高空核爆炸瞬发辐射电离效应的数值模拟

采用蒙特卡罗方法模拟了高空核爆炸瞬发辐射中子、γ射线、X射线电离大气的过程,给出了几种爆炸场景下瞬发辐射产生的附加电离电子密度空间分布.针对大气密度随高度非均匀连续变化的特性,采用质量距离抽样方法取代常用的步长抽样方法,无需根据大气密度随高度的变化进行分层处理,提高了计算效率.结果表明:对于不同的爆高,瞬发辐射电离分布存在显著的差异;随着爆高的增加,瞬发辐射附加电离区范围增大,但电子密度的峰值减小. 关键词： 高空核爆炸 瞬发辐射 大气电离 蒙特卡罗方法     

在黑暗中“死去”的恒星

在近期的Nature杂志中有4篇论文提出，某些大质量的恒星在塌缩成黑洞之前仅发射γ射线，而不发射其他物质．天体物理学家们认为，比太阳重8倍以上的恒星在塌缩成黑洞之前，在壮观的超新星爆炸中“死亡”．     

模拟X射线作用于圆锥壳载荷的柔爆索加载技术

在软X射线辐照作用下，物体表层瞬时形成大量的能量沉积，使材料受照部分表层发生熔化、汽化，出现物质的反冲喷射现象，产生喷射冲量载荷，使结构发生动态弹塑性变形、动屈曲等，实验室模拟X射线作用下的结构响应是重要的研究方法。在文中小尺寸、圆柱壳柔爆索加载技术的基础上，研究解决了圆锥壳体的柔爆索加载三维载荷设计方法、模拟自由边界的柔爆索加载实施方法、爆炸粒子的有效防护方法、爆炸粒子线动量标定方法和大尺寸锥壳结构的加载等效性等关键技术，发展建立了模拟X射线作用载荷的柔爆索加载三维设计与实验方法。     

γ射线爆的研究进展—20世纪天体物理第三次大辩论

γ射线爆的研究已经历了２０余年，无论观测上或者理论上，均已积累了大量的数据和资料，构思了不少想法和模型，然而，１９９１年ＣＯＭＰＴＯＮ ＧＲＯ天文卫星上天以后，一系列的观测结果将这个领域推向空前激动人心的前沿，矛盾十分突出，几乎要求从头重新研究，对γ射线爆的时间特征，能谱性质，辐射区物理，空间分布等方面，进行了分析和讨论，阐述了近年来的研究进展，指出了存在的主要问题以及这个领域研究的重要意义。     

丝阵负载Z箍缩早期过程的研究

利用X箍缩等离子体产生的μm级、亚ns脉冲X射线点源对双丝电爆炸过程进行了X射线背光照相,结果表明:真空环境下爆炸丝通常形成“核冕”结构,即高密度丝核表面围绕着低密度冕等离子体;随后在全局磁场驱动下,冕层将被连续剥离并向轴线汇聚,形成“先驱等离子体”,大大降低丝阵的内爆品质。针对上述问题,进一步对实现“无核丝爆”(提高丝核沉积能量实现金属丝的均匀汽化)的方法进行了研究。实验结果表明:提高驱动电流上升率以及在金属丝表面构造正向径向电场均有利于丝核沉积能量的提高。结合上述两种方法,提出了阴极串联闪络开关的电极构型,大幅度提高了丝核沉积能量:正负极性驱动电流下比能量分别提高到原来的2倍(从5.7 eV/atom到13 eV/atom)和3.5倍(3.4 eV/atom到12 eV/atom),均超过了钨丝汽化能(8.8 eV/atom),且激光干涉图像表明爆炸产物具有很高的汽化率,即实现了“无核丝爆”。     

平行面多金属钨丝Z箍缩实验研究

 利用“阳”加速器对平行面多金属钨丝（直径17 μm，丝间距1 mm，丝数3根或5根）负载进行了Z箍缩聚爆实验研究。在峰值为350 kA,上升沿约80 ns的电流作用下，使用针孔成像技术和X射线诊断技术，获得多钨丝等离子体融合图像及相应的软X射线辐射信号。对金属丝聚爆过程中负载电流变化对实验影响进行了分析，并探讨了引起聚爆过程中的等离子体柱腊肠型不稳定性、扭曲型不稳定性和“热点”及其周围弥散斑等现象的原因。     

γ射线发射几率及其不确定度

详细介绍了γ射线绝对强度的各种计算方法,重点分析了γ射线绝对强度的不确定度,并给出了其不确定度的相关计算公式.对影响γ射线绝对强度不确定度的因素做了详细讨论,首次明确了不确定度计算过程中的“误差二次计算”、“I_γ=100”等问题     

宇宙γ射线暴

 γ射线暴(以下简称γ暴)是来自宇宙空间的一种短时标的高能γ射线爆发现象。它的发现颇有戏剧性:60年代中期,为了监督关于禁止在大气层中进行核试验的条约的执行情况,美国发射了一些卫星,以监测核爆炸中的γ射线事件。1967年开始,Ｖｅｌａ卫星真的不时记录到一些γ射线爆发现象,使美国政府十分紧张。军方花了几年的时间终于搞清楚它们均来自于宇宙空间,证实只是一场虚惊。由于军事保密的原因,该现象直到1973年才由美国洛斯阿拉莫斯实验室的Ｋｌｅｂｅｓａｄｅｌ、Ｓｔｒｏｎｇ和Ｏｌｓｏｎ在ＡｐＪ(美国《天体物理杂志》)的一篇快报中以“对源自宇宙空间的γ射线爆发的观测”为题发表出来。     

“嫦娥一号”上的科学探测仪器

“嫦娥一号”上搭载了8种24台件科学探测仪器，重130kg，即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪．     

γ射线暴的研究概况

γ射线暴是宇宙中自从大爆炸以来最猛烈的爆发现象，它在几十秒钟的时间内所释放的能量相当于太阳一生（约一百亿年）所释放能量的几百倍！文章简要介绍了γ射线暴的新近研究进展，其中包括：简要说明了观测事实，并在此基础上建立标准火球模型，阐述了γ射线暴及其余辉的运动和演化规律，讨论了偏离标准模型的种种观测现象以及这些后标准效应所包含的重要天体物理意义。进而讨论了至今仍不清楚的能源机制问题，也指出了这个领域的研究前景。     

抗爆型聚脲涂层的性能及其抗爆机理

通过广角X射线衍射仪、差示扫描量热法实验、扫描电子显微镜以及聚脲喷涂钢筋混凝土板的接触爆炸实验,研究了Qtech T26抗爆型聚脲(T26聚脲)的力学强度、分子结构及热性能,分析了有无涂层钢筋混凝土板的宏观形貌及涂层的微观形貌,考察了T26聚脲喷涂钢筋混凝土板的抗爆能力和防护机理。结果表明:T26聚脲的拉伸强度达到25.4 MPa,断裂伸长率为451.9%;其分子链中软段与硬段之间排列有序,微晶区结晶度为24.11%;软段玻璃化转变温度为-44.9℃,硬段玻璃化转变温度为36.5℃,呈现出一定的微相分离形态。爆炸实验后,无涂层钢筋混凝土板的迎爆面出现较大凹坑,背爆面被震塌,混凝土破碎;而对于有涂层的钢筋混凝土板,其迎爆面出现较小凹坑,迎爆面涂层除了因瞬间高温而导致的聚脲软化外,爆炸反射波的稀疏拉伸作用使聚脲材料发生破坏,聚脲涂层被撕裂,而背爆面则由于聚脲涂层削弱了稀疏拉伸波的作用,从而保护混凝土材料不被破碎,避免爆炸碎片飞溅。     

Ag~(110m)的衰变纲图

利用γ闪烁谱仪和γ—γ符合谱仪,我们对Ag~(110m)衰变的γ射线进行了研究;提出了一个修正的衰变纲图,认为Cd~(110)有656kev,1473kev,1540kev,2160kev,2219kev,2476kev和2924kev七个激发能级,包含有能量为448,620,656,679,705,741,764,817,884,936,1384,1473,1504和1560kev的14条γ射线。用符合方法,我们除了证实一般公认为有级联关系的γ射线之间有符合之外,还确定了1560kevγ射线在衰变图中的位置,证实了764kevγ射线应该放在1504kevγ射线的前面,并且指出,817kevγ射线是属于1473kev能级到656kev能级间的跃迁的。此外,还观察到1820kev和2268kev两个峰;经过用吸收方法分析,指出它们是由于低能量的γ射线“堆积”起来的迭加峰。     

Ag110m的衰变纲图

利用γ闪烁谱仪和γ—γ符合谱仪,我们对Ag^110m衰变的γ射线进行了研究;提出了一个修正的衰变纲图,认为Cd¹¹⁰有656kev,1473kev,1540kev,2160kev,2219kev,2476kev和2924kev七个激发能级,包含有能量为448,620,656,679,705,741,764,817,884,936,1384,1473,1504和1560kev的14条γ射线。用符合方法,我们除了证实一般公认为有级联关系的γ射线之间有符合之外,还确定了1560kevγ射线在衰变图中的位置,证实了764kevγ射线应该放在1504kevγ射线的前面,并且指出,817kevγ射线是属于1473kev能级到656kev能级间的跃迁的。此外,还观察到1820kev和2268kev两个峰;经过用吸收方法分析,指出它们是由于低能量的γ射线“堆积”起来的迭加峰。     

顶爆和拱腰侧爆同时作用下锚固洞室的动态响应

基于相似模型试验,采用显式非线性动力分析程序LS-DYNA3D研究了地下锚固洞室在拱顶和拱腰侧两处集中装药爆源同时爆炸作用下应力波传播规律、裂纹形成机理以及洞壁围岩位移分布特征。通过对比分析顶爆试验和计算模型的压应力时程曲线,发现模拟与试验结果吻合,且符合应力波的传播规律,表明数值模拟结果可靠。爆源爆炸后,应力波以圆形向周围岩体传播,两应力波相遇处压应力强度明显大于周围岩体;当应力波传到自由面时,会反射形成拉伸波,在地表下方和洞室上方发生“层裂”现象,在拱顶和拱腰侧爆源中间沿洞室径向有裂纹延伸,由于拉伸波的叠加,在爆源下方出现“八”字形的锥形裂纹面。锚杆能够起到加固岩体的作用,锚固洞室比毛洞裂纹分布少,毛洞迎爆侧裂纹主要为横向裂纹,而锚固洞室则为径向劈裂和横向裂纹。两爆源中点洞室径向处的洞壁围岩位移峰值最大,极易产生破坏。     

出壳γ射线特征能谱作为弹头指纹的可行性计算分析

通过对核弹头部件中核材料自发衰变γ射线输运过程的分析，根据不同类型的核弹头有不同的出壳γ射线能谱形状，研究泄漏γ射线特征能谱作为核弹头指纹的可行性，还通过对高能和低能γ射线穿透谱的比较，分析球壳的厚度。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

 以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

破片式战斗部破片与冲击波相遇位置研究

为研究破片式战斗部爆炸后破片和冲击波两种毁伤元的相遇位置,先通过ANSYS/LS-DYNA对破片式战斗部的爆炸过程进行数值计算,再通过试验的方法测量破片和冲击波相遇位置,验证了数值计算方法的合理性。在此基础上,分析了装填系数、破片质量、爆速和爆热对相遇位置的影响。结果表明:随着装填系数、破片质量、爆速和爆热的增加,相遇位置减小;装填系数增加31%,相遇位置距爆炸中心的距离减小11.5%;单枚破片质量增加1倍,相遇位置距爆炸中心的距离减小2.4%。     

伴随α粒子法瞬发γ测量技术

在D—T聚变反应中，中子与α粒子在空间与时间相关联，由中子作用产生的瞬发γ同样与α相关联，测量γ与α的符合时间谱，通过时间窗选出瞬发γ射线，该γ射线与中子对应的物质区域相联系，由此可以对不同空间区域的物质进行其特征γ谱测量。在不同有机物品检验过程中，通过获取C，N，O的特征瞬发γ射线，可由氮、氧比和碳、氧比峰强度比值来甄别它们。     

光子结构论

1930年赵忠尧教授发表了“γ-射线在铅中的吸收系数”,为γ-射线的测量提供了方法和数据⁽¹⁾,同年11月赵教授又发表了“反常的γ-射线散射⁽²⁾。指出了反常散射的γ-射线的波长,几乎是单色的,它的波长是22.5x·u。相当于0.5×10⁶电子伏。并指出了这辐射是来源于重核。这辐射后来实际证明就是e⁺e^-的湮没辐射。