta imagem representa a configuração experimental, na qual uma amostra de tântalo é carregada por choque por um laser e sondada por um raio de raios-x. os padrões de difração, coletados por uma série de detectores, mostram que o material é submetido à geminação. A ilustração de fundo mostra uma estrutura de rede que criou gêmeos. crédito: ryan chen / llnl

pela primeira vez, cientistas relataram experiências de difracção in situ que medem a gemagem de deformação no nível da rede durante a compressão de choque. Os resultados foram recentemente publicados na natureza por uma equipe de pesquisadores do laboratório nacional de lawrence livermore e colaboradores da universidade de Oxford, o laboratório nacional de los alamos, o laboratório nacional de aceleração da universidade de York e Slac.

A compressão de choque é uma área de estudo desafiadora, pois combina condições extremas, como altas pressões e temperaturas, com prazos ultra-rápidos. para simplificar o problema, os cientistas geralmente assumem que os materiais sólidos se comportam como um fluido, fluindo e mudando sua forma (plasticidade) sem resistência. ainda, como um sólido, a maioria dos materiais também retém uma estrutura de rede. Como um material flui, mudando de forma, de alguma forma a rede também deve mudar, mantendo o padrão regular da rede. O estudo da plasticidade em um nível mais fundamental repousa em entender como a rede está mudando enquanto um material está deformando.

deslocamento-deslocamento (onde as luxações de rede são geradas e se movem) e a geminação (onde os sub-grãos se formam com uma rede de imagem espelhada) são os mecanismos básicos de deformação plástica. apesar da sua importância fundamental para a plasticidade, o diagnóstico do mecanismo ativo in situ (durante o choque) foi evasivo. pesquisas anteriores estudaram o material após o fato (em \"recuperação\"), que introduz fatores adicionais de complicação e levou a resultados conflitantes.

\"Experimentos de difracção in situ existem há algumas décadas, mas ganharam destaque apenas recentemente, pois lasers de alta potência e os laser de elétrons de raios-X tornaram as medições mais amplamente disponíveis, mais sensíveis e capazes de alcançar condições mais extremas\" disse Chris Wehrenberg, o físico e o principal autor do artigo. \"Nosso trabalho destaca uma área de estudo inexplorada, a distribuição de sinal dentro dos anéis de difracção, que pode gerar informações importantes\".

os experimentos da equipe foram conduzidos no novo assunto em condições extremas, estação final, localizada na fonte de luz coerente linac de slac, que representa a vantagem em um grande investimento mundial em instalações que podem emparelhar difracção in-situ com alta pressão e alta- técnicas de taxa de deformação.

\"Nestes experimentos, você lança uma onda de choque com um laser, onde um jato de plasma aquecido a laser cria uma pressão adversa em sua amostra e sonda o estado da sua amostra com um feixe de raios-x\", disse Wehrenberg. \"Os raios-x espalharão a amostra em ângulos específicos, formando anéis de difracção e o ângulo de espalhamento fornecerá informações sobre a estrutura do material\".

apesar da crescente popularidade dos experimentos de difracção in situ, a maioria se concentra no ângulo de dispersão e não aborda a distribuição do sinal dentro de um anel de difracção. enquanto essa abordagem pode revelar quando um material muda de fases, não revelará como um material está se comportando fora de uma transição de fase.

ao analisar as mudanças de distribuição de sinal dentro das linhas, a equipe poderia detectar mudanças na orientação da rede ou textura e mostrar se um material estava sendo submetido a gemas ou escorregamentos. Além disso, a equipe não só poderia demonstrar se a amostra-tântalo, um metal-gêmeos de alta densidade ou deslizamentos quando choque comprimido, mas foram capazes de demonstrar isso para a maior parte da gama de pressões de choque.

\"Estamos profundamente envolvidos na modelagem de materiais como parte da missão de administração de estoque baseada em ciência e tem esforços programáticos para modelar o tântalo no nível molecular, bem como a modelagem de plasticidade\", disse Wehrenberg. \"Esses resultados são diretamente aplicáveis ​​a ambos os esforços, fornecendo dados que os modelos podem ser diretamente comparados para benchmarking ou validação. no futuro, nós pla n para coordenar esses esforços experimentais com experiências relacionadas na instalação nacional de ignição de llnl que estudam a plasticidade em pressões ainda maiores.

enquanto as técnicas de análise de dados de difração de raios X para mudanças na textura e microestrutura de um material foram praticadas em experiências quasi-estáticas, elas são novas no campo de experiências de choque. Essa combinação de técnicas é relevante para muitos outros campos. por exemplo, as características de deformação planar no quartzo causadas pela geminação e microfractura são uma indicação comum de sites de impacto de meteoro, e essas características também podem afetar a magnetização de outros materiais geológicos. Da mesma forma, a geminação desempenha um papel crucial no comportamento auto-afimador dos penetradores balísticos e tem sido associada a uma maior ductilidade em cerâmicas de alto desempenho para aplicações de armaduras. A compreensão da plasticidade de alta taxa é fundamental para o endurecimento de hardware espacial de impactos de poeira de hipervelocidade e até mesmo tem implicações para a formação de nuvens de poeira interestelar.

fonte: phys

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