Illustration du montage expérimental. La cible multicouche au milieu est chauffée par un faisceau de protons (violet) généré par une interaction d'impulsion laser de haute intensité avec une feuille de Cu (orange). Les images brutes de trois diagnostics sondant la surface arrière chauffée sont affichées sur le côté gauche. De haut en bas :pyrométrie optique résolue en temps, spectre d'énergie des protons et interférogramme résolu en temps. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
La conductivité thermique est l'une des propriétés physiques les plus cruciales de la matière lorsqu'il s'agit de comprendre le transport de la chaleur, évolution hydrodynamique et bilan énergétique dans des systèmes allant des objets astrophysiques aux plasmas de fusion.
Dans le régime de la matière dense chaude (WDM), les données expérimentales sont très rares, tant de modèles théoriques restent non testés.
Mais les chercheurs du LLNL ont testé la théorie en développant une plate-forme appelée « chauffage différentiel » pour effectuer des mesures de conductivité thermique. Tout comme la terre et l'eau sur Terre se réchauffent différemment au soleil, un gradient de température peut être induit entre deux matériaux différents. Le flux de chaleur ultérieur du matériau le plus chaud au matériau le plus froid est détecté par des diagnostics résolus dans le temps pour déterminer la conductivité thermique.
Dans une expérience utilisant le laser Titan à l'installation laser Jupiter du laboratoire, Les chercheurs et collaborateurs du LLNL ont réalisé les premières mesures de conductivité thermique de l'aluminium chaud et dense, un matériau prototype couramment utilisé dans le développement de modèles, en chauffant une cible à double couche d'or et d'aluminium avec des protons générés par laser.
"Deux diagnostics simultanés résolus en temps ont fourni d'excellentes données pour l'or, la matière la plus chaude, et aluminium, la matière la plus froide, " a déclaré Andrew Mckelvey, un étudiant diplômé de l'Université du Michigan et le premier auteur d'un article paru dans Rapports scientifiques . "Les ensembles de données systématiques peuvent contraindre à la fois l'équation d'état de libération (EOS) et la conductivité thermique."
En comparant les données avec des simulations utilisant cinq modèles de conductivité thermique existants, l'équipe a constaté que seulement deux sont d'accord avec les données. Le modèle le plus utilisé en WDM, appelé le modèle Lee-More, n'était pas d'accord avec les données. "Je suis heureux de voir que Purgatorio, un modèle basé sur LLNL, est d'accord avec les données, " dit Phil Sterne, Co-auteur de LLNL et chef de groupe du groupe de développement et d'application EOS dans la division de physique. "C'est la première fois que ces modèles de conductivité thermique de l'aluminium sont testés dans le régime WDM."
"L'écart existe toujours au début jusqu'à 15 picosecondes, " dit Elijah Kemp, qui est responsable des efforts de simulation. « Cela est probablement dû à des conditions de non-équilibre, un autre domaine de recherche actif dans le WDM."
L'équipe est dirigée par Yuan Ping dans le cadre de son projet de début de carrière financé par le programme de début de carrière du ministère de l'Énergie du Bureau de l'énergie de fusion. "Cette plate-forme peut être appliquée à de nombreuses paires de matériaux et par diverses méthodes de chauffage, notamment le chauffage par particules et par rayons X, " a déclaré Ping.
