激光状态方程实验数据在线处理程序的开发及应用

 主要介绍一套用于提高激光状态方程实验数据处理效率的程序,该数据处理程序减少了手工处理方法引入的人为因素的影响,减小了随机误差,大大提高了数据处理效率,并可以实现实验数据的在线处理。     

激光驱动高压下材料状态方程实验研究进展

利用激光驱动冲击波进行材料状态方程实验研究已逐渐成为实验室获得材料TPa以上高压状态方程数据的重要途径.文章简述了激光状态方程实验研究方面的进展,重点介绍了激光驱动冲击波的基本特性,激光状态方程实验测量方法,激光驱动冲击波平面性、稳定性及干净性研究,以及激光状态方程实验研究等方面的成果.     

激光驱动高压下材料状态方程实验研究进展

利用激光驱动冲击波进行材料状态方程实验研究已逐渐成为实验室获得材料TPa以上高压状态方程数据的重要途径.文章简述了激光状态方程实验研究方面的进展,重点介绍了激光驱动冲击波的基本特性,激光状态方程实验测量方法,激光驱动冲击波平面性、稳定性及干净性研究,以及激光状态方程实验研究等方面的成果.     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

状态参量相关性对实验数据不确定度的影响

主要讨论了激光状态方程实验测量中,标准材料冲击波速度和粒子速度的线性关系式中物理量的相关性对待测材料粒子速度的影响,以及待测量材料冲击波速度和粒子速度的函数相关性对待测材料压强不确定度的影响。通过激光状态方程实验数据实例计算,定量地给出了它们对实验精度的影响。经多发次实验数据统计表明：标准材料冲击绝热参数的相关性对待测材料粒子速度相对不确定度的变化小于0.7‰,待测材料冲击波速度和粒子速度的相关性对待测材料压强相对不确定度的变化在0.5%左右。     

液氘状态方程实验数据测量

在神光Ⅱ高功率激光装置上建立了液氘状态方程实验研究系统, 在80 min内实现控温范围12–300 K可调、控温精度±0.03 K、机械震动 ≤20 μm的实验控制精度; 通过镀膜窗口质量筛选和靶体清洁工作解决了低温下窗口材料残余反射率高的难题, 获得了信噪比较好的实验图像; 利用神光II第九路输出3ω (351 nm)、3 ns、1000 J的能力, 采用阻抗匹配方法, 配合任意反射面速度干涉仪诊断系统, 在国内首次获得液氘在约60 GPa压力下的冲击绝热线实验数据, 数据与国外同压力区间数据符合较好, 为下阶段约100 GPa压力范围液氘状态方程的实验研究奠定了基础.     

锂的物态方程及相结构稳定性

 用能带论LMTO方法，在对bcc、fcc锂的能带结构进行自洽计算的基础上，对两种结构的物态方程做了计算。压缩比1～12、压力至10³ GPa的计算结果分别与实验（σ<3）及TF统计模型进行了比较。通过对总能的计算，研究了晶体结构的稳定性。说明在我们所研究的压力范围内，fcc结构比bcc结构更稳定。     

β-SiC的电子结构和物态方程

 给出了用LMTO-ASA方法计算的共价晶体β-SiC的电子结构和物态方程。其压缩比σ＝1.0~2.5。我们在维格纳－赛兹原胞中放入两个空球来模拟原子球的密堆积效果。结果表明，对于开结构体系晶体物性的计算，本方法也是适用的。     

“神光-Ⅱ”装置倍频激光直接驱动冲击波平面性的实验研究

设计了3套针对“神光-Ⅱ”倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统,并对冲击波的平面性进行了实验研究。结果表明,冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关,采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好,间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的;另外,随着靶厚的增加,冲击波平面性变差,平面区变小;而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化,第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好。     

激光间接驱动冲击波实验测量

在神光Ⅱ高功率激光装置上,利用光学条纹相机观测台阶靶背面的冲击波加热发光,对样品中冲击波的平面性和冲击波速度进行了测量。通过冲击波法测得的腔内辐射温度与软X光能谱仪的测量结果一致,验证了冲击波速度测量的可信度。实验结果表明：在8路能量各为260 J、波长为351 nm的激光注入腔靶时,激光间接驱动的冲击波阵面在288 mm范围内平面性较好,Al样品中的冲击波速度为3.15×106 cm/s,对应的冲击波压力为1.66×1012 Pa。     

大气环境下飞秒激光对铝靶烧蚀过程的研究

利用时间分辨的光阴影成像技术研究了在大气环境下飞秒激光烧蚀铝靶的动态过程. 在入射激光能量为4 mJ, 激光光斑超过1 mm时, 激光烧蚀区表面物质以近似平面冲击波形式向外喷射; 在同样激光能量下、激光光斑较小时(约0.6 mm), 激光烧蚀区以近似半球型冲击波形式向外喷射. 当激光能量比较大时(7 mJ), 发现空气的电离对于激光烧蚀靶材有着重要影响. 在光轴附近烧蚀产生的喷射物具有额外的柱状和半圆型的结构, 叠加在平面冲击波结构上.     

用金刚石车削技术制备EOS实验用铝薄膜和铜薄膜

具有材料理论密度的金属薄膜对于材料高压状态方程(EOS)研究而言具有重要的意义。本文提出采用金刚石车削技术,利用超精密金刚石车床、金刚石圆弧刀具及真空吸附夹持技术,对纯铝和无氧铜进行端面车削,完成了EOS实验用铝薄膜和铜薄膜的车削加工,实现了薄膜密度接近材料理论密度。精加工工艺参数为：进给量0.001 mm/r,主轴转速3000 r/min,切削深度1 μm。采用Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪进行测量,结果表明：铝薄膜、铜薄膜厚度可以达到小于10 μm水平,表面均方根粗糙度小于5 nm,原始最大轮廓峰-谷高度小于50 nm,厚度一致性好于99%。     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

低Z流体的单次冲击波压缩极限

低Z流体的单次冲击波压缩极限是判断各种研究高压物态方程理论和实验正确与否的重要参数。维里定律和Hugoniot方程表明,单次冲击波压缩率是由各种因素的相对重要度决定的,包括平均势能、平均动能、内部自由度的激发度和逆幂函数型势能曲线的幂指数。如果幂指数大于2,相互作用势能使流体变得比理想气体更难压缩,否则流体就比理想气体更容易压缩。内部自由度的激发总是让流体变得更容易压缩。在各种不同因素起主导作用的压强段,低Z流体的单次冲击波压缩极限不同。用一个简单的单次冲击波压缩极限的表达式解释了低Z流体在离解区域和电离区域的行为。     

Simulation Study of Shock Reaction on Porous Material

Direct modeling of porous materials under shock is a complex issue. We investigate such a system via the newly developed material-point method. The effects of shock strength and porosity size are the main concerns. For the same porosity, the effects of mean-void-size are checked. It is found that local turbulence mixing and volume dissipation are two important mechanisms for transformation of kinetic energy to heat. When the porosity is very small, the shocked portion may arrive at a dynamical steady state; the voids in the downstream portion reflect back rarefactive waves and result in slight oscillations of mean density and pressure; for the same value of porosity, a larger mean-void-size makes a higher mean temperature. When the porosity becomes large, hydrodynamic quantities vary with time during the whole shock-loading procedure： after the initial stage, the mean density and pressure decrease, but the temperature increases with a higher rate. The distributions of local density, pressure, temperature and particle-velocity are generally non-Gaussian and vary with time. The changing rates depend on the porosity value, mean-void-size and shock strength. The stronger the loaded shock, the stronger the porosity effects. This work provides a supplement to experiments for the very quick procedures and reveals more fundamental mechanisms in energy and momentum transportation.     

纳秒激光在铜靶材中诱导冲击波的实验研究

基于聚偏二氟乙烯压电传感器, 对铜靶材中纳秒激光脉冲诱导的冲击波传播过程进行了实验研究, 给出了铜靶材内冲击压强随激光脉冲能量和靶材厚度的变化规律. 实验结果表明: 500 mJ激光脉冲能量作用到2 mm厚的铜靶材产生的冲击压强达到2.1 MPa; 激光脉冲能量从200 mJ 增加到500 mJ, 在铜靶材厚度为2和4 mm条件下, 冲击压强分别增加了162%和231%; 而当铜靶材厚度从2 mm增加到6 mm时, 在400和500 mJ激光脉冲能量作用下, 铜靶材内冲击压强分别降低了32%和49%.     

金刚石砧高压实验中压强传递介质对实验的影响——镁铝榴石状态方程的实验测定

 采用氩气作传压介质测得的状态方程数据，在高压区，与酒精溶液作传压介质的情况极为不同。因此，对于高弹性模量材料，使用酒精溶液，不能有效地工作到超过20 GPa的范围。本文也比较了氩气压强规的使用情况。     

β-SiC的电子结构和物态方程

 给出了用LMTO-ASA方法计算的共价晶体β-SiC的电子结构和物态方程。其压缩比σ＝1.0~2.5。我们在维格纳－赛兹原胞中放入两个空球来模拟原子球的密堆积效果。结果表明，对于开结构体系晶体物性的计算，本方法也是适用的。     

2024铝合金激光多次冲击诱导残余应力状态分布规律

采用高功率激光器多次冲击2024铝合金,用X射线衍射技术分析了冲击区域的残余应力,研究了冲击残余应力状态分布规律,并用其评价激光冲击强化效果。研究表明,随着冲击次数增加,塑变量及塑性应变梯度逐渐减小,测点是双向压应力状态,而4次冲击时,塑性应变梯度增大,光斑中心是单向压应力状态,其他点是双向压应力状态。当激光功率密度为2.8 GW/cm2时,3次冲击强化效果最佳,材料是二向压应力状态,残余最大主应力及应力强度的均值最大,方差最小,分布基本均匀,塑性应变梯度较小。