基于实验室与数值实验的撞击溅射颗粒早期成簇建模

抛射体撞击颗粒靶体会产生具有非均匀物质分布的溅射幕。理解非均匀图案的形成机制对于理解陨石坑射线的形成具有潜在重要意义。先前的研究预测，图案形成是由陨石坑形成早期阶段溅射颗粒的非弹性碰撞诱导的，并因溅射的膨胀运动而终止。在本研究中，我们基于超高速撞击实验以及计算非弹性碰撞颗粒轨迹的N体模拟来检验这一预测。我们的实验室实验表明，图案形成已在与溅射幕几何膨胀相当的时间尺度上完成，在我们的实验中约为10微秒。我们的模拟证实了先前的预测：非均匀图案通过颗粒团簇的初始非弹性碰撞以及随后无进一步团簇碰撞的几何膨胀而生长。此外，为了更好地理解网格图案的两阶段演化，我们构建了一个简单的解析模型，该模型假设颗粒团簇在碰撞时完美合并。该模型表明，图案形成在系统膨胀的时间尺度上完成，与初始条件无关。该模型还再现了我们在模拟中观察到的团簇最终尺寸随初始条件的变化。已知靶体中距离撞击点越远的颗粒被溅射的速度越低。颗粒溅射速度的差异可能导致网格图案演化为射线。