Fokuserede røntgenstråler afslører, hvordan sten under højt tryk omdannes til forskellige materialer

Stanford-forskere udnytter kraften i fokuserede røntgenstråler til at studere de transformationer, som sten har gennemgået under intens varme og tryk. Teknikken kunne give ny indsigt i gamle asteroide -påvirkningshændelser som dem, der slog den tidlige jord og spillede en afgørende rolle i dannelsen af ​​andre stenede planeter.

"For første gang, vi kan begynde at opklare den ultrahurtige transformation af en stenprøve under en dynamisk proces som stødkomprimering. Ved at tage en række øjebliksbilleder, vi kan fange, hvad der sker under meget hurtige processer, "siger Wendy Mao, en lektor i geologiske videnskaber og i foton videnskab.

Brug af Linac Coherent Light Source (LCLS) røntgenlaser på SLAC National Accelerator Laboratory, Mao og Arianna Gleason, en postdoktor ved Los Alamos National Laboratory og en gæsteforsker i Mao's Extreme Environments Laboratory, udfører eksperimenter, der giver dem mulighed for at se de hurtige transformationer af chokerede sten.

Først, de bruger kraftfulde optiske lasere til at overophede en lille del af en stenprøve og skabe et plasma. "Den del af stenen, som laseren rammer, bliver til et plasma, der blæser af, og det blæser så hurtigt af, at det skaber en stødbølge, der bevæger sig i den anden retning, "Forklarer Gleason.

Varmen og kompressionen genereret af den bevægelige chokbølge ændrer den krystallinske struktur af den resterende stenprøve, omarrangere dets atomer til et andet mineral.

For at belyse og registrere egenskaberne ved det skiftende mineral, forskerne affyrer et burst af fokuserede røntgenstråler fra LCLS ved prøven lige nanosekunder efter den første laserpuls. "Røntgenstrålerne har en bølgelængde, der er lige til at lade os måle afstanden mellem atomer, "Gleason siger." Baseret på atomernes position, vi kan fortælle præcist, hvilket materiale det er. "

Ved at variere ankomsttiden for røntgenstrålerne, forskerne kan generere en række øjebliksbilleder af mineralet, når det ændrer sig over tid. Oprettelse af en tidsserie, der repræsenterer 50 nanosekunder af stenændringer, kan kræve 6 til 12 timer i laboratoriet.

Ved hjælp af deres teknik, Mao og Gleason viste for nylig, at mineralet stishovit, en sjælden, ekstremt hård og tæt form af silica, kan dannes på få nanosekunder, eller milliarddele af et sekund - titalls eller endda hundredvis af gange hurtigere end tidligere antaget.

"Silica's højtryksadfærd er blevet undersøgt grundigt på grund af dets anvendelse ikke kun på planetarisk videnskab, men grundlæggende fysik, også kemi og materialevidenskab, "Mao siger." Denne undersøgelse giver kritisk indsigt i mekanismen bag, hvordan forskellige former for silica omdannes fra en struktur til en anden. "