A Studie veröffentlicht diese Woche in Wissenschaft sah Forscher aus der Das SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums verwendet die ultraschnelle Elektronenbeugung, um das Schmelzen von Gold nach dem Strahlen mit Laserlicht zu untersuchen. Das Experiment führte zu einem Film mit nie zuvor gesehenen atomaren Details des Schmelzprozesses, der zu Durchbrüchen bei der Fusionsleistung führen könnteReaktorkonstruktionen und alle anderen Anwendungen, bei denen Materialien extremen Bedingungen standhalten müssen.
Hochgeschwindigkeits-Elektronenkamera von SLAC
Der Film wurde mit der Hochgeschwindigkeits-Elektronenkamera von SLAC aufgenommen, die eine Verschlusszeit von etwa 100 Millionstel einer Milliardstel Sekunde oder 100 Femtosekunden hat. Die Kamera kann tatsächlich die Bewegungen von Elektronen und Atomkernen in Molekülen erfassen, die in vorkommenweniger als eine Zehntel Billionstel Sekunde.
„Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt zur besseren Vorhersage der Auswirkungen extremer Bedingungen auf Reaktormaterialien, einschließlich Schwermetalle wie Gold“, sagte der SLAC-Postdoktorand Mianzhen Mo, einer der Hauptautoren der Studie, in a Aussage . „Die Beschreibung des Schmelzprozesses auf atomarer Ebene wird uns helfen, die kurz- und langfristigen Schäden in diesen Materialien wie Rissbildung und Materialversagen besser zu modellieren.“
Das Team erlebte ein im Wesentlichen heterogenes Schmelzen auf Zeitskalen von 100 bis 1000 Pikosekunden, das zu einem katastrophalen homogenen Schmelzen innerhalb von 10 bis 20 Pikosekunden bei höheren Energiedichten führte. Es entdeckte auch Hinweise auf eine Koexistenz von Feststoffen und Flüssigkeiten und bestimmte die ausgewertete Debye-Temperaturdie Schmelzempfindlichkeit gegenüber Keimbildungssamen und mehr.
„Ungefähr 7 bis 8 Billionen Sekunden nach dem Laserblitz haben wir gesehen, wie sich der Feststoff in eine Flüssigkeit verwandelt hat“, erklärte der SLAC-Postdoktorand Zhijang Chen, einer der HauptautorenGleichzeitig beobachteten wir die Bildung von Flüssigkeitstaschen, die von festem Gold umgeben sind. Diese Mischung entwickelte sich im Laufe der Zeit, bis nach etwa einer Milliardstel Sekunde nur noch Flüssigkeit übrig war. “
Bau von Fusionsreaktoren
Die Forscher hoffen, dass ihre neuen Daten beim Bau von Fusionsreaktoren nützlich sein werden, für die Materialien erforderlich sind, die widerstandsfähig genug sind, um extremer Strahlung standzuhalten. Temperaturen von bis zu Hunderten von Millionen Grad Fahrenheit. „Unsere Methode ermöglicht es uns, das Verhalten von Materialien in extremen Umgebungen in atomaren Details zu untersuchen. Dies ist der Schlüssel zum Verständnis und zur Vorhersage von Materialeigenschaften und könnte neue Wege für die Gestaltung zukünftiger Materialien eröffnen“, sagte Siegfried Glenzer, Leiter vonSLAC's High Energy Density Science Division und der Hauptprüfer der Studie.
SLAC ist ein Multiprogrammlabor der Stanford University, das in den Bereichen Photonenwissenschaft, Astrophysik, Teilchenphysik und Beschleunigerforschung experimentiert. Das SLAC-Team der Studie wurde von Wissenschaftlern des Los Alamos National Laboratory des DOE, der University of British Columbia und der University unterstütztvon Alberta in Kanada und der Universität Rostock und der Universität Duisburg-Essen in Deutschland.
Via : SLAC