破裂的气泡表明在多重冲击条件下可能会出现新的喷射物产生机制

由劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)领导的新研究提供了对喷出物产生的更好理解，60多年来，喷出物一直是整个科学界广泛关注的主题。

喷出物是从某个区域挤出或喷出的物质颗粒。在许多多学科应用中观察到了这种现象，包括火山喷发、小行星撞击行星、航天器和卫星的表面屏蔽、粉末喷涂和激光诱导材料烧蚀的工程应用。

发表在《应用物理学杂志》上的一篇论文的主要作者GarryMaskaly说，研究小组发现了一种以前未知的喷出物产生机制，称为浅气泡坍缩(SBC)，它不是基于Richtmyer-Meshkov不稳定性(RMI)，当冲击波相互作用并分离两种不同密度的流体。RMI喷射物以前被认为是冲击驱动金属喷射物的主要来源，并且一直是数十年研究的主题。

这项工作是计算和实验工作之间的互动过程，如果没有LLNL、洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和位于加利福尼亚州圣巴巴拉的内华达国家安全站点特殊技术实验室(NNSS-STL)之间的积极合作，这项工作是不可能实现的.

该团队使用各种冲击条件的高分辨率模型来识别在计算上与RMI理论不同的机制。该团队设计并进行了实验以评估这些条件。WSC代码和LLNLHPC资源对于这项工作至关重要。

这项工作巩固了LLNL、LANL和NNSS-STL之间的紧密合作，推动了弹射物物理学的新领域。金属表面的冲击驱动喷射物生产经常发生在具有金属自由表面的高爆炸驱动实验中。

“了解这种现象对于准确了解金属在这些情况下的动态行为非常重要，”马斯卡利说。“金属喷射物会干扰诊断并改变系统的整体演化。在多次冲击喷射实验中，观察到与标准RMI理论不一致的异常结果。SBC提出了一种新的多冲击喷射产生现象学。”

这项研究的主要亮点总结了SBC机制如何产生比在类似冲击强度下产生的RMI喷射物更多(10倍)且温度高得多(两倍)的喷射物。

Maskaly说：“这项研究的结果导致了对喷射物理和生产、运输以及SBC射流相互作用和碰撞的各种机制领域的物理现象的新见解。”

他解释说，当金属在冲击下熔化并且在表面附近有释放形成空化气泡时，第二次冲击可以重新压实这些空化气泡，从第二次冲击中提取大量能量。

“这会导致材料变得非常热并剧烈爆炸，以高速在表面前方喷洒大量材料，”Maskaly说。

该论文的合著者FadyNajjar进一步解释说：“考虑一个金属样品的背面受到快速移动的弹丸的冲击。正面被定义为自由表面(样品与空气的界面)。

“一旦发生撞击，冲击就会通过样品传播并到达自由表面，”Najjar说。“这被称为泰勒波。根据冲击的强度和样品的状态(熔化或固体)，物质从产生微粒的自由表面喷射出来，我们称之为喷射物。”

Maskaly将这项工作比作一个常见的聚会把戏，即只需用手敲击打开的瓶口即可打破瓶子的底部。

“在这项工作中，空化气泡的形成和随后的破裂非常猛烈，足以用适度的力量将玻璃瓶底部打碎，”他说。“在浅气泡破裂中，空化气泡的形成和冲击驱动的破裂会导致剧烈事件，导致大量金属从表面向前喷射。”

Maskaly说，SBC解释了以前无法解释或未探索的多种冲击驱动喷射行为的机制。通过SBC，该团队证明可以喷射出足够的动量来影响整体流体动力学。

“我们在SBC上的工作也启发了动量测量的诊断改进，这些改进正在影响未来的基础实验和亚临界实验，”Maskaly说。

除了Maskaly和Najjar，合著者还包括来自NNSSSTL的GeraldStevens、BrandonLaLone、DaleTurley和MattStaska;和来自LANL的TomHartsfield。