氢氘物态方程研究进展北大核心CSCD

针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析,结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果,对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明:在当前理论框架下,仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限;多模型集成的H-REOS.3数据库在105K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大,且数据稀少,二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法,即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型,构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。     

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。     

稠密氘气物态方程研究

 用二级轻气炮作为加载手段,通过瞬态辐射高温计对样品氘的冲击压缩层的光谱辐射亮度历史进行测量,测得氘气中冲击波速度和冲击温度,并用离解电离平衡方程从理论上分析了冲击压缩下稠密气体的组分,理论计算的Hugoniot曲线及冲击温度和实验结果吻合。     

高温高密度氢(氘)的物态方程——离解效应研究

 高温高压下流体氢将发生离解化学反应,形成具有相互作用的氢分子和氢原子混合体系,此时粒子间的相互作用复杂。利用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型,将混合物粒子间的相互作用等效为单组分粒子间相互作用,从而简化了对体系的统计热力学处理;并由自由能函数极小化确定化学平衡时各组分含量、体系的内能、压强。研究了温度在10 000 K以下、密度在0.6 g/cm³以下（相应摩尔体积大于3.3 cm³/mol）区间的热致离解和压致离解现象对流体氢（氘）状态方程的影响。所得结果与双组分流体变分理论计算以及第一原理的分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟结果以及二级轻气炮实验数据进行了比较,它们之间的一致性表明：用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型处理氢（氘）分子的离解区域的物态方程是成功的。     

氢的高密度等离子体物态方程

 采用Thomas Fermi（TF）方法,计算了氢的高密度等离子体物态方程,并引入TF等效电离度概念。等效电离度的计算结果表明,TF方法也可用于宽广温度、密度范围的等离子体物态方程计算,且在高密度区,其结果比活度展开法（ACTEX）和Debye-Huckel（DH）理论更为合理。     

稠密氘和氢氘混合等离子体辐射不透明度的研究

用强平面激波对氘和氢氘等摩尔混合气体进行冲击压缩 ,产生密度约为 3.7× 10 - 3 — 7.0×10 - 3 g/cm3 等离子体.由记录的等离子体发光过程的上升前沿 ,确定了氘和氢氘等离子体光谱吸收系数随光学波长变化. Plasma is generated by passage of strong planar shock wave through gas. Initial experiments in deuterium and equal mol mixture of hydrogen and deuterium have been performed to produce plasma with 3.7×10 -3-7.0×10 -3 g/cm 3density. The variation of the opacity of the plasma with wavelength is measured by recording the risetime of the emitted light.     

氢氘比的测量和粒子再循环

利用多道光学分析仪测量了HT－7托卡马克的氢氘比。通过一个简化模型讨论了氢氘比和粒子再循环的关系,并分析了氢氘比不容易控制的原因。     

Fabry-Perot干涉仪用于托卡马克等离子体氢氘比测量

本文在国内首次将Fabry-perot干涉仪用于托卡马克等离子体诊断。实验采用一台压电驱动式Fabry-perot干涉仪通过对H_α和D_α谱线轮廓的测量来推算等离子体的氢氘含量比,从而避免了在传统的氢氘比测量中因重复放电所引起的不准确性。     

核物质的物态方程

本文述评了核物质物态方程的问题和现状，及其在当前核物理研究中的地位．着重评述了核物质的压缩系数问题，以及液气相变和临界温度问题，这都是当前相对论性重离子碰撞和核天体物理研究的热点．     

高能氘-氘散射

本文应用核-核碰撞的Glauber多次散射理论, 计算了入射动量为5.75 GeV/c的氘-氘弹性散射微分截面. 理论结果除了在"谷"附近有一定偏离外,在其他角区域与实验结果符合较好. 此外, 也研究了质子与中子平均输入振幅的影响.     

低能氘-氘、氘-氚反应截面测量

采用无窗气体靶技术测量了15—150keV的氘-氘以及13.8—114.3keV的氘-氚反应截面, 误差≤±5.1%. 实验是分别在50kV、150kV、300kV三台倍加器上进行的. 测量分绝对微分截面与相对微分截面测量两步进行. 在完成测量数据的实验过程中, 相应地发展了氚操作技术与加速氚、束流热测法(量热器)以及对气体的压力、温度、纯度绝对值测量等方面的技术.     

Fabry－Perot干涉仪用于托卡马克等离子体氢氘比测量

本文在国内首次将Ｆａｂｒｙ—ｐｅｒｏｔ干涉仪用于托卡马克等离子体诊断。实验采用一台压电驱动式Ｆａｂｒｙ—ｐｅｒｏｔ干涉仪通过对Ｈ_α和Ｄ_α谱线轮廓的测量来推算等离子体的氢氘含量比，从而避免了在传统的氢氘比测量中因重复放电所引起的不准确性。     

锆钴氢化物中氢氘的互排代研究

研究了一维排代条件下,ZrCo-H体系上气固间氢氘的互相排代特性。实验结果表明,氢氘间可以互相排代,影响排代效果的主要因素有:固相表面积、温度和气相流速。在粉化较好的ZrCo颗粒(≥48目)和较高的温度下(～85℃),气相流速提高到1.3NL/cm2min还具有较理想的排代效果。氘丰度的流出曲线可以用塔板理论描述,且具有较小的塔板高度     

热膨胀型固体物态方程

根据晶体热振动的非谐振效应,推导出了一种热膨胀形式的固体物态方程.与常用的Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ物态方程相比,该热膨胀物态方程在理论上说明了极高压下等熵线族趋近于冷压线的事实,并可很好地连接固体高压与常压性质.介绍了该物态方程的理论,定义了新的热力学函数,并对如何采用冲击Hugoniot方程拟合热膨胀形式的固体物态方程进行了介绍 关键词： 物态方程 固体 高压 热膨胀     

新型爆轰产物物态方程

 从位力（Virial）理论和相似假设出发，建立了爆轰产物物态方程，命名为VLW物态方程。本物态方程既适用于高压下炸药爆轰性能的计算，也适用于较高压强与中等压强状态下火炮发射药与火箭推进剂燃烧性能的计算。     

混合物物态方程的计算

在采用体积相加原理计算混合物物态方程的基础上,建立了一种物理模型确定混合物温度。根据混合物中各组分温度和压强平衡条件,采用压强-密度迭代方法计算给出混合物物态方程,编制了两种组分的混合物物态方程计算程序。为检验建立的温度模型的合理性及程序的有效性,分析了不同密度、温度状态的氢（H2）和钨（W）组成的混合物状态参量,计算了以下情形及其组合情形的混合物物态方程：H2和W以不同质量比混合;质量比固定,单组分状态不同;温度区间和密度区间不同。研究表明:实际应用中在建立的混合物温度模型基础上确定的混合物物态方程是合理的。     

在氢和氘中寻找正的单电荷重粒子

在电磁分离器上用测量粒子荷质比的方法,在氢和氘样品中寻找正的单电荷重粒子。实验中用吸收法排除杂质本底。用特制的薄窗正比计数管记录单个粒子,并且测量粒子的能量。实验扫描了质量从65到220质子质量的重质量区域。扫描的结果给出:天然水中正的单电荷重粒子浓度的上限,在质量65到148质子质量范围内及148到220质子质量范围内,分别小于2×10^-17重粒子/氢原子及5×10^-17重粒子/氢原子。