Hurtig varme strømmer i varme, tæt aluminium

Termisk ledningsevne er en af ​​de mest afgørende fysiske egenskaber ved stof, når det kommer til at forstå varmetransport, hydrodynamisk evolution og energibalance i systemer lige fra astrofysiske objekter til fusionsplasmaer.

I regimet med varmt tæt stof (WDM), eksperimentelle data er meget sjældne, så mange teoretiske modeller forbliver utestede.

Men LLNL-forskere har testet teori ved at udvikle en platform kaldet "differentiel opvarmning" til at udføre termiske ledningsevnemålinger. Ligesom jord og vand på Jorden opvarmes forskelligt i sollys, en temperaturgradient kan induceres mellem to forskellige materialer. Den efterfølgende varmestrøm fra det varmere materiale til det køligere materiale detekteres ved tidsopløst diagnostik for at bestemme termisk ledningsevne.

I et eksperiment med Titan-laseren på laboratoriets Jupiter Laser Facility, LLNL-forskere og samarbejdspartnere opnåede de første målinger af termisk ledningsevne af varmt tæt aluminium - et prototypemateriale, der almindeligvis bruges i modeludvikling - ved at opvarme et dobbeltlagsmål af guld og aluminium med lasergenererede protoner.

"To samtidige tidsopløste diagnoser gav fremragende data for guld, det varmere materiale, og aluminium, det koldere materiale, " sagde Andrew Mckelvey, en kandidatstuderende fra University of Michigan og den første forfatter til et papir, der optræder i Videnskabelige rapporter . "De systematiske datasæt kan begrænse både frigivelsesligningen for tilstand (EOS) og termisk ledningsevne."

Ved at sammenligne dataene med simuleringer ved hjælp af fem eksisterende termiske ledningsevnemodeller, holdet fandt, at kun to er enige i dataene. Den mest brugte model i WDM, kaldet Lee-More-modellen, var ikke enig i data. "Jeg er glad for at se, at Purgatorio, en LLNL-baseret model, er enig i dataene, sagde Phil Sterne, LLNL medforfatter og gruppeleder for EOS udviklings- og applikationsgruppe i Fysik Division. "Dette er første gang, disse termiske ledningsevne-modeller af aluminium er blevet testet i WDM-regimet."

"Den uoverensstemmelse eksisterer stadig på et tidligt tidspunkt op til 15 picosekunder, " sagde Elijah Kemp, hvem er ansvarlig for simuleringsindsatsen. "Dette skyldes sandsynligvis ikke-ligevægtsforhold, endnu et aktivt forskningsområde i WDM."

Holdet ledes af Yuan Ping gennem hendes tidlige karriereprojekt finansieret af Department of Energy Office of Fusion Energy Science Early Career Program. "Denne platform kan anvendes på mange par materialer og ved forskellige opvarmningsmetoder, herunder partikel- og røntgenopvarmning, " sagde Ping.