Los recientes avances del sincrotrón y el desarrollo de plataformas de compresión dinámica han creado la capacidad de investigar estados extremos de la materia en escalas de tiempo cortas en líneas de rayos X utilizando ondas de choque generadas por sistemas de impacto. Así es como los científicos aprendieron que las protuberancias de la superficie llamadas "chorros"formado después de que las ondas de choque pasaran a través del metal de cerio, podría proporcionar información sobre el esfuerzo de fluencia del cerio en su estado posterior al choque.El estrés de rendimiento es el nivel de estrés en el que un metal u otro material deja de comportarse elásticamente y, por lo tanto, se daña permanentemente.
"El uso de cerio nos permite obtener una comprensión fundamental de una amplia gama de fenómenos relacionados con las propiedades multifase de los materiales, incluida la evolución de la fuerza después de las transiciones de fase", dijo Brian Jensen, físico y líder del equipo en el Choque yDetonation Physics Group en el Laboratorio Nacional de Los Alamos LANL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE.
"Estudiar la formación y evolución de chorros en metales y, más en general, cómo responden los materiales en condiciones extremas utilizando imágenes de contraste de fase de rayos X es relevante para cosas tales como impactos de meteoritos, el rendimiento de explosivos y detonadores, comprender la nucleación de grietas ypropagación en materiales y el desarrollo de nuevos materiales con propiedades personalizadas cuyas aplicaciones incluyen componentes de automóviles y aviones, armaduras más ligeras y resistentes a los impactos, y escudos de escombros en el espacio, por nombrar algunos ".
Los científicos de Los Alamos, el Laboratorio Nacional de Argonne y National Security Technologies LLC generaron ondas de choque en muestras de cerio utilizando el sistema IMPact de última generación para Experimentos Sincrotrón ULtrafast IMPULSE, que fue desarrollado específicamente para su uso en el Fotón AvanzadoSource APS, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE ubicada en Argonne. IMPULSE es un sistema de pistola de gas que lanza proyectiles a objetivos colocados en el camino del haz de rayos X del APS en la línea de haz de 32 ID. Proyectiles con impactadores de cobregolpeó el cerio, creando ondas de choque en el interior que lo transformaron de la fase γ ambiental a un estado de mayor presión y temperatura α. Posteriormente, las ondas de choque se reflejaron desde la parte posterior de la muestra de cerio, interactuando con surcos que habían sido mecanizados allí.el cerio conmocionado volvió a su fase γ a alta temperatura, se formaron chorros de metal y crecieron en las ubicaciones de las ranuras.
Debido a que el cerio es opaco a los rayos X en las energías de rayos X utilizadas, los investigadores pudieron obtener imágenes de los chorros a medida que se formaban. Las sondas de Velocimetría Doppler fotónica midieron simultáneamente las velocidades de crecimiento de los chorros. Al medir las alturas de los chorros en función del tiempoy los historiales de velocidad para una variedad de tensiones de impacto, los científicos utilizaron varios métodos, incluida la simulación por computadora, para estimar la tensión de rendimiento del cerio después de su reversión a la fase γ. Se encontró un buen acuerdo entre los cálculos y los datos, que ilustran la sensibilidad deformación de chorro para producir valores de tensión.
"Estamos buscando trabajo para obtener una comprensión fundamental de la evolución de la fuerza en condiciones extremas", dijo Jensen. "Eso incluye trabajar usando IMPULSE en el APS, experimentos que se llevarán a cabo en el nuevo Sector de Compresión Dinámica, también en el APSy experimentos en otros laboratorios nacionales, incluida la máquina Z en Sandia y las instalaciones de carga de explosivos e impactos en Los Alamos. El cerio ha demostrado ser una opción ideal para estos estudios debido a su rico diagrama de fases que está respaldado por una gran cantidad dedatos de alta presión, todos los cuales son necesarios para desarrollar una ecuación de estado multifase consciente de la fuerza ".
En última instancia, los científicos usarán su capacidad para desarrollar una ecuación de estado para el cerio para estudiar otros materiales, incluidos metales como el hierro, que es geofísicamente importante, explosivos y materiales novedosos que tienen aplicabilidad general. También están trabajando para acoplar susTécnicas de imágenes de rayos X con mediciones de difracción de rayos X para que puedan examinar la deformación del material a través de escalas de longitud. Las imágenes de rayos X les permitirán ver visiblemente materiales y características a nivel macroscópico a medida que evolucionan durante las deformaciones, mientras que la difracción de rayos X simultánealas mediciones les permitirán examinar las deformaciones a escala microscópica. "Correlacionar las respuestas de material microscópico y macroscópico en estas condiciones extremas ha sido un desafío científico de larga data", dijo Jensen.
Jensen considera que la actualización APS ofrece grandes beneficios para el programa de investigación del grupo. "El beneficio más importante para nosotros es que la actualización aumentará la resolución espacial de nuestras imágenes, permitiéndonos estudiar estos procesos dinámicos en escalas de longitud más pequeñas.
Kamel Fezzaa, miembro del equipo y científico de la línea de luz de la División de Ciencia de Rayos X de Argonne, está de acuerdo, y agrega: "Las técnicas de imagen de campo completo se beneficiarán enormemente del orden de reducción de magnitud en el tamaño de fuente horizontal. Las propiedades mejoradas de la X-la fuente de rayos también permitirá el desarrollo de nuevas modalidades de imágenes, que potencialmente alcanzarán una resolución espacial submicrométrica con un solo pulso de rayos X ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :