In this paper, we describe a new approach enabling study of subsurface dynamics in high-Z materials using the unique combination of high-energy synchrotron X-rays, a hybrid bunch structure, and a new dynamic loading platform. We detail the design and operation of the purpose-built, portable small bore gas-gun, which was installed on the I12 high-energy beamline at the Diamond Light Source and used to drive compression waves into solid and porous metal targets. Using a hybrid bunch structure and broadband X-ray pulses of up to 300 keV, radiographic snapshots were captured during various dynamic deformation processes in cm-scale specimens, thereby contributing to a more complete understanding of the evolution of mesoscale damage. Importantly, we highlight strategies for overcoming the challenges associated with using high-energy X-rays, and suggest areas for improvement needed to advance dynamic imaging through large-scale samples of relevance to engineering scenarios. These preliminary measurements demonstrate the feasibility of probing highly transient phenomena using the presented methodology.

1.
A. S.
Balchan
,
J. Appl. Phys.
34
,
241
(
1963
).
2.
P. A.
Rigg
,
C. L.
Schwartz
,
R. S.
Hixson
,
G. E.
Hogan
,
K. K.
Kwiatkowski
,
F. G.
Mariam
,
M.
Marr-Lyon
,
F. E.
Merrill
,
C. L.
Morris
,
P.
Rightly
,
A.
Saunders
, and
D.
Tupa
,
Phys. Rev. B
77
,
220101
(
2008
).
3.
V.
Yuan
,
J.
Bowman
,
D.
Funk
,
G.
Morgan
,
R.
Rabie
,
C.
Ragan
,
J.
Quintana
, and
H.
Stacy
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
125504
(
2005
).
4.
F. E.
Merrill
,
D.
Bower
,
R.
Buckles
,
D. D.
Clark
,
C. R.
Danly
,
O. B.
Drury
,
J. M.
Dzenitis
,
V. E.
Fatherley
,
D. N.
Fittinghoff
,
R.
Gallegos
,
G. P.
Grim
,
N.
Guler
,
E. N.
Loomis
,
S.
Lutz
,
R. M.
Malone
,
D. D.
Martinson
,
D.
Mares
,
D. J.
Morley
,
G. L.
Morgan
,
J. A.
Oertel
,
I. L.
Tregillis
,
P. L.
Volegov
,
P. B.
Weiss
,
C. H.
Wilde
, and
D. C.
Wilson
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D317
(
2012
).
5.
S.
Le Pape
,
L.
Divol
,
L.
Berzak Hopkins
,
A.
Mackinnon
,
N. B.
Meezan
,
D.
Casey
,
J.
Frenje
,
H.
Herrmann
,
J.
McNaney
,
T.
Ma
,
K.
Widmann
,
A.
Pak
,
G.
Grimm
,
J.
Knauer
,
R.
Petrasso
,
A.
Zylstra
,
H.
Rinderknecht
,
M.
Rosenberg
,
M.
Gatu-Johnson
, and
J. D.
Kilkenny
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
225002
(
2014
).
6.
M.
Koenig
,
A.
Ravasio
,
A.
Benuzzi-Mounaix
,
B.
Loupias
,
N.
Ozaki
,
M.
Borghesi
,
C.
Cecchetti
,
D.
Batani
,
R.
Dezulian
,
S.
Lepape
,
P.
Patel
,
H. S.
Park
,
D.
Hicks
,
A.
Mckinnon
,
T.
Boehly
,
A.
Schiavi
,
E.
Henry
,
M.
Notley
,
R.
Clark
, and
S.
Bandyopadhyay
,
Astrophys. Space Sci.
307
,
257
(
2007
).
7.
L. M.
Hull
,
G. T.
Gray
 III
, and
B. J.
Warthen
,
J. Appl. Phys.
116
,
043504
(
2014
).
8.
R. L.
Sandberg
,
C.
Bolme
,
K.
Ramos
,
Q.
McCulloch
,
J. L.
Barber
,
R.
Martinez
,
M.
Greenfield
,
S. D.
McGrane
,
B.
Abbey
,
A.
Schropp
,
F.
Sieboth
,
P.
Heiman
,
B.
Nagler
,
E. C.
Galtier
, and
E.
Granados
, CLEO: 2014 Postdeadline Paper Digest, paper STh5C.8,
2014
.
9.
B. J.
Jensen
,
S. N.
Luo
,
D. E.
Hooks
,
K.
Fezzaa
,
K. J.
Ramos
,
J. D.
Yeager
,
K.
Kwiatkowski
,
T.
Shimada
, and
D. M.
Dattelbaum
,
AIP Adv.
2
,
012170
(
2012
).
10.
S. N.
Luo
,
B. J.
Jensen
,
D. E.
Hooks
,
K.
Fezzaa
,
K. J.
Ramos
,
J. D.
Yeager
,
K.
Kwiatkowski
, and
T.
Shimada
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
073903
(
2012
).
11.
B. J.
Jensen
,
C. T.
Owens
,
K. J.
Ramos
,
J. D.
Yeager
,
R. A.
Saavedra
,
A. J.
Iverson
,
S. N.
Luo
,
K.
Fezzaa
, and
D. E.
Hooks
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
013904
(
2013
).
12.
E.
Seppälä
,
J.
Belak
, and
R.
Rudd
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
245503
(
2004
).
13.
C.
Reina
,
J.
Marian
, and
M.
Ortiz
,
Phys. Rev. B
84
,
104117
(
2011
).
14.
J. P.
Escobedo
,
E. K.
Cerreta
,
D.
Dennis-Koller
,
B. M.
Patterson
, and
C. A.
Bronkhorst
,
J. Phys.: Conf. Ser.
500
,
112023
(
2014
).
15.
B.
Wang
,
J.
Li
,
J.
Sun
,
X.
Luo
,
Z.
Liu
, and
H.
Liu
,
J. Mater. Eng. Performance
23
,
1896
(
2014
).
16.
Y.
Yang
and
B. F.
Wang
,
Mater. Lett.
60
,
2198
(
2006
).
17.
W. W.
Chen
,
M. C.
Hudspeth
,
B.
Claus
,
N. D.
Parab
,
J. T.
Black
,
K.
Fezzaa
, and
S. N.
Luo
,
Philos. Trans. R. Soc. A
372
,
20130191
(
2014
).
18.
G. W.
Laabs
,
D. J.
Funk
, and
B. W.
Asay
,
Rev. Sci. Instrum.
67
,
195
(
1996
).
19.
A. D.
LeGrand
,
W.
Schildkamp
, and
B.
Blank
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
275
,
442
(
1989
).
20.
H.
Moini
,
C.-L.
Kuo
, and
J. C.
Bilello
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
280
,
137
(
1989
).
21.
R. J.
Dejus
and
M.
Sanchez del Rio
,
Rev. Sci. Instrum.
67
,
3356
(
1996
).
22.
R. P.
Walker
, in
Proceedings of the APAC
,
Indore, India
,
2007
, http://www.jacow.org, pp.
66
70
.
23.
M.
Yokoo
,
N.
Kawai
,
Y.
Hironaka
,
K. G.
Nakamura
, and
K.-I.
Kondo
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
043904
(
2007
).
24.
R. E.
Winter
,
M.
Cotton
,
E. J.
Harris
,
D. J.
Chapman
, and
D. E.
Eakins
,
J. Phys.: Conf. Ser.
500
,
142034
(
2014
).
25.
R. E.
Winter
,
M.
Cotton
,
E. J.
Harris
,
J. R.
Maw
,
D. J.
Chapman
,
D. E.
Eakins
, and
G.
McShane
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
22
,
025021
(
2014
).
26.
W.
Chewpraditkul
,
L.
Swiderski
,
M.
Moszynski
,
T.
Szczesniak
,
A.
Syntfeld-Kazuch
,
C.
Wanarak
, and
P.
Limsuwan
,
IEEE Trans. Nucl. Sci.
56
,
3800
(
2009
).
27.
M.
Nikl
,
Phys. Stat. Sol. A
202
,
201
(
2005
).
You do not currently have access to this content.