Eksploderende elektriske ledninger under vandet for at forstå stødbølger

Hvis du ikke er plasmafysiker, eksploderende elektriske ledninger under vandet kan lyde som en dårlig idé. Men det er faktisk en måde at studere chokbølger på, de formeringsforstyrrelser, der bevæger sig hurtigere end lydens hastighed.

Chokbølgeundersøgelser giver forskere mulighed for at opnå det varme tætte stof, der kun findes under de ekstreme forhold omkring stjerner og skabt i laboratoriet til inertial indeslutningsfusionsforskning. Chokbølger har også medicin, industrielle og militære anvendelser. Eksplodering af en elektrisk ledning under vandet er en måde at generere en chokbølge og give forskere et værktøj til at kontrollere ligningerne, der bruges til at forudsige stødbølger.

Forskere fra Technion Israel Institute of Technology satte sig for at forstå forholdet, hvis nogen, mellem udviklingen af ​​en chokbølge og ekspansionen af ​​den eksploderende ledning i et nyligt papir i tidsskriftet Plasmas fysik , fra AIP Publishing. Tag skyggebanebilleder for at se stødbølgernes bane, de fandt ud af, at trådens ekspansion bestemmer, hvordan en chokbølge henfalder, og udviklede en forenklet model til at beskrive dette forhold.

Forskerne observerede, at længe efter at chokbølgen blev genereret, tråden fortsætter med at ekspandere, hvilket fører til en betydeligt langsommere stødbølge end forudset af tidligere modeller. Yderligere i modsætning til tidligere modeller, denne nye model antager ikke selvlignende bevægelse og øjeblikkelig frigivelse af energi.

"Overraskende, og det er den spændende del, resultaterne af denne forenklede model passer glimrende til de eksperimentelt opnåede resultater, "sagde Alexander Rososhek, en forfatter til papiret. Eksperimentet viste, at den eksploderende ledning, der genererer chokbølgen, udvider sig med subsonisk hastighed.

"Dette fund, sammen med endimensionale hydrodynamiske simuleringer, tillod os i dybden at forstå den forbigående proces, der styrer chokbølgegenerering, "sagde Rososhek, "og fremmer vores viden om chokbølgegenerering som helhed."

Mere specifikt, disse resultater gælder for forskellige eksperimentelle opsætninger for at studere chokbølger. For eksempel, resultaterne af denne forskning kan bruges i eksperimenter, hvor stødintensiteten forstærkes ved, at en vandstrøm opnår yderligere energi ved forbrænding af de eksploderede ledninger.

I fremtidig forskning, Rososhek og de andre papirforfattere vil forsøge at øge chokbølgeintensiteten ved at ændre egenskaberne for den eksploderende ledning, som kunne give en supplerende energiaflejring. De vil også gerne anvende en højintensiv picosekund-tidsskala røntgenstråle til at studere den indledende fase af stødgenerering gennem fælles arbejde ledet af Simon Blands gruppe fra Imperial College i London med European Synchrotron Radiation Facility.