Počítačová simulace kinetiky vytváření prohřáté husté hmoty

Abstract

Přestože jsou polymery široce používány ve výzkumu laserového záření, mikroskopická reakce polymerů na ultra rychlé XUV a rentgenové záření je stále z velké části neznámá. Abychom určili kinetiku poškození a prahové hodnoty pro ozařování polymerů, používáme hybridní simulační nástroj XTANT-3. Kód modeluje nevyrovnanou kinetiku elektronů, výměnu energie mezi elektrony a atomy prostřednictvím elektron-ionové (elektron-fononové) vazby, netermální modifikaci meziatomového potenciálu a indukovanou atomovou odezvu. Pro každý z vyšetřovaných polymerů prokazujeme, že netermální poškození je hlavním mechanismem odezvy na ozařování. Při nízkých dávkách vznikají lokální defekty (odštěpení vodíku, zkřížení). S nárůstem dávky dochází k molekulární dezintegraci vedoucí ke vzniku kovové kapaliny. Výsledky tohoto výzkumu mohou sloužit jako základ pro plánování budoucích experimentů a implementaci polymerů v praktických souvislostech souvisejících s lasery na volných elektronech (FEL).Although polymers are widely used in laser-irradiation research, the microscopic response of polymers to ultrafast XUV and X-ray irradiation is still largely unknown. To determine damage kinetics and threshold values for the irradiation of polymers, we use the hybrid simulation toolkit XTANT-3. The code models nonequilibrium electron kinetics, the energy exchange between electrons and atoms via electron-ion (electron-phonon) coupling, nonthermal modification of the interatomic potential, and the induced atomic response. We demonstrate that nonthermal damage is the main response mechanism to irradiation for the examined polymers. At low doses, local defects are formed (hydrogen detachment, cross-linking). With an increase in the dose, molecular disintegration leads to the formation of metallic liquid. The outcomes of this research can serve as a foundation for planning future experiments and implementing polymers in practical contexts related to Free Electron Lasers (FELs).