金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响

金刚石压砧的几何结构使得在高压下封垫内的样品通常处于单轴应力场中：压砧轴向加载应力最大,径向应力最小.由于金刚石压砧内非静水压单轴应力场的影响,用传统的高压原位X射线衍射方法测得的物质压缩曲线一般位于理想静水压压缩曲线之上.利用金刚石压砧径向X射线衍射技术以及晶格应变理论,结合最近的钨、金刚石和硼六氧样品的高压原位同步辐射径向X射线衍射实验结果,从宏观差应力、样品强度、标压物质和待测物质强度的关系三个方面分析讨论了金刚石压砧内单轴应力场对物质状态方程测量的影响及解决方案. 关键词： 金刚石压砧 单轴应力场 高压原位X射线衍射 状态方程     

复合型多晶金刚石末级压砧的制备并标定六面顶压机6-8型压腔压力至35GPa

通过分析二级6-8型大腔体静高压装置八面体压腔的受力状况, 研制了一种使用成本低、尺寸大且易于加工的多晶金刚石-硬质合金复合二级(末级)顶锤(压砧). 采用原位电阻测量观测Zr在高压下相变(α-ω, 7.96 GPa; ω-β, 34.5 GPa)的方法, 标定了由多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧构建的5.5/1.5(传压介质边长/二级顶锤锤面边长, 单位: mm)组装的腔体压力. 实验表明, 自行研制的多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面顶压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20 GPa提高到35 GPa以上, 拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围. 应用这一技术, 我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化, 在基于国产六面顶压机的二级6-8 型大腔体静高压装置压腔中产生超过50 GPa的高压. 关键词： 二级6-8型大腔体静高压装置 多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧 压力标定     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

金刚石砧高压技术

1978年美国 Carnegie研究所的毛河光和Bell采用他们设计的金刚石砧高压容器,可以达到172GPa1)的静压强[1]。这个压强相当于地心压强的一半.在这个压力下,他们观察到很多有趣的现象,受到了广泛的注意. 一、金刚石砧高压技术的发展概况 Bridgman容器(或者是Drickamer改进的Bridgman容器)开拓了许多物理现象的高压研究的领域,但由于硬质合金压砧材料强度的限制,使更高压强下的现象无法研究。因此人们自然想到使用最硬的材料──金刚石来作压砧.1950年Lawson和Tang[2]首先使用两个单晶金刚石做成一个高压腔,利用此装置他们进行了X光衍射研究…     

力学结构及末级压砧硬度对八面体压腔高压发生效率的影响

针对大腔体静高压装置中的多级八面体压腔,分析了两种不同加载结构的力的传递, 建立了高压发生效率的力学关系.室温下,采用定点标压法(Bi, ZnTe, ZnS, GaAs)分别标定了14/8, 12/6和10/4三种二级6-8型大腔体静高压组装的腔体压力, 定量地讨论了力学结构和末级压砧硬度对八面体压腔高压发生效率的影响. 实验结果表明,力学结构和末级压砧硬度都是影响高压发生效率的重要因素, 且力学结构对高压发生效率的影响更大.其中,腔体的几何结构越大,高压发生效率越高; 6-8型加载结构的高压发生效率高于2-6-8型加载结构;在八面体压腔内的压力接近末级压砧的维氏硬度时, 末级压砧硬度越大,高压发生效率越高,所能获得的腔体压力越大.     

强激光加载下高压液氘材料的电导率

液氘在高压下有丰富的电学光学性质。利用反射率和相对介电函数关系并从广义极化角度出发初步建立了计算低Z材料电导率的简易模型;在神光-Ⅱ装置上利用第九路激光冲击加载液氘材料并测量了其在强激光冲击下的高压状态参数和反射率。结合上述理论模型和实验,研究了高压下液氘的电离度和电导率。结果表明,液氘在约70 GPa时的电导率约为2.87105 (Wm)-1,已呈现出较为明显的金属电导特性。显然,冲击加载下液氘从绝缘分子态开始电离并向金属氘转变发生在更低的压强。     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

激光聚变研究中心激光技术研究进展北大核心CSCD

介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。     

神光Ⅲ原型装置激光驱动高速飞片实验研究进展

激光驱动飞片技术具有产生的飞片速度高、成本低、装置简单等传统动高压加载技术无法取代的优点.随着激光技术的发展,利用高功率激光脉冲发射高速飞片受到越来越多的关注.本文介绍了在神光Ⅲ原型装置上开展的激光驱动高速飞片实验研究.利用纳秒短脉冲和纳秒整形长脉冲,设计并开展了几种不同方式加速飞片的实验研究,成功获得了10 km·s~(-1)的固态铝飞片和50 km·s~(-1)超高速度的复合金属飞片,而且飞片具有良好的平面性和完整性.对实验的物理设计、技术途径和数据结果进行了比较全面的分析,为进一步开展激光驱动高速飞片相关实验研究提供了思路,同时也证明了神光Ⅲ原型装置在激光驱动高速飞片实验研究方面有着巨大的潜力.     

DAC加载下材料高压声速的激光超声测量技术

 设计并建立了可测量金刚石压砧（DAC）加载下材料高压声速的激光超声系统。该系统采用脉宽为6.3 ns的调Q激光器作为超声波激发光源,使用光纤位移干涉仪和速度干涉仪混合系统进行超声位移探测,不需要借助其它任何参数即可直接测量样品的高压声速和原位厚度。利用该系统,测量了2.6 GPa压力下铜样品的高压纵波声速和原位厚度,并给出了测量结果。     

Coupling static and dynamic compressions: first measurements in dense hydrogen

We demonstrate here a laser-driven shock wave in a hydrogen sample, pre-compressed in a diamond anvil cell. The compression factors of the dynamic and static techniques are multiplied. This approach allows access to a family of Hugoniot curves which span the P–T phase diagram of fluid hydrogen to high density. In this first-of-its-kind experiment, two hydrogen Hugoniot curves have been partially followed starting from pre-compression at pressures of 0.7?GPa and 1.2?GPa. Optical reflectance probing at two wavelengths reveals the onset of the conducting fluid state. The boundary line to conducting fluid hydrogen is suggested.     

Gold under high pressure

Abstract

First principle predictions for the equation of state of gold using solid and liquid state theories are compared up to combined pressures and temperatures of 600 GPa and 17 000 K with static diamond anvil cell compression, ultrasonic measurements and shock Hugoniot data which include a recent laser driven shock Hugoniot points at 600 GPa. Excellent agreement between theoretical and experimental data is observed. The theoretically estimated 300 K isotherm agrees to within 2 GPa with the isotherm that has been measured to 70 GPa using the diamond anvil cell. The structural energy estimates show that the normal f.c.c. phase remains stable under pressure. The estimate of the shock Hugoniot temperature of gold at 600 GPa based on a liquid state model is consistent with the measurements of laser induced shock luminescence, which in fact provides an experimental determination of the temperature of gold above its Hugoniot melting point. The powerful means provided by theory in the prediction of material properties of gold at ultra high pressures and temperatures is significant because gold is an efficient converter of laser energy into soft X-rays and is a potential candidate as a standard for high pressure, high temperature work.     

钒的高压声速测量

采用反向碰撞方法进行了钒冲击实验,利用激光干涉测速技术对V/LiF窗口界面粒子速度剖面进行测量.通过对粒子速度剖面的分析获得了32—88 GPa压力范围内钒的高压声速.实验获得的声速-冲击压力关系在约60 GPa存在间断,表明钒发生了冲击相变.相变压力与静高压实验结果及第一性原理计算结果基本一致.     

碳水混合物相互作用势及混合法则的实验研究和理论探索

 利用二级轻气炮加载技术研究了碳水混合物的冲击压缩特性。研究发现：冲击压力p低于19.0 GPa时,石墨与水混合物冲击压缩特性明显不同于金刚石与水混合物的冲击压缩特性;p大于23 GPa后,它们的特性十分接近;当p为52.9 GPa时,石墨与水混合物表现出反常的冲击压缩特性,压力增加而体积出现膨胀,这与高压下碳与水发生化学反应产生气体相关。还对碳水混合物的相互作用势及混合法则的选取进行了讨论。     

高压下锗化镁的金属化相变研究

锗化镁是一种窄带半导体,压力作用可以使锗化镁导带底与价带顶的能隙变小.本文基于第一性原理计算了锗化镁在高压下的能带结构以及反萤石相(常压稳定相)和反氯铅矿相(高压相)的焓值,发现在7.5 GPa时反萤石结构锗化镁导带底与价带顶的能隙闭合,预示着半导体相转变为金属相,计算结果还预测在11.0 GPa时锗化镁发生从反萤石结构到反氯铅矿结构的相变.实验研究方面,本文采用长条形压砧在连续加压条件下测量了锗化镁高压下的电阻变化,采用金刚石对顶压砧测量了锗化镁的高压原位拉曼光谱,发现在8.7 GPa锗化镁的电阻出现不连续变化,9.8 GPa以上锗化镁的拉曼振动峰消失.由于金属相的自由电子浓度高会阻碍激发光进入样品,进而引起拉曼振动峰消失,因此我们推测锗化镁在9.8 GPa转变为金属相.     

电磁内爆的准一维数值模拟

 提出一个用于电磁内爆过程数值模拟的准一维模型，对1 MJ电容器组电磁内爆优化方案进行了计算，并将计算结果与零维模型和一维模型的结果进行了比较。     

A convenient dynamic loading device for studying kinetics of phase transitions and metastable phases using symmetric diamond anvil cells

We have designed and implemented a novel DLD for controlling pressure and compression/decompression rate. Combined with the use of the symmetric diamond anvil cells (DACs), the DLD adopts three piezo-electric (PE) actuators and three static load screws to remotely control pressure in accurate and consistent manner at room temperature. This device allows us to create different loading mechanisms and frames for a variety of existing and commonly used diamond cells rather than designing specialized or dedicated diamond cells with various drives. The sample pressure compression/decompression rate that we have achieved is up to 58.6/43.3?TPa/s, respectively. The minimum of load time is less than 1?ms. The DLD is a powerful tool for exploring the effects of rapid (de)compression on the structure of materials and the properties of materials.     

<100> LiF的低压冲击响应和1550 nm波长下的窗口速度修正

利用平板撞击和激光干涉测试技术对<100> LiF在40 GPa内的冲击力学和光学特性进行了精密实验测量和理论分析. 获得了该压力范围内LiF的冲击雨贡纽关系和1550 nm波长下的窗口速度修正, 为相关加窗激光干涉测速实验的数据分析提供了直接依据. LiF在20.3 GPa内均表现出弹性-塑性双波特性, 预计其单波响应冲击压力下限约为22—23 GPa; 低于此压力时, 以LiF为窗口的精密剖面测量实验需考虑其强度影响.     

Diamond anvil Raman gauge in multimegabar pressure range

The first-order Raman band of diamond anvils has been investigated at pressure up to 380 GPa in order to develop an optical pressure determination method. The high frequency edge of the band was calibrated by the pressure scale of the equation of state of Pt. The universality of the relationship between the sample pressure and the edge-frequency was confirmed up to 370 GPa and the usefulness of the diamond anvil Raman gauge was demonstrated. Using the diamond anvil Raman spectroscopy, the stress-state of the anvil culet was directly observed in the multimegabar pressure range. Obtained pressure dependence of the shear stress suggested further extension of feasible pressure beyond 400 GPa.     

Quasihydrostatic equation of state of iron above 2 Mbar

The compression curve of iron is measured up to 205 GPa at 298 K, under quasihydrostatic conditions in a diamond anvil cell. Above 150 GPa, the compression of this metal is significantly higher than previously measured under nonhydrostatic conditions. The same compression curve is also calculated ab initio and the deviation between experiment and theory is clearly established. A formulation of the equation of state of iron over a large pressure and temperature range, based on the current data and existing shock-wave data, is also proposed. Implications for the Earth's core are discussed.