顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。     

冲击载荷下Al2O3陶瓷的动态响应

 通过平面飞片碰撞实验，研究了质量分数为90%的Al₂O₃陶瓷在0～11.0 GPa的动态响应行为，给出了该材料的Hugoniot弹性极限（σ_HEL）、动态屈服强度、高压声速和Hugoniot曲线。结果表明：当冲击应力在σ_HEL≈11.0 GPa的范围内，Al₂O₃陶瓷的塑性区压缩特性表现出较明显的弥散行为；在远低于σ_HEL的应力区，Al₂O₃陶瓷已表现出明显的压缩损伤效应，即出现所谓的破坏波效应。     

液态CO2高温高密度状态方程研究

 利用二级轻气炮作冲击加载手段，采用自己建立的低温靶，比较系统地研究了液态CO₂的冲击压缩行为。在20～60 GPa压力区获得六个新的Hugoniot数据点。根据这些实验点，采用液体统计力学理论和化学平衡方法，重新优化获得一组CO₂－CO₂，CO₂－O，CO－O作用势参数。分析表明，引起体系在25 GPa以上区域冲击软化现象的主要机制是CO₂离解反应，CO₂—→CO+O。     

高压高温下B2O3与Mg和Li3N的反应

 通过B₂O₃与Mg和Li₃N分别在不同温度压力条件下的反应，用X射线方法研究了生成物的物相。当采用Mg与B₂O₃为原料时，其产物是Mg₃B₂O₆；用Li₃N与B₂O₃反应时，产物中除了Li₃BO₃，还有立方氮化硼（cBN）生成。这表明，当原料中含有相同数量B₂O₃时，用Mg和Li₃N分别作触媒合成立方氮化硼，将得到不同的结果。     

MgCNi3超导体在静水压下的弹性性质

 在0.1 MPa到0.5 GPa压力范围内，采用脉冲回波重合法（Pulse-Echo Overlap Method）测量了MgCNi₃超导体的横波及纵波声速，计算了体弹模量B、剪切模量G等弹性参数以及德拜温度、比热等热力学参数随压力的变化。常压下的θ_D与c_V的值分别为454.82 K和111.30 J/(mol·K)。对B-p曲线作线性拟合，得到体弹模量B₀在零压附近的导数B′₀，由此建立了MgCNi₃的状态方程。     

下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。     

透射式GaAs光电阴极抗光反射膜的研究

本文计算了在透射式GaAs光电阴极的窗玻璃和GaAlAs缓冲层之间引入Si₃N₄或SiO₂膜使光电阴极的入射光反射率所产生的变化,并测量了Si₃N₄膜、SiO₂膜和SiO₂/Si₃N₄复合膜对阴极反射率的影响。理论计算和测量表明,Si₃N₄膜和SiO₂/Si₃N₄复合膜可有效地降低光电阴极对入射光的反射率。当Si₃N₄膜的厚度约为100nm时,可使光电阴极的反射率降低近60%。本文结果为科学地选择透射式GaAs光电阴极所需的的抗光反射膜提供了依据。     

BaCO3和TiO2粉末混合物冲击压缩性和BaTiO3冲击合成的实验研究

 利用高能炸药爆轰驱动冲击波、狭缝扫描闪光隙高速照相技术和阻抗匹配解原理，在10~100 GPa压力范围内，测量了BaCO₃和TiO₂粉末混合物的冲击绝热数据。同时，利用轴对称柱面和平面爆轰装置，进行了该混合物样品的冲击后回收实验和回收样品的X射线衍射分析，考察BaTiO₃的冲击合成。测量出的冲击绝热数据，以冲击波压力和比容平面上的结果为例，在约30和45 GPa两个压力值时，比容发生明显跃变。冲击绝热数据与回收样品X射线衍射分析结果相结合，判断出，这两个跃变分别对应于TiO₂从锐钛矿相转变到高压β-TiO₂相，BaCO₃与TiO₂开始急剧化学反应合成出BaTiO₃并放出CO₂。此外，在压力为10 GPa左右作回收实验，其回收样品的X射线衍射分析表明TiO₂由锐钛矿相完全转变为金红石相。     

轻气炮低温靶的结构及液态CO2冲击压缩特性的研究

 介绍了一种二级轻气炮的低温靶（温度可调范围为180～290 K）系统以及高纯度低温分子液体样品的制备技术。利用该项技术，我们在低温靶中成功地制备出了符合冲击实验要求的液态CO₂样品，并在20~60 GPa区域获得7个冲击压缩数据点。经分析发现，液态CO₂在30 GPa附近发生了冲击相变。     

稀土焦绿石化合物R2Fe4/3W2/3O7的高温高压稳定性研究和X射线相分析

 本文利用X射线粉末衍射和位敏探测技术，研究了R₂Fe_4/3W_2/3O₇（R=Er、Yb、Dy）化合物经高温高压处理后的变化情况。在3.7 GPa，1 200 ℃条件下，六方相R₂Fe_4/3W_2/3O₇化合物按两种方式分解，而直接由R₂O₃，Fe₂O₃和WO₃原料出发，经上述同样的高温高压条件合成所得的产物与六方相高温高压分解产物相同，均为R₂WO₆、RFeO₃、WO₃和Fe₂O₃的多相聚合物。同时给出了R₂Fe_4/3W_2/3O₇六方相高温高压下的稳定区范围。     

气相爆轰波沿胞格的动力学机理研究

 建立了一种以子单元分析为基础,研究气相爆轰波沿胞格运动时的动力学机理的新方法。根据该子单元的性质和斜冲击波关系,首先推导了对撞前后前导冲击波沿胞格对称轴的马赫数之比和入射冲击波入射角及胞格几何性质的关系,求解了胞格结构中的三波点对撞问题。然后,采用爆炸波模拟前导冲击波的自持运动过程,求解气相爆轰波沿胞格的动力学过程,理论分析表明,气相爆轰波在胞格起点首先经历一个增长过程,然后才出现衰减。理论分析结果与实验和数值计算结果的比较表明符合得较好。     

一维非定常炸轰的特征线方法数值模拟

本文用特征线方法计算了一维非定常炸轰的发展和传播问题。为模拟炸药的化学反应,采用了一种冲击波引爆的唯象模型。以PBX-9404高级炸药为例给出了计算的POP图与实验结果的比较以及不同时刻波后流场的分布。     

基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型，计算爆轰气相产物的状态方程；用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相４种相态描述凝聚成分，由Gibbs自由能最小确定不同状态下的凝聚产物相态.对爆轰产物混合系统采用Gibbs自由能最小原理，通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分，计算结果与Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)和Lennard-Jones-Devonshire结果相近.使用该理论对炸药的爆轰参数做了预言，与BKW，Jo 关键词： 爆轰产物 物态方程 化学平衡方程组     

化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.     

H32.685N16.8430O3.0和H8.154N4.5770O3.0炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解HNO型炸药H32·685N16·8430O3·0(70/30Hydrazine/HydrazineNitrate)和H8·154N4·5770O3·0(21/79Hydrazine/HydrazineNitrate)爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。以Ree修正的WCA状态方程并考虑Ross软球修正的硬球微扰理论作为爆轰气相产物的物态方程,用自编的程序对H32·685N16·8430O3·0和H8·154N4·5770O3·0炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

液态甲烷的高温密度物态方程理论研究

 采用热力学统计理论研究了液态甲烷在高温高压下分子分解反应特点及该体系的物态方程。着重讨论了体系中CH₄-H₂分子间有效势对体系化学反应平衡及物态方程的影响,并根据实验Hugoniot点(p_H, V)优化确定出其exp-6势函数中的参数值。该势函数的排斥部分值比理想混合条件下Lorentz-Berthelot规则给出的势函数值低约50%,预示着高压下CH₄和H₂之间存在着某种亲合性。用该势函数计算得到的p-T线与现有的两个实验点符合很好。还讨论了CH₄-H₂之间的有效作用势参数对CH₄分子冲击离解度（x）的影响。     

高温高压下爆轰产物分子间相互作用的研究

给出了一种由分子流体的冲击Hugoniot实验数据确定原分子之间和离解产物分子、原子相互间作用势参数的方法. 在较低压强下,采用Ross硬球微扰理论软球修正模型确定原分子之间的相互作用势参数;在较高压强下,采用基于统计物理的化学平衡方法来确定分子离解后的分子和原子之间的相互作用势参数. 与传统的由对应状态定律确定势函数参数的方法相比,所得到的势函数参数在很大的压强范围内都能较好地描述冲击实验. 关键词： 高温高压 化学平衡 冲击Hugoniot实验     

Energy release effect of mixture on single spinning detonation structure

Unsteady three-dimensional numerical simulation on a single spinning detonation in a circular tube are presented in order to understand the effects of energy release of the mixture on the detonation structure. Overall structures of the spinning detonations such as the shock structure around the spin head, the long pressure trail, and the track angle on the wall are not affected by these effects because they depend on the specific heat ratio of the products which has approximately a constant value. The calculated averaged detonation velocities on the symmetry axis during one cycle decrease inversely with an exponential curve to become the value lower than the CJ detonation velocity. Those for p₀ = 0.1 MPa and p₀ = 0.01 MPa become approximately 0.98 D_CJ and 0.92 D_CJ, respectively, because the energy release in the CJ state for p₀ = 0.01 MPa is 10% lower than that for p₀ = 0.1 MPa. The state of gas behind the head of spinning detonation is also evaluated by the classical oblique shock theory and equilibrium calculation by using the track angle, shock wave angle, and detonation velocity in order to compare with the present and other researcher’s numerical results. The effects of the energy release in the mixture are large on the strength of the transverse detonation.     

Aluminum oxidation in shock and detonation waves

Experimental data on the detonation velocity of aluminized explosives and the temperature of the material behind the shock wave front in condensed media, including aluminum-oxidizer mixtures were examined. It was demonstrated that the oxidation of aluminum to the highest oxide behind the front of shock and detonation waves is limited by the dissociation of aluminum oxides at temperatures above 3.5 kK.     

Effect of radiation on compressibility of hot dense sodium and iron plasma using improved screened hydrogenic model with l splitting

High pressure investigations of matter involve the study of strong shock wave dynamics within the materials which gives rise to many thermal effects leading to dissociation of molecules, ionization of atoms, and radiation emission, etc.The response of materials experiencing a strong shock can be determined by its shock Hugoniot calculations which are frequently applied in numerical and experimental studies in inertial confinement fusion, laboratory astrophysical plasma,etc. These studies involve high energy density plasmas in which the radiation plays an important role in determining the energy deposition and maximum compressibility achieved by the shock within material. In this study, we present an investigation for the effect of radiation pressure on the maximum compressibility of the material using shock Hugoniot calculations. In shock Hugoniot calculations, an equation of state(EOS) is developed in which electronic contributions for EOS calculations are taken from an improved screened hydrogenic model with-l splitting(I-SHML) [High Energy Density Physics(2018) 26 48] under local thermodynamic equilibrium(LTE) conditions. The thermal ionic part calculations are adopted from the state of the art Cowan model while the cold ionic contributions are adopted from the scaled binding energy model. The Shock Hugoniot calculations are carried out for sodium and iron plasmas and our calculated results show excellent agreement with published results obtained by using either sophisticated self-consistent models or the first principle study.