“闪光二号”电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究

 热击波是电子束辐照靶材料时在其内产生材料响应的一个重要力学现象。论述了近两年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究。使用的靶厚为2.8~6.5 nm,靶材为LY-12铝,靶上能通量为87~152 J/cm²。实验结果表明,实测热击波应力峰值为0.35~2.0 GPa,热击波平均作用时间约为0.29 μs,均半高宽约为0.14 μs,平均上升时间约为0.10 μs。     

电子束对LY12硬铝的损伤效应

对LY12硬铝受到电子束辐照时产生的热激波及材料的损伤破坏效应进行了理论计算,将计算值同实验结果进行比较,二者基本上是一致的。在研究中等能量沉积产生材料的破坏效应时,应适当考虑材料的熔化过程,所用的状态方程是GRAY三相状态方程,而在研究材料的损伤破坏时,我们修正了计及损伤效应的Bodner-Partom本构模型。     

电子束辐照产生的热激波的数值模拟

 采用能量沉积解析法、材料低压本构关系及一维应变弹塑性流体动力学模型,对“闪光二号”电子束辐照硬铝产生的热激波的传播规律进行了数值模拟。结果表明,计算值与实测值基本符合。     

聚酯材料在脉冲电子束辐照下的动力学效应与材料参数

对聚酯材料在电子束辐照下的动力学效应进行了研究。采用Monte Carlo方法,计算了脉冲电子束在聚酯材料中的能量沉积;采用流体动力学方法,对聚酯材料在电子束辐照下的热击波和喷射冲量进行了数值模拟;采用将喷射冲量和热击波压力的数值结果与实验测量结果进行逼近的方法,得到了聚酯材料的升华能约为1.1 kJ/g,Grüneisen系数的常态值约为0.2。     

脉冲激光产生层裂的一维和二维数值计算

 通过简化的物理分析，将脉冲激光加载简化为一定的力学边界条件，考虑了材料内部的损伤演化，采用含损伤的热粘塑性本构模型模拟了铝合金材料的层裂。由于脉冲激光产生的压力脉冲较短，随后的卸载波将使得靶中传播的冲击波压力幅值下降。一维和二维计算得到的层裂片厚度与已有的实验数据符合很好。通过计算，得到了脉冲激光发生层裂时的应变率。     

PVDF在电子束辐射材料产生的热激波测量中的应用

 介绍了在“闪光二号”脉冲电子束加速器上采用PVDF压电传感技术测量编织材料等的电子束热激波传播特性的情况。实验得出：（1）在能注量为90～210 J/cm²范围内，对4 mm厚的编织材料及其叠层材料，热激波应力峰值σ_a<0.1 GPa，只有硬铝的十几分之一；（2）编织材料中的热激波作用时间被明显展宽，其平均值达2.6 μs，是硬铝中的7倍多。实验结果表明：（1）编织材料具有良好的衰减和展宽热激波的性能；（2）对编织材料等的宽作用时间热激波测量来说，PVDF压电传感技术具有极其优越的性质。     

激光辐照金属丝产生电子束的发散度

研究了激光辐照金属丝产生电子束的自身磁场对其发散度的影响。通过理论分析和量级估算得到：电子在金属丝附近运动时,同时受到金属丝电场和自身磁场的作用,聚集效应明显;当电子离开金属丝后,空间电荷效应的库仑排斥作用与自身磁场的聚集作用量级相当,近似认为可以保持已经具有的发散度。利用经典轨迹蒙特卡罗方法模拟了该过程,计算结果表明自身磁场可以解释电子束的发散度及其对金属丝长度的依赖关系。     

脉冲X射线诱导的热击波

 对脉冲X射线诱导的热击波进行了一维数值模拟。研究表明：脉冲X射线热击波有两种不同的力学机制，其一是表面的汽化反冲，其二是热形变。     

强流脉冲电子束辐照下单晶铝中的堆垛层错四面体

利用强流脉冲电子束技术对单晶铝进行了辐照，并利用透射电镜对强流脉冲电子束诱发的空位簇缺陷进行分析.实验结果表明，强流脉冲电子束能够诱发位错圈、孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷，并且三种不同类型的空位簇缺陷的形核过程并不同时发生，三种空位簇缺陷存在着密切的关系.根据实验结果提出了堆垛层错四面体形成与生长机理.     

强流脉冲电子束辐照下单晶铝中的堆垛层错四面体

利用强流脉冲电子束技术对单晶铝进行了辐照,并利用透射电镜对强流脉冲电子束诱发的空位簇缺陷进行分析.实验结果表明,强流脉冲电子束能够诱发位错圈、孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷,并且三种不同类型的空位簇缺陷的形核过程并不同时发生,三种空位簇缺陷存在着密切的关系.根据实验结果提出了堆垛层错四面体形成与生长机理. 关键词： 强流脉冲电子束 堆垛层错四面体 单晶铝 空位簇缺陷     

脉冲辐照热激波与压缩应力波

 扼要地阐述了X射线、电子束辐照材料时所产生的热激波与高速碰撞、炸药爆炸所产生的压缩波之间一些不同的现象特征，可为热激波的分析、研究以及模拟提供参考。     

铝靶动态激光反射率的数值模拟

 从金属近自由电子模型——Prude/Fresnel理论出发，分析了激光作用下铝靶表面反射率的动态变化规律。通过对铝电导率与温度变化关系的数值模拟，得到了凝聚态、液态、气态反射率的动态变化规律，且与实验结果基本符合。当激光功率密度处于10¹¹~10¹⁵ W/cm^-2范围内时，由等离子体模型和局部热力学平衡（LTE）理论，亦得到了反射率随温度变化的数值模拟结果，与国外的实验结果符合得较好。     

脉冲激光作用下铝靶的层裂

 本文报导波长为1.06 μm脉宽（FWHM）约4 ns的强脉冲激光辐照下，铝靶发生层裂的实验结果。当入射功率密度在2.0×10¹¹~5×10¹¹ W/cm²范围的激光束作用下，厚度为0.1 mm、0.2 mm的靶在超临界条件下发生层裂，层裂厚度分别在(17±6) μm及(35±5) μm范围。文中使用一种简化模型对阈值条件下不同厚度的靶发生层裂时的层裂片厚度作了近似估算，并与已有的实验结果较好地符合。     

激光驱动铝靶产生冲击波和热波的实验观测和分析

 在“星光Ⅱ”上,使用基频光打靶,采用几种厚度的铝介质平面靶,进行了冲击波、热波和稀疏波三波相互作用规律的初步研究工作,成功地观测到冲击波在前和热波在后的物理图像,并发展了相关诊断技术和方法。     

激波的格子玻尔兹曼方法模拟

格子玻尔兹曼方法已被广泛应用于模拟流体,但主要应用于模拟不可压流体。应用二维正方格阵上的3速9点模型模拟激波的传播。考察了激波关系式、激波的宽度和结构。模拟结果与由Chapman-Enskog展开导出的流体方程的解相符。这说明格子玻尔兹曼方法能够模拟可压缩流体。     

脉冲电子束对材料破坏效应的数值研究

利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法计算了电子束的能量沉积，用流体动力学方程计算了热击波的传播，所用物态方程为ＧＲＡＹ三相物态方程。全部计算均由程序ＤＲＡＭ１Ｄ完成。讨论了波的传播规律，并给出了铝材迎光面反冲速度峰值及比质量亏损与电子束的入射通量和能量之间的关系。