X射线自由电子激光诱导的液体射流爆炸与冲击波的分子模拟

X射线自由电子激光（XFEL）产生高亮度和短脉冲时长的X射线脉冲。这些特性使得能够对生物分子纳米晶体进行结构研究，并能够以飞秒时间尺度分辨生物分子的动力学。液体射流被广泛用于将样品输送到XFEL光束中。X射线脉冲的冲击导致液体射流汽化并爆炸，而膨胀的气体触发沿射流传播冲击波列，这可能在生物分子样品被探测前就对其产生影响。在此，我们使用分子动力学模拟揭示了X射线冲击后冲击波的结构动力学。对射流中密度的分析揭示了在爆炸中心附近形成、以超声速沿射流传播并呈指数衰减且衰减长度与射流直径成正比的冲击波。在第一道冲击波之后形成了尾随冲击波，类似于实验中的冲击波列。尽管模拟中仅使用纯经典模型，所得的爆炸几何与冲击波动力学与实验结果高度相似，并凸显了原子尺度细节对冲击波衰减建模的重要性。