Para peneliti menciptakan kembali kondisi di inti bumi untuk mempelajari perilaku besi

⇧ [VIDÉO] Anda mungkin juga menyukai konten mitra ini (setelah iklan)

Mengetahui bagaimana bahan bereaksi terhadap beban ekstrim sangat penting untuk memahami beberapa fenomena, seperti efek puing-puing di mesin jet atau pembentukan planet. Tetapi sebagian besar waktu, perilaku material di bawah kondisi yang tidak biasa seperti itu hanya dapat diprediksi oleh teori. Dalam sebuah studi baru-baru ini, para peneliti dari Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Laporan DOE memantau untuk pertama kalinya bagaimana struktur kristal besi berubah bentuk untuk beradaptasi dengan tekanan dan suhu tinggi yang terjadi di luar inti bumi.

Besi adalah komponen utama planet dan bahan teknologi yang penting. Inti bagian dalam planet kita adalah bola padat yang sebagian besar terdiri dari paduan besi dan nikel. Demikian pula, beberapa asteroid di tata surya kita adalah benda besi besar, yang diyakini para ilmuwan sebagai sisa-sisa inti planet setelah efek bencana.

Di inti bumi, mineral ini mengalami kondisi ekstrim: tekanan sekitar 360 juta kali lebih besar dari yang kita rasakan setiap hari dan pada suhu hampir setinggi permukaan Matahari! Di luar angkasa, inti-inti ini dapat bertabrakan dengan objek lain, menyebabkan material kristal berubah bentuk dengan cepat. Dengan menciptakan kembali kondisi ekstrem ini di laboratorium, tim Prancis-Amerika dapat secara langsung mengamati bagaimana besi menahan tekanan tersebut.

Catatan lengkap evolusi besi

Dalam kasus standar, besi mengadopsi struktur kristal pusat seperti kubus – yaitu, sebuah kubus dengan atom besi di setiap titik, ditambah satu di tengah kubus. Pada suhu yang lebih tinggi, sekitar 770 ° C, mengadopsi apa yang disebut struktur kubik berpusat muka. Tetapi pada suhu kamar dan tekanan tinggi (dalam urutan 130 kbar), struktur heksagonal menjadi kompak – memungkinkan atom menumpuk lebih rapat.

READ  Seratus penentang Otoritas Moneter Palestina berkumpul di depan Majelis Nasional

Para peneliti SLAC berangkat untuk menyelidiki apa yang terjadi pada tekanan yang lebih tinggi, untuk mereproduksi sedekat mungkin apa yang terjadi pada besi di inti bumi atau selama masuk kembali ke atmosfer dari luar angkasa. Namun, tim mengatakan mereka tidak menciptakan kondisi yang persis sama dengan inti dalam. ” Tapi kami sampai pada kondisi inti luar planet ini, yang sangat keren “,” Sorotan Ariana Gleeson, seorang ilmuwan di Departemen Ilmu Densitas Energi Tinggi (HEDS) di SLAC dan rekan penulis penelitian ini.

Untuk melakukan percobaan mereka, para peneliti menempelkan film polimer setebal 50 mikron ke pelat besi setebal 25 mikron, kemudian meledakkan polimer dengan pulsa laser 12 nanodetik yang menghasilkan gelombang kejut, memaparkan sampel besi ke suhu yang sangat tinggi. suhu dan tekanan. Kemudian mereka menggunakan laser elektron bebas sinar-X Linac .sumber cahaya koheren (LCLS) dari SLAC, untuk mengamati bagaimana kejutan mengubah susunan atom besi.

Untuk setiap sampel, mereka mengambil satu snapshot dari struktur dan orientasi kristal besi dan tekanan yang ditimbulkan oleh gelombang kejut. ” Kami mampu melakukan pengukuran dalam sepersejuta detik. Pembekuan atom di tempat dalam nanodetik ini benar-benar mengasyikkan Gleason menjelaskan. Dengan memvariasikan interval waktu antara pulsa dan pengukuran melalui serangkaian percobaan, mereka memperoleh catatan lengkap tentang perkembangan tegangan dan regangan yang menjadi sasaran kristal besi.

Ketika persatuan adalah kekuatan

Saat tekanan meningkat, setrika harus menemukan cara untuk menghilangkan tekanan itu. Awalnya, gelombang kejut menyebabkan besi berubah dari struktur kubik pusat menjadi struktur heksagonal terkompresi — pengamatan yang sesuai dengan prediksi tim. Tetapi struktur heksagonal kemudian berubah bentuk selama beberapa nanodetik sebelum memberi jalan, setelah itu setiap kisi kristal digabungkan ke kisi kristal lainnya untuk mengakomodasi deformasi.

READ  Varian sintetis dibuat untuk menghancurkannya
Pada tekanan tinggi, atom-atom besi mengorganisir diri menjadi kisi heksagonal (di sebelah kiri). Dan pada tekanan yang lebih tinggi dan deformasi yang sangat cepat, atom-atom itu mengatur ulang dirinya sendiri melalui proses yang disebut “kembaran” (kanan). © S. Merkel / Universitas Lille

Secara khusus, susunan atom melayang ke samping, dengan semua segi enam diputar sekitar 90 derajat. Mekanisme adaptasi ini, yang disebut “kembar”, adalah respons stres yang umum dalam mineral dan mineral—kuarsa, kalsit, titanium, dan zirkonium semuanya mengalami kembaran. ” Twinning memungkinkan setrika menjadi sangat kuat – lebih kuat dari yang kita duga sebelumnya – sebelum mulai menyiram plastik dalam jangka waktu yang lebih lama. kata Gleeson.

Studi ini memberikan informasi menarik tentang sifat struktural besi pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Ini adalah pertama kalinya model regangan yang dipilih sebelumnya telah divalidasi secara eksperimental. ” Ini membantu kami meningkatkan beberapa kemampuan prediksi yang tidak kami miliki dalam memodelkan interaksi material dalam kondisi ekstrem. “Dunia bersukacita.

Pendekatan tim juga dapat membantu para ilmuwan memahami bagaimana bahan lain berperilaku dalam kondisi ekstrem. Terutama karena modernisasi reflektor sinar-x baru-baru ini, dalam rangka proyek LCLS-II, memungkinkan untuk memperoleh energi yang lebih tinggi; Para peneliti mencatat bahwa ini akan memungkinkan studi tentang paduan yang lebih tebal dan bahan yang lebih kompleks. Laser optik masa depan, dengan kekuatan petawatt, dapat memungkinkan mereka untuk mereproduksi persis kondisi inti bumi.

Sumber : Surat Tinjauan Fisik, S. Merkel et al.

Esila Tosun

"Penggemar musik. Penjelajah yang sangat rendah hati. Analis. Geek perjalanan. Praktisi tv ekstrim. Gamer."

Related Posts

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Read also x