Experimenty bez rázové komprese vytvářejí extrémně nové tlakové stupnice

S nejúčinnějším laserem na světě a nejsilnějším systémem pulzního proudu na světě odvodil mezinárodní výzkumný tým nové tlakové stupnice pro zlato a platinu při 1 terapascalu.

Při testování standardního modelu částicové fyziky vědci často narážejí na obrovské podzemní prstence. Podobně fyzici pod vysokým tlakem stlačují materiály na stále vyšší tlaky, aby dále testovali kvantovou teorii kondenzované hmoty a předpovídali předpovědi provedené na nejvýkonnějších počítačích.

Tlak přesahující 1 milion atmosfér může dramaticky deformovat atomové elektronové mraky a změnit způsob, jakým jsou atomy zabaleny dohromady. To vytváří nové chemické vazby a odhalilo mimořádné chování, jako je heliový déšť, přeměna sodíku na průhledný kov, tvorba superiontového vodního ledu a přeměna vodíku na kovovou kapalinu.

S novými technologiemi, které neustále posouvají hranice fyziky vysokého tlaku, lze nyní v laboratoři dosáhnout terapeutických tlaků (TPa) pomocí statické nebo dynamické komprese (1 TPa odpovídá přibližně 10 milionům atmosfér), které byly kdysi nepřístupné.

Přesné a přesné stanovení tlaku však zvyšuje složitost experimentů v extrémních podmínkách. Mnoho z těchto technik je založeno na kalibrovaném tlakovém standardu. Dosud se většina experimentů při určování tlaku v takových extrémních podmínkách spoléhala na extrapolace z nízkotlakých kalibračních měření nebo teoretických modelů.

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Sandia National Laboratories a University of Hyogo to změnili prováděním experimentů s nejúčinnějším laserem na světě – National Ignition Facility (NIF) LLNL v Livermore v Kalifornii – a nejvíce výkonné pulzní lasery provedly světovou elektrárnu – stroj Sandias Z v Albuquerque v Novém Mexiku.

Pomocí nového přístupu zvaného bezšoková nebo rampová komprese tým určil, jak se komprimuje zlato a platina, když je lisováno na 1 TPa s extrémně vysokou přesností. Poté pomocí svých dat odvodili nové tlakové stupnice na 1 TPa. Studie byla zahájena 4. června 2021 v roce. propuštěn Věda a prezentovány ve zvláštní sekci „Perspektivy“.

“NIF a stroj Z jsou jedinečná zařízení.” Opravdu jsme posunuli jejich schopnost provádět co nejpřesnější měření, “řekl Dayne Fratanduono, fyzik LLNL a hlavní autor článku. “Abychom provedli kompresi bez otřesů, buď postupně používáme několik laserových paprsků nebo pulzní zdroj energie, abychom postupně vytlačili náš vzorek.” Klíčem však je velmi pečlivě řídit rychlost, jakou zvyšujeme tlak na vzorek, abychom zabránili vytvoření rázové vlny, která by zničila experiment. A musíte si uvědomit, že celý experiment trvá mnohem méně než miliontinu sekundy. “

“Trik spočívá v tom, že většina materiálů je při stlačování tužší.” Musíme tedy jen odhadnout, o kolik, a pak najít stroj, který nabízí nejen dostatek energie, ale také dostatečnou kontrolu k provedení experimentu, “dodal Marius Millot, fyzik a spoluautor LLNL.

Podle Fratanduona existovalo několik dalších oblastí, které byly rozhodující pro dosažení vysoké úrovně experimentování přesnost: neuvěřitelná přesnost při obrábění kroků o velikosti mikrometrů na cílech; měření těchto kroků; a ultrarychlá měření rychlosti, která umožnila výzkumnému týmu určit, jak je vzorek komprimován.

„Toto je skutečně vyvrcholení několika desetiletí technologického vývoje,“ řekl Fratanduono. “Trvalo několik let vývoje, než se v experimentech dosáhlo této úrovně zralosti, a kombinace jednotlivých výhod NIF a Z, dvou nejlepších systémů s vysokou hustotou energie, byla také klíčem k tomu, aby materiální reakce zlata a platiny byla opravdu skutečná.” téměř zúžit. “

Tým očekává, že tyto nové tlakové knoflíky umožní dalším vědcům z celého světa snadno a přesně určit tlak ve svých experimentech jednoduchým měřením hustoty kusu zlata nebo platiny stlačeného spolu s jejich vzorkem zájmu.

„Jedná se o velký krok vpřed, protože díky mnohem lepšímu stanovení tlaku v experimentech můžeme skutečně otestovat teoretické předpovědi a kvantové simulace provedené s nejvýkonnějšími počítači na světě,“ uvedl Fratanduono. “To poskytne pevný základ pro budoucí objevy se statickou a dynamickou kompresí, protože budeme pokračovat v testování našeho chápání teorie kvantové kondenzované hmoty, oblasti aktivního výzkumu, který spojuje fyziku kondenzovaných látek, vědu o materiálech a kvantovou chemii.” Protože naše práce umožní přesnější měření vlastností planetových složek při příslušných tlacích TPa, očekáváme také zájem geofyziků, planetárních vědců a astronomů. “

Reference:

„Stanovení zlatých a platinových standardů pro 1 terapascal s kompresí bez rázů“, autor: DE Fratanduono, M. Millot, DG Braun, SJ Ali, A. Fernandez-Pañella, CT Seagle, J.-P. Davis, JL Brown, Y. Akahama, RG Kraus, MC Marshall, RF Smith, EF O’Bannon III, JM McNaney a JH Eggert, 4. června 2021, Věda.
DOI: 10.1126 / science.abh0364

“Kalibrace experimentů v atom– tlaky na drcení “od Raymonda Jeanloze, 4. června 2021, Věda.
DOI: 10.1126 / science.abi8015

Spoluautoři zahrnují Fratanduono a Millot David Braun, Suzanne Ali, Amalia Fernandez-Pañella, Richard Kraus, Michelle Marshall, Raymond Smith, Earl O’Bannon, James McNaney a Jon Eggert z LLNL; Christopher Seagle, Jean-Paul Davis a Justin Brown ze Sandia National Laboratories; a Yuichi Akahama z univerzity v Hyogu.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.