Lorsqu'une onde de choc traverse un matériau et atteint une surface libre, des morceaux de matériau peuvent se détacher et s'envoler à grande vitesse. S'il y a des défauts sur la surface, le choc forme des microjets qui se déplacent plus vite qu'une balle à grande vitesse.

Comprendre comment ces microjets se forment et comment ils interagissent avec la matière aide à améliorer le blindage des engins spatiaux et à comprendre un impact planétaire.

Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont produit des simulations hydrodynamiques de microjets entraînés par laser à partir de rainures à l'échelle du micron sur une surface d'étain. A partir de ces simulations, ils ont pu voir la formation de microjets à travers une gamme de forces de choc, des disques qui laissent la cible solide après la libération aux disques qui induisent une fusion par choc dans la cible.

Lorsqu'un échantillon de métal est soumis à une pression dynamique due à un impact, une explosion ou une irradiation par un laser de forte puissance, une onde de choc peut se développer près du côté chargé et se propager dans l'échantillon. Lorsque le choc interagit avec la surface libre de l'échantillon, il accélère la surface et peut provoquer une défaillance localisée du matériau. Lorsque l'onde de choc interagit avec des défauts de surface (tels que des creux, bosses, vides, rainures ou rayures), le matériau peut être éjecté sous forme de nuages ​​de petites particules, ou mince, jets dirigés à des vitesses nettement plus rapides que la surface libre.

Les simulations sont essentielles pour étudier les microjets lorsqu'ils se déplacent de 1 à 10 kilomètres par seconde (km/s), alors qu'une balle parcourt environ 0,3 km/s.

"L'étain a été conçu avec des rainures à l'échelle du micron dans la surface afin que nous puissions générer des microjets, étudier comment ils se propagent et interagissent, " a déclaré Kyle Mackay, physicien du LLNL, auteur principal d'un article paru et choisi comme choix de l'éditeur dans le Journal de physique appliquée .

La recherche fait partie du projet Metal Eject Recollection Interaction and Transport (MERIT) au LLNL.

L'équipe a découvert que la formation des jets peut être classée en trois régimes :un régime à faible énergie où la résistance des matériaux affecte la formation des jets; un régime à énergie modérée dominé par la phase changeante de l'étain; et un régime à haute énergie où les résultats sont insensibles au modèle matériel et la formation du jet est décrite par la théorie idéalisée du jet stationnaire. Mackay a déclaré que la transition entre ces régimes peut augmenter de 10 fois la masse du jet.

"Il n'est pas surprenant que plus vous frappez fort, plus il en sort des choses, " a déclaré la physicienne du LLNL, Alison Saunders, co-auteur de l'article et responsable du projet MERIT. "Mais il y a beaucoup de subtilité impliquée dans la compréhension de la physique des matériaux qui conduit à une telle relation, et pour un matériau comme l'étain, qui subit de nombreuses transitions de phase sous charge de choc, la relation est loin d'être linéaire."