Equation of State for Shock Compressed Xenon in the Ionization Regime:ab Initio Study

Quantum molecular dynamic (QMD) simulations have been applied to study the thermophysical properties of liquid xenon under dynamic compressions. The equation of state (EOS) obtained from QMD calculations are corrected according to Saha equation, and contributions from atomic ionization, which are of predominance in determining the EOS at high temperature and pressure, are considered. For the pressures below 160 GPa, the necessity in accounting for the atomic ionization has been demonstrated by the Hugoniot curve, which shows excellent agreement with previous experimental measurements, and three levels of ionization have been proved to be sufficient at this stage.     

用多次冲击压缩方法研究稠密氢氦等摩尔混合气体的物态方程

采用液氮冷却以及气体增压技术，制备了～30MPa及～90K初始状态的氢、氦等摩尔混合气体样品.以二级轻气炮作为加载工具，用不同灵敏度设置的两套多通道瞬态高温计系统获得完整、清晰的稠密氢、氦混合气体多次冲击压缩过程的光谱辐射强度信号.并建立起相应的实验数据处理和分析技术，获得了5—140GPa范围内氢、氦混合气体一至五次冲击雨贡纽物态方程，以及一次、二次和四次冲击温度实验数据.流体变分理论和离解模型用来分析和解释所获得的测量结果. 关键词： 氢、氦混合气体 多次冲击压缩 光谱辐射强度历史 物态方程     

H_2+He流体混合物在部分离解区的物态方程

H2+He流体混合物在高温高压下由于氢的离解化学反应形成由H2,H,He三种粒子构成的混合体系,此时粒子间的相互作用较为复杂,离解能也会由于粒子间的这种复杂相互作用而降低.本文利用自洽流体变分理论来研究部分离解区H2+He流体混合物的高温高压物态方程,模型考虑了各种粒子间的相互作用及由温致和压致效应引起的离解能降低的自洽变分修正,并通过自洽流体变分过程对非理想的离解平衡方程求解得到粒子数密度分布,进而对自由能求导获得体系的热力学状态参量.计算结果与已有的冲击波实验数据、蒙特卡罗模拟及其他理论计算进行了比较.     

冲击压缩LY12铝向不同充气介质卸载后的光反射率实验研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,对装有初始压力为6 MPa和1.2 MPa的氦气、氘气和氢氘混合气体冲击压缩等离子体的光谱幅亮度历史进行了测量。根据实测记录信号波形的有关特征量,拟合得到了冲击压缩LY12铝基板表面光反射率R。结果发现:受冲击LY12铝基板表面对340~800 nm波长向不同充气介质氦气、氘气和氢氘混合气体等离子体卸载后的光反射率为约0.4,为静态下铝基板反射率(约0.8)的一半。并对动态加载下反射率降低的机理进行了探讨。     

Temperature Measurements of Condensed Gaseous Hydrogen-Helium Mixtures under Multi-Shock Compression

Temperatures of multi-shock compressed gaseous hydrogen-helium mixtures with a mole component H2 ：He=1：1.21 up to 7100 K are measured at pressures up to 10 GPa by means of an instantaneous optical pyrometer. The gas mixtures are shocked from environmental temperature at the initial pressure 20 MPa. The measured second-shock temperature differs from the predictions of the non-dissociation model by up to 40% and is in good agreement with that of the dissociation model, indicating that a considerable amount of molecular dissociation occurs.     

部分电离稠密氦等离子体物态方程的自洽变分计算

稠密氦在高温高压下将会发生电离, 电离能会因为原子、离子以及电子之间的相互作用而降低. 考虑He，He⁺，He²⁺，e之间的相互作用, 通过粒子化学势平衡得到非理想的电离平衡方程，用自洽流体变分过程对方程求解, 进而对自由能求导获得体系的热力学状态参量. 模型计算结果与已有的实验和理论计算相一致. 用此模型预测密度10^-3—10^0.3 g/cm³和温度4—7 eV范围的物态方程, 获得了压力在500　GPa以内的理论数据. 计算表明粒子间的非理想相互作用引起的电离能降低是出现压致电离现象的主要原因，在高温高密度物态方程的计算中必须考虑粒子间非理想相互作用对电离能修正的影响. 关键词： 氦 物态方程 部分电离等离子体 自洽变分     

高温空气热化学物理计算模型研究

对于大气层内高速飞行器,其周围空气受到强激波压缩而温度急剧升高,引起空气分子发生激发、离解、电离、复合等作用形成多组元混合气体,这种多组元混合气体的热物性参数是气动力热和电磁仿真的基础。本文针对N2-O2-Ar空气体系,在局域热动和局域化学平衡假设下,建立了考虑18种化学反应22组元的混合体系热化学物理计算模型,模拟了高温空气的组分浓度以及焓和比热等热力学性质,研究了高温空气的离解、电离、复合等化学反应以及焓和热容等物性参数随温度和密度的演化规律,发现了空气稀薄程度的增加有利于化学反应的发生以及因高温引起化学反应导致的热容和比热比波动变化现象,并对飞行器高速飞行时驻点处的空气组分、压缩比、温度、热容以及比热等参数随飞行速度的变化给出了预测。这些结果和规律性的认识有助于更好地了解高速飞行器周围稀薄空气因强激波压缩产生高温诱导发生的物理化学反应、现象及作用机理。     

强粒子束产生温稠密物质热力学状态估计

基于能量平衡原理,结合SRIM统计方法,以铝靶为例,对重离子束和强电子束产生高温高密度物质所需的束流参数进行估计,分析各自产生温稠密物质的优缺点。结果显示,从电子辐射能损和束流利用观点来看,1~10MeV电子束产生温稠密物质具有较好的均匀性和较高的利用率;而重离子束加载可以获得较宽区域的温稠密物质。     

瞬时多光谱辐射测温方法

采用光学多道分析仪测量了溴钨灯和氙闪光灯的辐射光谱,给出了一种辐射测温的数据处理方法,即在Planck灰体模型假定的基础上,进一步考虑发射率ε与波长的多项式依赖关系以及辐射本底对实验结果的影响,建立相应的多光谱测温数据处理方法,并用溴钨灯和氙闪光灯的实测光谱对其进行了验证.结果表明:对于连续光谱且发射率逼近黑体,可以假定发射率为常量,按Planck灰体模型处理;对于非连续光谱,当电流密度不高时,发射率与波长依赖关系较强,可以根据发射率与依赖波长的多项式关系并结合0＜ε＜1限定按Planck灰体模型处理.     

自由电子气模型计算金属材料冲击压缩极限压缩度

用简单的自由电子气模型对金属铁、铜、铝、铅的冲击压缩特性进行了数值计算,计算结果表明材料并不能无限地被压缩,存在极限压缩度,随着压缩度的增加,在冲击压力增加的同时,冲击温度也急剧上升,限制了材料的进一步压缩,本文计算的这几种材料的极限压缩度为3.9.