Les observations expérimentales des interactions d'écoulement à haute vitesse chargées de particules ont été rares, étant donné la difficulté de générer des écoulements à grande vitesse de nombreuses particules. Ces observations jouent un rôle important dans la compréhension d'un large éventail de phénomènes naturels, allant de la formation planétaire aux interactions des nuages.

C'est-à-dire, jusqu'à maintenant. Dans des expériences menées à l'Omega Laser Facility du Laboratoire d'énergie laser (LLE) de l'Université de Rochester, des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont montré pour la première fois des séquences d'images radiographiques aux rayons X de deux microjets d'éjecta d'étain en interaction.

L'ouvrage a été publié par Lettres d'examen physique et sélectionné comme suggestion de l'éditeur avec la physicienne LLNL Alison Saunders en tant qu'auteur principal.

"Ces interactions n'avaient jamais été observées auparavant, et donc nous ne savions pas vraiment à quoi nous attendre, " a déclaré Saunders. " Il était surprenant de voir les jets de faible densité de la pression de choc inférieure se traverser complètement inchangés. Cela peut être considéré comme des flux de particules diffus se traversant les uns les autres. »

Saunders a déclaré que c'était également une surprise de voir les jets à plus haute densité de la pression de choc plus élevée interagir fortement.

"Nous appelons cela "l'expérience des tuyaux d'eau" parce qu'il semblait que nous nous aspergeions deux tuyaux d'eau et que nous les regardions éclabousser lorsqu'ils se heurtaient, " elle a dit.

Collision de microjets d'éjection d'étain

L'équipe a pris la première séquence d'images radiographiques de microjets d'éjecta d'étain en collision à deux pressions de choc différentes. Les microjets d'éjecta sont des jets à l'échelle du micron de petites particules qui se déplacent à des vitesses extrêmes (vitesses supérieures à plusieurs kilomètres par seconde, ou plusieurs milliers de miles par heure). L'équipe a observé deux régimes de comportement d'interaction en fonction de la pression de choc. À une pression de choc de 11,7 gigapascals, les jets se déplacent à 2,2 km/s et se croisent sans atténuation, alors qu'à une pression de 116,0 gigapascals, les jets désormais plus denses se déplacent à des vitesses de 6,5 km/s et interagissent fortement, former une couronne de matériau autour de la région d'interaction.

"Nous utilisons également un modèle collisionnel simplifié dans un code d'hydrodynamique des rayonnements pour modéliser les interactions et constater que le modèle est incapable de reproduire le comportement d'interaction exact que nous observons, suggérant que davantage d'expériences sont nécessaires pour comprendre la physique qui régit le comportement d'interaction des microjets d'éjecta, " a déclaré Saunders.

Les chercheurs ont utilisé OMEGA Extended Performance (EP) avec sa capacité à impulsions courtes pour imager les interactions des jets. Deux lasers à impulsions longues entraînent des chocs dans deux échantillons d'étain qui sont imprimés de rainures triangulaires sur leurs surfaces libres. Au fur et à mesure que les chocs éclatent des surfaces libres, les caractéristiques de rainure s'inversent pour former des microjets plans de matériau se propageant les uns vers les autres.

À un moment ultérieur, le faisceau à impulsions courtes EP incident sur un microfil génère une rafale brillante de rayons X qui permet à l'équipe de prendre une radiographie aux rayons X des jets lorsqu'ils entrent en collision. La radiographie aux rayons X fournit également des informations quantitatives sur les jets avant et après la collision, telles que la densité des jets et le tassement des particules dans les jets.

"Le travail fournit les premières images d'interactions de microjet d'éjecta et avec cela, soulève de nombreuses questions intéressantes sur la physique dominant le comportement collisionnel, " Saunders a dit, ajoutant que l'étain est un matériau connu pour fondre sous les pressions de choc explorées dans cette expérience. "Nous avons des raisons de croire que les jets à basse pression peuvent contenir plus de matière solide que les jets des entraînements à choc à haute pression."

Saunders a déclaré que cela soulève la question de savoir si la différence de comportement d'interaction qui a été observée entre les deux cas est le résultat de la différence de phase matérielle, ou d'autres caractéristiques du jet, comme la densité, distributions de la vitesse ou de la taille des particules. Les collisions se produisent avec de petites particules se déplaçant à des vitesses extrêmes et impliquent une mécanique de vitesse de déformation extrêmement élevée.

L'équipe a l'intention de résoudre certaines des incertitudes physiques et de comprendre ce qui motive les différences observées dans la dynamique d'interaction :densité, phase matérielle, distributions granulométriques, l'élasticité des collisions ou une combinaison de tous ces éléments. Dans le cadre de cela, l'équipe souhaite étendre les capacités de diagnostic pour inclure différentes mesures qui pourraient être en mesure de mesurer directement certaines de ces propriétés.