作者:迈克尔·帕迪拉，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 科学家们正在进行实验，以更好地理解岩石型行星材料的高温高压行为，这是开发更好的地球和其他类地系外行星模型的关键
荣誉:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 温度很难测量，尤其是在冲击压缩实验中
一个巨大的挑战是必须考虑热传输——能量以热的形式流动
根据最近发表在《应用物理学杂志》上的一篇论文，为了更好地理解这一挑战，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员采取了重要措施，表明在这类实验中，热传导在高压和高温条件下是重要且可测量的
该论文的作者是大卫·布兰特利、瑞安·克鲁姆和明塔·阿金
“我们需要更好的温度测量，因为理解岩石型行星材料的高温和高压行为是开发更好的地球和其他类地系外行星模型的关键，”LLNL物理学家、该论文的主要作者大卫·布兰特利说
布兰特利说，根据铁在地核压力和温度下如何传导热量，这颗行星坚固的内核可能有5亿到几十亿年的历史
“在地球核心条件下，铁的测量温度存在很大的不确定性，这使得很难精确地限制地球的温度分布，”他说
“以前的温度测量没有考虑到这些不确定性，我们发现这些不确定性可能会严重影响以前的结果
" 要描述任何物质，研究人员都需要状态方程，状态方程可以有多种描述方式，但最常见的是压力、体积和温度
布兰特利说:“实验确定的和严格约束的状态方程对于预测能力和从水码计算的不确定性量化至关重要。”
“通过提供实测冲击温度的实际不确定性，我们可以更好地处理状态方程中固有的不确定性
" 布兰特利说，该团队量化了最大的冲击温度不确定性来源，并提供了一条明确的前进道路，以显著降低整体温度不确定性
“作为一个群体，我们已经变得非常擅长测量压力和体积——温度，而不是温度，这给我们留下了一个不完整的状态方程
状态方程用于模型中，但如果它们不完整，模型也会不完整
" 由于冲击压缩实验的时间尺度较短，持续时间不到百万分之一秒，因此通常通过光学高温测量法收集热样品发出的光来测量温度
对于不透明材料，如铁，光只能从样品表面收集
类似于烹饪锅的把手比烹饪表面冷，样品表面通常比内部冷
然而，状态方程需要内部或整体温度
冲击温度测量不确定性的主要来源来自从表面发出的光对内部温度的推断
表面温度和整体温度之间的差异取决于热量在样品中的传导情况，例如热导率
高温法冲击温度测量的不确定度取决于高压和温度实验条件下样品热导率的不确定度等
高温和高压热导率测量精度的提高同样也提高了冲击温度测量的精度
在低于地球内核边界的压力和温度下，冲击温度测量提供了与其他方法的重要交叉检验
在冲击实验中获得的压力和温度远远超出了其他方法的范围，冲击实验目前提供了获得类似于超地球和气体巨行星内部压力和温度的唯一可靠手段
研究小组进行了四个实验 为了进行这项工作，研究人员进行了四个实验，旨在将热传导限制在冲击压缩实验的典型时间尺度上
该小组取了两个锡和两个铁样品，在氟化锂(LiF)窗口上溅射涂覆至5微米厚，然后将其与大约2毫米厚的铁基板接触
基板用作较热锡样品的散热器
由于基板比锡冷得多，锡的温度应该已经下降，正如在实验中观察到的那样
铁样品温度与铁样品实验的基板温度大致匹配，因此铁温度预计会达到平衡
模拟显示，最接近样品的铁底板温度可能比预期的要高
因为铁比锡更不容易导热，所以直到实验的后期才会观察到温度的变化
由于没有观察到这种温度变化，它建立了铁热导率的上限
四个靶组件在LLNL的JASPER轻气枪设施中使用铜板冲击器连续冲击到实验条件
高精度光学高温计用于确定样品窗口界面温度，光子多普勒测速仪(PDV)用于确认压力和流体动力学模拟
LiF窗口用于维持高压和高温条件，并提供透明介质来收集样品表面的光
之所以选择锡，是因为在氟化锂窗口中，在类似的衰荡压力下，锡比铁样品热得多
布兰特利说:“LiF的温度并不为人所知，所以通过将锡和铁靶撞击到LiF窗口中相似的压力，我们可以得到不同靶的可比窗口温度。”
铁底板用作较热锡样品的散热器，该样品足够薄，以允许显著的扩散热传输
铁样品用作基线温度历史，以测试观察到的锡样品温度的平衡
调查结果有两个方面 布兰特利说，这项工作报告了两个主要发现
首先，将观察到的锡界面温度与接近平衡的铁界面温度进行比较，使研究小组能够限制热弛豫的特征时间尺度
布兰特利说:“这一观察开启了一种新型实验平台的可能性，这种平台可以利用样品的相对温度时间历程来确定冲击压缩实验中的样品热输运参数。”
这种平台设计可以应用于任何能够适应多种高温测量系统的动态压缩设备
" 第二个主要发现是约束系统学以获得精确温度结果的重要性
发现系统效应在方向上的变化幅度等于或大于实验不确定性
此外，这些系统依赖于模型，这意味着只有模型的选择可以影响整体温度
研究表明，对最重要的系统贡献进行最终温度结果的校正是至关重要的
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