辐射驱动实验中预热对冲击波速度诊断的影响

使用主动式任意反射面速度干涉仪进行了平面靶预热膨胀量的观测,并对间接驱动下不同能量和靶型的预热膨胀量进行了计算。实验发现,在5kJ单端驱动的激光能量作用下,平面样品后界面的膨胀量可达2.1μm左右。优化靶设计后,在冲击波速度测量实验中使用双端驱动方式,通过测量膨胀量修正台阶厚度,可以获得更加精确的动态台阶厚度值。结合精确获得的冲击波传输时间,在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度值。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

预热效应影响下冲击波速度推算方法

介绍了超高压条件下应用于透明材料中冲击波速度直接测量的成像型速度干涉仪技术。利用成像型速度干涉仪技术研究了间接驱动实验中产生的预热效应对冲击波速度计算的影响。对预热效应出现的时间点进行了分析,发现在辐射温度高于160 eV以后,不能从现有速度干涉仪系统获得的实验结果直接反演出冲击波速度。对实验数据进行了处理,获得了预热出现时间点的实验数据,发现预热效应出现在方波激光脉冲平台期到达时刻,在激光最强处达到最大,而且在激光脉冲平台期结束后,预热效应可以逐渐恢复。实验发现,对辐射温度高于160 eV获得的实验结果,可以从条纹断点直接外推,得到冲击波减速数据。讨论了条纹外推方法处理间接驱动条件下方波打靶时,使用固体无机透明材料作为窗口获得的实验结果。     

“天光一号”驱动的聚苯乙烯高压状态方程测量

聚苯乙烯等CH材料的高压状态方程研究对于ICF聚变点火具有重要意义.本文基于"天光一号"长脉冲激光装置开展了聚苯乙烯高压状态方程研究,理论模拟了靶内的冲击动力学过程,采用侧向阴影成像技术实验测量了不同厚度的聚苯乙烯平面靶和飞片靶,获得了靶内的冲击波速度与粒子速度等状态方程参数.结果表明:长脉冲激光驱动下CH平面靶内经历了明显的准等熵加载过程,并逐渐演化为弱冲击加载.实验测量平面靶压力12 GPa,飞片撞击靶压力34 GPa,与模拟结果基本相符.     

整形脉冲驱动下透明材料离化现象

 利用成像型速度干涉仪研究了大型激光原型装置整形脉冲驱动实验中产生的预热效应。对冲击波传输过程进行了分析,发现第１和第２个冲击波的起始时刻都在胶层里面,第３个冲击波的起始时刻在熔石英窗口里面。实验发现,由于X光离化效应的影响,第１和第２个冲击波传输引起的条纹跳变并没有观察到。第２和第３个激光脉冲前半部分产生的离化效应将透明窗口完全漂白,导致成像型速度干涉仪获得的条纹图出现了间断。实验观察到了第３个激光脉冲驱动的冲击波在熔石英中产生的加速和减速过程。对整形脉冲获得的实验结果进行了初步解释,得出现有条件下整形脉冲驱动应注意的问题为：控制最高辐射温度,选用带隙大的窗口材料,尽量减小胶层的厚度。     

激光驱动飞片三台阶靶模型的理论分析：用于状态方程的绝对测量

数值计算了激光直接驱动铝飞片空腔靶模型.结果表明：激光和靶结构参数对飞片状态和靶中冲击波特性的影响很大;如果激光和靶结构参数选择合理的话,可以近似实现飞片与靶的对称碰撞,而且靶中冲击波的稳定区有一定的空间宽度;因而,选择适当厚度的三台阶靶,可以近似实现状态方程的绝对测量.     

一种激光驱动高压状态方程绝对测量方法的探索

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶的物理过程,模拟结果表明,如果靶结构参数与激光条件匹配,飞片与靶可以近似实现对称碰撞,而且冲击波在靶中存在稳定传播区,采用结构参数合理的飞片双面台阶靶,可能实现状态方程的绝对测量.同时进行了实验探索,实验结果与数值模拟结果基本吻合. 关键词： 绝对测量 飞片双面台阶靶 数值模拟 状态方程     

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

 针对神光Ⅱ第九路激光条件，利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝 金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究，实验结果与理论结果基本吻合。结果表明，激光驱动冲击波在铝 金阻抗匹配靶中传播时，高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此，在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时，应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性，然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件，铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30 μm左右较好，金台阶和铝台阶厚度应分别小于10 μm和17 μm。     

利用激光直接驱动冲击波进行压强高为1．6TPa铜的雨贡纽数据测量

2003年度在“神光”Ⅱ上进行了两轮倍频激光直接驱动状态方程实验，取得了较大进展，获得了不错的结果。首次完成了倍频(2w)激光束均匀化系统的设计和研制，在实验中得到应用，结果表明，该系统在测试要求下，基本能满足激光状态方程实验的要求，但在高精度测量测试条件下，尚难获得高质量的平面冲击波，需对列阵透镜束匀滑系统作进一步的优化设计研究，以满足更高精度状态方程实验测量的要求。在倍频激光直接驱动状态方程实验中，利用现有的条纹相机进行了高时间分辨的冲击波信号记录，     

冲击压缩下PMMA的响应和光学特性

利用二级轻气炮测量了聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)在一维平面冲击压缩条件下的响应和光学特性。采用全光纤激光干涉测试技术(DPS)测量样品在冲击加载下的界面粒子速度和冲击波速度,获得了PMMA材料在冲击压力6~50GPa区间内的高精度冲击Hugoniot数据,冲击波速度不确定度小于1%。同时获得了冲击压缩条件下PMMA样品材料的高压折射率与密度的变化关系以及界面粒子速度修正系数,并实时观测到了PMMA材料中的表观冲击波速度剖面,讨论了冲击波速度剖面与真实冲击波速度的关系。     

基于速度干涉仪的冲击波精密调速实验技术研究

冲击波精密调速技术是惯性约束聚变研究的关键技术之一. 针对冲击波精密调速诊断技术的要求, 以神光III原型上脉宽为3 ns的两台阶整形激光脉冲为源, 用石英晶体做窗口材料, 模拟了双冲击在石英晶体中传输和追赶的过程. 利用两发典型双冲击波调速的实验数据, 验证了神光III原型具有的精密调速能力. 实验结果表明, 在驱动源、 靶和诊断系统参数一致的条件下, 两发实验获得的实验结果中两次冲击出现的时刻, 冲击波速度都很一致. 通过精细分析, 发现在两次冲击交会的时刻, 干涉条纹清晰度和完整性变化最大, 最终数据处理获得的冲击波速度偏差也最大. 同时, 在二次冲击的冲击波速度有较大增加的条件下, 并没有观察到冲击波阵面的反射率的明显增加. 本文的实验结果作为一个数据依据, 为全面开展冲击波调速实验提供了有效的方法.     

自校准靶型在冲击波实验中的应用

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中,利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预,所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中,由于散斑和条纹质量下降等问题,该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型,可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度,从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积,获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度,可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法,与理论上的评估结果相互吻合,证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法,可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。     

Equations of state and shock-induced transformations in solid I-solid II-liquid bismuth

An equation of state is determined for each phase in the solid I-solid II-liquid region of bismuth. Equality of the Gibbs free energy for each pair of phases determines the phase boundaries and triple point in the temperature-pressure plane. From the complete equation of state, the shock-wave response of bismuth preheated to 493 °K. is calculated and comparison is made with experimental data obtained by means of quartz transducer instrumentation. These results suggest that bismuth undergoes a certain degree of melting on the microsecond time scale of the shock-wave experiment. This is contrary to previous results and conclusions drawn from data on the shock-wave propagation in bismuth. These seemingly contradictory results may be due to microstructural differences in the samples or to differences in measuring techniques.     

神光Ⅱ上柱形黑腔辐射驱动冲击波

利用神光Ⅱ的八路三倍频激光装置，驱动柱形黑腔产生的x 射线作辐射源驱动台阶铝样品产生冲击波，获得了清晰的冲击波图像，通过冲击波过台阶样 品的时间差获得冲击波速度和压力分别为31.2km/s和17.5×10⁵MPa.采用软x射线能谱 仪通过激光注入孔测量的辐射温度与采用冲击波法测量辐射温度的结果一致. 关键词： 冲击波 辐射驱动 辐射温度     

氢及氘的宽区物态方程研究进展

氢是自然界最丰富的元素,是天体物理和惯性约束聚变（ICF）研究的重要对象。简要综述了国内外氢及氘宽区物态方程研究进展,特别评述了OMEGA激光装置上的最新冲击压缩 实验和理论模型的对比分析情况。在以往数据分析评估基础上,利用改进的化学自由能模型、第一原理数值模拟结果及多参数物态方程模型,构建了氢的宽区物态方程,适用温度、密度范围分别为20～108 K,10?7～2000 g/cm3。与已有多类实验如冲击压缩实验、静高压等温线实验、声速等实验结果对比表明,新构建的氢宽区物态方程具有较高的置信度,为天体物理、惯性约束聚变、国际热核实验堆等工程物理设计提供高精度的支撑数据。氢宽区物态方程的构建及验证方法亦可适用于其同位素氘,该方法构建的氘宽区物态方程与2019年最新发表的主雨贡纽、二次冲击雨贡纽数据的吻合程度明显优于当前国外模型。指出了未来研究需要关注的状态区域。     

蒸气压对激光辐照靶材烧蚀速率的影响

研究了强激光辐照碳/碳复合材料靶材引起的烧蚀现象及蒸气压对烧蚀速率的影响。基于傅里叶定律,建立了强激光辐照靶材的热传导模型,模拟了忽略蒸气压影响时烧蚀速率随功率的变化;通过Mott-smith近似方法描述了Knudsen层间断区域,分析了间断两侧表面粒子状态参数;结合质量连续方程和蒸气压与温度关系方程,并由气体状态方程描述蒸气流状态,对蒸气压条件下激光烧蚀碳/碳复合材料靶材的速率随功率变化的关系进行了数值模拟。结果表明,在高能激光对靶材的烧蚀过程中,蒸气压力变化会导致靶材的饱和蒸气温度发生变化,进而影响烧蚀速率且使其随功率呈非线性变化,与忽略蒸气压作用时的线性变化规律相差较大,从理论上解释了忽略蒸气压导致的实验数据与理论结果的差异。     

Mathematical simulation of the shock compression of porous molybdenum using a heterogeneous model

The shock compression of a heterogeneous material is numerically simulated. The physical model used for the simulation is based on a layered model of a porous material and consists of a set of thin matrix plates with a known equation of state that are separated by filler layers also with a known equation of state. The model is intended to calculate the parameters (pressure, temperature, mass velocity) of shock compression of the matrix and the filler of heterogeneous materials during their one-dimensional shock compression in terms of a developed hydrodynamic code. The adequacy of the proposed model is tested on porous molybdenum during shock-wave loading to a pressure of 15–70 GPa and a temperature of 4000 K.     

"三明治"靶型在间接驱动冲击波实验中的应用

间接驱动方式具有提供更高冲击波压力的潜力,对冲击波物理研究来说是一种很好的驱动方式.针对间接驱动下X射线离化对透明窗口造成的致盲问题,提出了新的"三明治"靶型结构,以完成间接驱动下冲击波实验.该靶型可以用两种方法避免致盲效应对实验的干扰.一种方法是从时间上避开致盲效应,使致盲效应与冲击波测量区错开,从而获得冲击波数据.另一种方法是从强度上屏蔽X射线,将X射线阻挡在透明材料之前,使其不能产生致盲效应.对单冲击实验而言,用增加烧蚀层厚度的方法,将X射线离化效应与冲击波信号从时间上错开,获得了蓝宝石和石英晶体中冲击波实验的结果.用增加阻挡层的方法,获得了间接驱动条件下石英晶体和聚苯乙烯材料中的冲击波实验结果.提出的"三明治"靶型,为间接驱动条件下状态方程和冲击波调速技术提供了技术支持. 关键词： 冲击波 光学诊断 离化效应 干涉仪     

Optoheterodyne Doppler measurements of the ballistic expansion of the products of the shock wave-induced surface destruction: Experiment and theory

The results of optoheterodyne Doppler measurements of the ballistic expansion of the products of surface destruction under shock-wave loading are presented. The possibility of determining the physical characteristics of a rapidly flying dust cloud, including the microparticle velocities, the microparticle sizes, and the areal density of the dust cloud, is shown. A compact stand for performing experiments on shock-wave loading of metallic samples is described. Shock-wave loading is performed by a 100-µm-thick tantalum flyer plate accelerated to a velocity of 2.8 km/s. As the samples, lead plates having various thicknesses and the same surface roughness are used. At a shock-wave pressure of 31.5 GPa, the destruction products are solid microparticles about 50 µm in size. At a pressure of 42 and 88 GPa, a liquid-drop dust cloud with a particle size of 10–15 µm is formed. To interpret the spectral data on the optoheterodyne Doppler measurements of the expansion of the surface destruction products (spalled fragments, dust microparticles), a transport equation for the function of mutual coherence of a multiply scattered field is used. The Doppler spectra of a backscattered signal are calculated with the model developed for the dust cloud that appears when a shock wave reaches the sample surface at the parameters that are typical of an experimental situation. Qualitative changes are found in the spectra, depending on the optical thickness of the dust cloud. The obtained theoretical results are in agreement with the experimental data.     

金属的对比Hugoniot线及其高压状态方程

本文通过对三十四种金属元素冲击压缩实验数据的综合,借助于对应态原理的对比方法,归纳得到了描述金属元素冲击压缩规律的普适经验公式——对比Hugoniot线;运用德拜近似理论,从所得到的对比Hugoniot线导出了对金属元素普适的高压状态方程。由此普适状态方程计算了镁、钒、铁、铜等十五种金属元素的冲击压缩线,计算结果与动力冲击压缩实验数据进行比较,符合情况较好。 关键词：