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変形実験は、衝撃圧縮中の材料の変化についての洞察を明らかにする

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変形実験は、衝撃圧縮中の材料の変化についての洞察を明らかにする

2016-09-05


この画像は、タンタル試料がレーザーによって衝撃負荷され、X線ビームによって探査される実験装置を示す。検出器のアレイによって収集された回折パターンは、材料が双晶化を受けることを示す。背景図は、双子を作成した格子構造を示しています。クレジット:ryan chen / llnl


最初に、衝撃圧縮中に格子レベルで変形双晶を測定するin-situ回折実験が報告されました。その結果は最近、オックスフォード大学、ロスアラモス国立研究所、ヨーク大学、スラク国立加速器研究所の大学のローレンス・リモアモア国立研究所の共同研究者チームによって自然界に発表されました。


衝撃圧縮は、高圧や温度などの極限条件と超高速時間スケールを組み合わせるため、挑戦的な研究領域です。問題を単純化するために、科学者はしばしば、固体材料が流体のように振る舞い、流動せず、抵抗なくその形状(可塑性)を変化させると仮定する。しかし、固体として、ほとんどの材料は格子構造も保持する。材料が流れるにつれて、形状が変化し、格子の規則的なパターンを維持しながら、何とか格子も同様に変化しなければならない。最も基本的なレベルでの可塑性の研究は、材料が変形している間に格子がどのように変化しているかを理解することに基づいている。


転位 - スリップ(格子転位が発生して移動する)と双晶(双晶が鏡像格子で形成される)が塑性変形の基本メカニズムである。可塑性に本質的に重要であるにもかかわらず、能動機構をその場で(ショック中に)診断することは困難である。以前の研究では事実(「回復」)後に資料が研究され、複雑な要素が追加され、相反する結果が生じました。


\"現場回折実験は数十年前から行われてきましたが、高出力レーザーやX線フリー電子レーザーの採用により、より広範な測定が可能になり、より敏感でより厳しい条件にも対応できるようになり、と述べたchris wehrenberg、llnl物理学者と論文の鉛の著者。 \"我々の研究は、重要な情報を得ることができる回折リング内の信号の分布、研究の未開拓領域を強調しています。


このチームの実験は、スラックのリニアコヒーレント光源に位置する極端な状況の端局の新しい問題で実施されました。この光源は、ひずみ速度技術。


「これらの実験では、レーザ加熱プラズマのジェットが試料に反対の圧力を生じさせ、X線ビームで試料の状態を探知するレーザーで衝撃波を発射する」とWehrenberg氏は述べた。 「X線は特定の角度でサンプルから散乱し、回折リングを形成し、散乱角は物質の構造に関する情報を提供する」と述べている。


in-situ回折実験の人気が高まっているにもかかわらず、ほとんどが散乱角に焦点を当て、回折リング内の信号の分布には対応していない。このアプローチは、材料が相を変えるときを明らかにするが、材料が相転移の外でどのように挙動するかを明らかにしない。


ライン内の信号分布の変化を分析することにより、チームは格子の向きまたはテクスチャの変化を検出し、材料が双晶またはスリップしているかどうかを示すことができます。さらに、サンプルタンタル、高密度金属 - 双晶がショック圧縮時にスリップするかどうかを実証できるだけでなく、ショック圧力の全範囲の大部分でこれを実証することができました。


\"llnlは、科学ベースの在庫管理スチュワードシップの一環として材料モデリングに深く関わっており、分子レベルでタンタルをモデル化するプログラム的な取り組みと可塑性モデリングを行っています。これらの結果は、ベンチマークや検証のためにモデルを直接比較することができるデータを提供して、両方の努力に直接適用されます。将来、私たちはpla これらの実験的な取り組みを、より高い圧力で塑性を研究するllnlの全国着火施設に関する関連実験と調整する」と述べた。


準静的実験では、材料のテクスチャおよび微細構造の変化に対するX線回折データを解析する技術は、衝撃実験の分野では新しいものです。この技術の組み合わせは、他の多くの分野に関連しています。例えば、双晶と微小破壊によって引き起こされた石英の平面変形の特徴は、流星衝突地点の共通の指標であり、これらの特徴はまた、他の地質学的材料の磁化に影響を及ぼす可能性がある。同様に、双晶は弾道ペネトレータの自己鮮明化挙動に重要な役割を果たし、防護用途のための高性能セラミックスの延性向上と関連している。高速度の塑性性を理解することは、超高密度の塵の影響から宇宙ハードウェアを硬化させる上で重要であり、さらには星間の塵雲の形成にも影響します。


ソース:phys


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