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.     

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。     

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。     

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。     

“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.     

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。     

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     

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.     

2 TPa压力下2169钢的冲击压缩测量

利用地下爆炸产生的冲击波进行2169钢冲击压缩测量。测量是根据阻抗匹配解方法并且以铁作为标准材料。布置47根接触电探针以确定2169钢和标准材料中的冲击波速度以及冲击波阵面形状。测量出的2169钢冲击压缩参数是：冲击波速度us=22.12 km/s,波后粒子速度up=13.39 km/s,冲击波压力p=2.31 TPa和压缩比=2.53。本测量结果与较低压力下化爆测量结果的外推值的比较表明,两者基本一致。     

利用“神光-Ⅱ”激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

利用“神光-Ⅱ”的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术,通过优化设计和合理地选择光路组合,实现了多路叠加斜入射的驱动激光, 在靶材料中产生一个650~750μm范围内平面性良好的冲击波,有效地提高了“神光-Ⅱ”输出光束的利用率。同时,利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明,在靶面功率密度分别为3.26×1014及2.56×1014W/cm2时,冲击波至少在28.38~55.82和22.13~35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。     

飞秒激光在铝膜中驱动冲击波的特性

为探索研究飞秒激光在材料中驱动冲击波的相关特性,采用激光脉冲频域干涉测试技术对脉冲宽度35 fs、脉冲能量0.7 mJ、功率密度1014 W/cm2量级的飞秒激光脉冲在200 nm厚铝膜中驱动冲击波的过程进行了实验测量。通过测量冲击波在铝膜中的渡越时间,获得激光脉冲在铝材料中驱动的冲击波平均速度约为6 km/s;通过对不同时刻铝膜自由面频域干涉场测量结果的分析,获得铝材料自由表面速度达1 km/s,根据平面冲击波的关系,推算其冲击压强达到9 GPa。     

真实气体的一种近似冲击波关系式

以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程, 作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式, 依维里方程所包含的小参数, 用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式。结果显示, 对相同的波前参数和冲击波马赫数, 与理想气体相比, 所得波后压力、速度及密度较低, 尤其是密度, 且二者的差异随冲击波马赫数增大而增大, 随初始气体密度增大而增大, 反映了气体分子自身体积和排斥作用的影响。理想气体的冲击波关系, 可以视为本文所得冲击波关系的零级近似。这些关系适用于密度大约低于100 kg·m^-3的气体, 便于作冲击波性质和波后参数的分析。     

多孔铝中热击波的数值模拟

 本文利用数值模拟方法对多孔铝在热击波作用下的力学效应进行了分析和研究。文中对用于描述多孔材料本构关系的p-a方程进行了改进,使其具有更为广泛的适用性和合理性,尤其是在描述多孔材料发生熔化出现零压时,具有突出的优越性。在处理压强p和多孔材料的多空度a的关系时,我们采用了M. M. Carroll的空心球壳模型,并考虑到热辐射引起的能量沉积作用,对其进行了修正,使其能恰当地反映出在热辐射条件下所遵循的规律。描述材料状态变化的是GRAY的金属三相物态方程。由上所述建立起来的这套方程及其对多孔材料中热击波的处理结果都具有一定的价值。     

Numerical Simulation of the Response of an Aluminum Target Impacted by an Intense Laser Driven Flyer

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｆｌｙｅｒｄｒｉｖｅｎｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｅｘｐｌｏｓｉｖｅａｎｄｇａｓｇｕｎｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｅ (ＥＯＳ)ｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓ[1] .Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｆｌｙｅｒｉｓａｔａｌｏｗｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｎｔｒｏｐｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓｔａｔｅｉｎｔｈｉｓｃａｓｅ ,ｉｔｃａｎｅａｓｉｌｙｒｅｃｏｖｅｒｉｔｓｉｎｉｔｉａｌｓｔａｔｅｂｅｆｏ…     

冲击波在空气和熔石英元件界面传播的超快诊断

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论,采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了532 nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性,获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明：激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波,且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波,即反射波和反射剪切波;反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。     

用冲击压缩数据计算物态方程的一种方法——Grüneisen系数最优化

 本文给出了一种用冲击压缩数据计算Grüneisen物态方程参数的方法。它使Grüneisen系数沿实验冲击绝热线的计算值与晶格振动理论的计算值达到最优拟合，给出了23种金属的冷能，冷压公式中的ρ_0K、Q和q以及Grüneisen系数的结果。用这些参数算得的冲击绝热线与实验冲击绝热线之间的平均相对偏差在1%以内。     

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.     

A theoretical study about the chirped pulse amplification laser

Starting from the Maxwell‘s equation,and using the resonant-dipole equation together with the multilevel rate equations which take the effects of energy relaxation into consideration,we have derived a more realistic numerical model of the chirped pulse amplification for an ultra-broad band width laser amplifier.Numerical simulations of this model show that both the intensity profile and the energy fluence of the amplified chirped pulse are closely connected with the two relaxation effects:the relaxation of the thermalization among the components of the laser multiplets and the depletion of the lower laser level.The results are valuable for the design of ultra-broad bandwidth chirped pulse amplification lasers.