高压物理讲座 高压下物质的一些物理性质

自布里奇曼(P.W.Bridgman)卓有成效地进行高压研究工作以来,随着静态超高压技术和动态超高压技术的发展,科学家们开拓了一个新的重要的研究物质性质的领域——高压物理学.它是一门研究处于超高压条件下物质性质的学科,目前已受到人们广泛的注意和重视.布里奇曼本人也因为这方面     

超连续谱注入光参量放大的宽带1053nm飞秒脉冲产生技术

光参量放大技术在理论上既可以支持窄脉宽、也可以支持大能量输出，并且可以获得非常好的光束质量和非常高的信噪比，峰值功率可以大于10PW，是非常理想的强场物理和天体物理的实验研究平台，但由于其在时间同步、能量转换效率、增益稳定性方面的限制，它的实际输出功率非常有限。文中在100Tw钛宝石激光装置研究的基础上，结合快质子实验平台的研制要求和对光参量放大及产生技术、光参量放大增益稳定性技术已有的研究，有特色的提出了以800nm的飞秒脉冲作为泵浦光，利用光参量产生和光参量放大技术直接获得大能量的l053nm种子光。     

我国高压物理研究的若干近期进展

本文简述了近年来我国在高压物理研究领域（高压力产生及其检测技术，物态方程，高压物性，高医相变）的若干进展，以及在地球物理、材料科学等方面的高压物理研究情况．     

基于单晶体的可调谐参量超荧光的产生

研究了一种基于单晶体的可调谐超荧光产生机理，在一个偏硼酸钡(BBO)晶体中实现了飞秒脉冲倍频过程和光参量产生过程.实验中采用kHz高功率钛宝石激光系统输出的飞秒脉冲光倍频后的蓝光作为抽运光，获得了可调谐范围为480—530 nm参量超荧光光谱输出.理论上分析了这种超荧光产生机理，并利用放大传递函数模拟出参量超荧光环的产生过程.结果表明，在一个BBO晶体中，当抽运光源输出光入射晶体角度同时满足倍频相位匹配角和非共线光参量产生相位匹配角时可产生参量超荧光环，通过微调相位匹配角可控制参量超荧光光谱调谐输出.该理论和实验研究为控制参量超荧光和量子纠缠态的产生提供了理论依据，对于量子成像和量子通讯等领域的发展具有重要意义.     

《高压物理学报》征稿简则

《高压物理学报》是我国高压物理领域唯一的专业性学术刊物，在国内外公开发行。《高压物理学报》力求及时报道高压物理学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平、有重要意义的研究成果，读者对象为国内外科技工作者。《高压物理学报》征稿内容为动态及静态高压技术，人工合成新材料，高温高压下材料的力学、光、电、磁等特性以及物质微观结构的研究，动态及静态高压研究中的测试技术，高温高压下的相变，高温高压物态方程等。《高压物理学报》接受中、英文稿件。     

高压物理研究在地球科学中的应用

高压物理是研究高压下物质状态、结构、特性及变化规律的学科，地球本身是一个巨大的高压实验室，其内部物质无不经受高压作用，应用高压物理研究的新成就来探讨地球内部物质的相变和物性，是一项重要课题，该文从地球层圈结构、地球内部物性分析入手，重点阐明高压物理与地球科学的密切联系和发展交叉学科的重大意义。     

静态高压下氢的金属化研究与非弹性X射线散射技术

高压下氢的研究一直是高压物理实验和理论研究的热点,这源于人们对压致金属态—金属氢的追求。氢的压致金属化归根结底是氢的电子结构变化。在压力作用下,氢的电子结构会从低压下的宽禁带绝缘体转变为高压下的窄带隙半导体,最终成为超高压下带隙闭合的金属态。然而,多年来,由于实验条件所限,一直无法对氢的宽禁带带隙和电子结构进行直接实验观测。本文将介绍氢金属化实验技术方面存在的挑战和经历的发展,以及利用新近发展的基于同步辐射非弹性X射线散射技术首次对宽禁带固态氢带隙的研究和相关技术突破,并探讨其可能的发展趋势和方向。     

《高压物理学报》征稿简则

《高压物理学报》是我国高压物理领域唯一的专业性学术刊物，在国内外公开发行。力求及时报道高压物理学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平、有重要意义的研究成果，读者对象为国内外科技工作者。征稿内容为动态及静态高压技术，人工合成新材料，高温高压下材料的力学、光、电、磁等特性以及物质微观结构的研究，动态及静态高压研究中的测试技术，高温高压下的相变，高温高压物态方程等。接受中、英文稿件。     

皮秒级BBO晶体光参量发生放大器中线宽的分析与计算

采用全量子理论，建立了皮秒级光参量发生放大器中自发参量辐射产生参量光线宽的数学方程，并对影响参量光线宽的各种物理机制进行计算机模拟、分析和比较。其结果是：在远离简并点时，所产生的参量光线宽很小，而在简并点附近，参量光线宽急剧增大；且泵浦光的发散角和在偏轴方向的泵浦光对参量光线宽的影响较大。这些结果对压缩光参量激光器的线宽具有重要的意义。     

激光聚变研究中的一些物理问题

惯性约束聚变（ICF）是不同于磁约束聚变的另一种实现可控热核反应的方式，作为未来的能源有着光明的前景。目前研究最多的最激光引起的聚变。高功率激光可以在物质中产生千万大气压级的高压，能用于研究高压物理，激光产生的X江可用于研究辐射物理和作为高亮度的X光源。近年来，激光更用于在实验室中产生X光激光。激光与等离子体的相互作用是激光聚变研究的基础，数值模拟则是ICF研究中不可缺少的手段。     

万焦耳激光装置上多热力学路径高压加载技术实验研究

针对极端高压条件物质特性研究需求，在我国万焦耳激光装置上利用其高能量、高功率、任意整形长脉冲输出的技术优势先后开展了冲击压缩、准等熵压缩以及“预冲击准等熵压缩”复合热力学路径压缩等多种热力学路径的高压加载技术研究，建立了实用的高压加载设计方法，重点优化了高压加载源的平面性和干净性，发展了高压状态精密表征技术，实现了1011 Pa以上准等熵，1012 Pa以上冲击以及两种路径之间的宽区高压加载状态能力，为激光装置上的高压状态方程及相变动力学研究提供了重要的技术基础。     

Entropy Generation for Negative Frictional Pressure Drop in Vertical Slug and Churn Flows

It is widely accepted that the frictional pressure drop is impossible to be negative for pipe flow. However, the negative frictional pressure drops were observed for some cases of two-phase slug and churn flows in pipes, challenging the general sense of thermodynamic irreversibility. In order to solve this puzzling problem, theoretical investigations were performed for the entropy generation in slug and churn flows. It is found that the frictional pressure drop along with a buoyancy-like term contributes to the entropy generation due to mechanical energy loss for steady, incompressible slug and churn flows in vertical and inclined pipes. Experiments were conducted in a vertical pipe with diameter as 0.04 m for slug and churn flows. Most of the experimental data obtained for frictional pressure drop are negative at high gas–liquid ratios from 100 to 10,000. Entropy generation rates were calculated from experimental data. The results show that the buoyancy-like term is positive and responsible for a major part of entropy generation rate while the frictional pressure drop is responsible for a little part of entropy generation rate, because of which the overall entropy generation due to mechanical energy loss is still positive even if the frictional pressure drop is negative in vertical slug and churn flows. It is clear that the negative frictional pressure drops observed in slug and churn flows are not against the thermodynamics irreversibility.     

新一代航空发动机燃烧室

针对新一代高油气比(0.051及以上)航空发动机燃烧室,本文提出头部采用化学恰当比直接混合燃烧设计方案。对于新一代高压比(70及以上)低排放民用航空发动机燃烧室,由于其自着火延迟时间极短,因此采用贫油直接混合燃烧,而不能采用预混合预蒸发燃烧。本文提出了一种贫油直接混合低排放燃烧室方案,其燃油空气模由简单的压力雾化喷嘴和轴向旋流器组成,结合燃油分级技术降低污染物排放,该燃烧室具有较好的燃烧稳定性。这两类燃烧室的燃烧空气分数非常大,因此存在慢车贫油熄火问题。文中针对两类燃烧室分别提出了相应的解决方案,同时介绍了火焰筒外壁面及内壁面的冷却设计方案。本文研究成果可为下一代航空发动机燃烧室的发展提供指导作用。     

表面放电等离子体产生冲击波特性

采用压力传感器,分析XeF(C→A)激光器高电压表面放电光泵浦方式不同位置、不同放电电压条件下冲击波特性。研究结果表明,表面放电等离子体膨胀产生的冲击波持续时间为ms量级,在冲击波过后伴随有相对较弱的压力波。随着充电电压增加,放电过程释放能量增多,冲击波峰值压强也变大,最大压强可达1 MPa,同时冲击波峰值延后,冲击波持续时间变长。     

静态超高压高温技术的若干问题

本文简要阐述了准围压的超高压的测量方法与结果,测定并讨论了封垫摩擦镀层,叶蜡石尺寸对压力产生的影响,以及高压下传压介质的热学、力学性质与压力的关系。     

On convection phenomena during high pressure treatment of liquid media

In the current contribution, investigations of the high hydrostatic pressure process up to 400 MPa and temperatures up to 353 K are carried out by means of dimensional analysis. The thermofluiddynamical mechanisms are analysed for three different sizes of a high pressure chamber, two different pressure generation systems and two model-fluids that differ in viscosity. Forced convection during compression/decompression and free convection during constant pressure phase are considered separately. The results contain process parameter study based on dimensionless numbers derived from conservation equations of mass, momentum and energy. Either dimensionless process parameters or the fluid dynamical and thermodynamical time scales are presented as a function of pressure and temperature. Relations according to heat transfer and fluid flow mechanisms during high pressure treatment are discussed.     

Generation regimes for the runaway-electron beam in gas

The generation of the runaway-electron beam in nitrogen and helium is studied at an oscillator voltage of about 25 kV. Various regimes of the electron beam generation with a pulse duration ranging from 200 ps to several nanoseconds are realized depending on the pressure in the gas diode. An ultrashort avalanche electron beam (UAEB) with a low (10–20%) variation in the voltage across the gap is obtained at a relatively high pressure in the gas diode. The UAEB generation can be delayed relative to the leading edge of the voltage pulse by tens of nanoseconds at low oscillator voltages.     

喷射器临界背压对喷射制冷系统性能的影响

为了确保喷射器在良好的工况条件下运行,文中针对太阳能喷射制冷系统的工况范围,以R134 a为工质建立了喷射器运行特性计算模型,计算分析了临界背压随喷射器运行工况的变化关系,以及对制冷系统性能的影响。结果表明:喷射器的临界背压随发生温度和蒸发温度的增大而增大,极限喷射系数随发生温度的升高而降低,随蒸发温度的升高而升高;喷射制冷系统COP随喷射器背压(冷凝压力)的升高先保持不变后减小,当Tg=353K,Te=281K和Te=283K时,喷射器分别在Tc=307K左右和Tc=308K左右时,达到临界状态,临界背压分别为0.85MPa、0.88MPa,COP分别为0.2和0.227。     

高压在高温超导研究中的应用

叙述了高压方法在高温超导研究中的应用概况，着重介绍了用高温高压法合成高温超导新材料、在新材料探索中高压的特点和所起的作用，以及高压合成和原位测量过程中引发的一些物理问题，指出高压方法是高温超导研究中一个十分重要的手段．     

基于可逆固体氧化物电池堆的电能高效存储

研究了固体氧化物电池堆中电能的可逆存储与产生,通过相变金属存储燃料电池模式下的热能并在电解池模式下加以利用. 系统的荷电状态(即氢燃料百分比)可显著增加开路电压,系统压力的增加有效提高了开路电压. 较高的系统压力可促进电极表面的物质扩散和输运,相应地改善电极的极化电阻. 通过有效的热能管理,系统的电能可逆存储的循环效率可高达92%.