爆轰加载下柱壳膨胀断裂的超高速光电摄影实验研究

随着超快物理实验研究的开展,急需建立高时空分辨的测量设备以研究高能产物的运动特性。目前,转镜高速分幅摄影相机的时间分辨力已经不能完全满足需求。因此,研究具有更高时间分辨能力的超高速光电分幅相机具有重要的意义。借助自研的超高速光电分幅相机,进行了爆轰加载下的柱壳膨胀断裂实验,同时使用转镜相机进行测量。实验结果表明,光电相机的消动态模糊能力更强,拍摄效果更好,而转镜相机拍摄的幅数更高。根据该结果,建议将两种相机配合使用,以更好地对物理过程进行测量。     

爆轰加载下金属柱壳膨胀断裂实验

采用高速摄影技术对20号、45号和T2紫铜柱壳的膨胀断裂进行了实验研究，得到了3种材料特定尺寸柱壳在爆轰加载下的膨胀断裂特征应变和特征时间(见表1)。     

超高速光电分幅相机及应用北大核心CSCD

采用高精度、低像差的光学分幅技术,结合高精度延时控制及超快门选通微通道板(MCP)轮替曝光技术,以及CCD图像采集方法,研制了高性能的超高速光电分幅相机,其摄影频率为2×108幅/秒,像面空间分辨率为36mm-1,可连续拍摄8幅1 600×1 200像素的大画幅图像。将该相机应用于钨丝发光实验和雷管破裂实验,获得了清晰的实验图像。     

爆轰波对碰加载下平面Sn材料动力学行为实验研究北大核心CSCD

基于简易平面对碰加载实验装置,采用DPS测速和传统X光联合诊断技术,实验研究了Sn样品对碰区的动力学行为,给出了包含对碰区主体破碎物质的密度-空间分布数据和样品前表面微喷物质速度、分布宽度的关键信息的总体物理图像。该研究结果为后续爆轰波对碰加载下材料动力学行为实验中诊断技术的选择和解读,以及相关物理规律的认识提供了重要的实验依据。     

气相爆轰波马赫反射影响因素的实验研究北大核心CSCD

在矩形截面的爆轰管道中,对C2H2+2.5O2+8.17Ar和C2H2+5N2O在CJ爆轰状态下经过不同楔面所发生的马赫反射的影响因素进行了实验研究。实验中,由烟膜记录爆轰波马赫反射的胞格结构转变过程;采用纹影技术捕捉爆轰波马赫反射波阵面的不稳定性及波后流场分布。实验结果表明:两种实验气体在爆轰波马赫反射过程中均存在由CJ区域向过驱区域转变的胞格结构;初始压力对楔面与马赫反射三波点轨迹线之间的夹角(χ)影响明显,楔角θw对χ的影响随θw的增大而增大;根据实验测得的θw+χ与θw之间的关系,可知爆轰波马赫反射三波点轨迹线的斜率随着θw的增大而增大,与CJ区域内胞格轨迹线的相交距离也更短,使马赫杆后的过驱度升高。另外,不稳定气体C2H2+5N2O的不稳定性高于稳定气体C2H2+2.5O2+8.17Ar,导致二者的爆轰波马赫反射行为存在较大的差异。     

炸药柱面内爆磁通量压缩超高速同时分幅/扫描摄影技术

叙述了超高速同时分幅/扫描摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用自研的国内首台同时分幅/扫描超高速光电摄影系统,拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程同一时基、同一空基且具有超高时空分辨的一维和二维清晰图像。成功观察到柱面套筒内爆整个压缩过程,获得了该过程直径随时间变化曲线及压缩速度。实验结果表明,柱面套筒内爆强磁场压缩过程中存在界面不稳定性和不对称性现象,整个过程压缩时间8～10 s,压缩速度3.8～4.5 km/s。     

多级爆轰驱动——研究超高速碰撞的一种新的加载技术

 讨论了通过多级爆轰驱动方法获得超高速飞片的问题。理论分析、数值模拟和实验结果表明,由这种方法获得超高速飞片是可行的。这种多级爆轰驱动装置结构简单,操作方便,可作为研究超高速碰撞的一种新的加载手段。     

Silex-I飞秒激光装置X射线探测系统时间特性北大核心CSCD

在Silex-Ⅰ飞秒激光装置上,利用32fs、800nm的激光辐照平面金靶,产生小于1ps的X射线脉冲,作为δ脉冲X射线源,研究XRD探测器的时间响应特性,并且探索X射线条纹相机时间分辨和分幅相机曝光时间的X射线标定方法。实验给出了XRD探测器的时间响应特性。解决了条纹相机和分幅相机触发晃动问题,给出了条纹相机时间分辨和分幅相机曝光时间的X射线标定方法,初步给出条纹相机时间分辨和分幅相机曝光时间。     

航空光电侦察技术发展研究北大核心CSCD

航空光电侦察具有隐蔽性强、直观性好、分辨率高等优点,一直是各国军事侦察的重要手段。根据作战任务需求,将航空光电系统分为凝视观瞄、情报侦察监视、红外搜索与跟踪、告警与对抗四大类。列举了典型产品,分析其特点及技术途径,从光学实现、稳定平台演进、瞄准线稳定、态势感知、轻量化、多任务协同、开放式系统架构(open systems architecture, OSA)等多方面分析国内外航空光电侦察技术和装备的发展情况及趋势。     

超高速激光纹影技术测量脉冲功率驱动的磁重联现象

用超高速激光纹影技术测量了Z箍缩等离子体磁重联现象。实验采用超高速光电分幅相机,配合激光纹影技术,测量了XP-1装置上两根金属丝产生的等离子体分布,论证了超高速激光纹影技术研究Z箍缩磁重联现象的可行性。双钨丝实验结果表明,电流加载约10 ns后金属丝已有明显膨胀,线性拟合得到平均膨胀速度约8 km/s,金属丝内外两侧出现了规则的极有可能是垂直磁场的电热不稳定性扰动,并沿角向高度关联。铝丝负载的实验结果表明,早期的不稳定性波长为0.4 mm,电流峰值之后金属丝初始位置仍有大量等离子体,后期的不稳定性波长约1.5 mm。这些现象揭示了不稳定性发展的一个主要特征：短波模式受抑制,长波模式将占主导。     

超高速激光纹影技术测量脉冲功率驱动的磁重联现象

用超高速激光纹影技术测量了Z箍缩等离子体磁重联现象。实验采用超高速光电分幅相机,配合激光纹影技术,测量了XP-1装置上两根金属丝产生的等离子体分布,论证了超高速激光纹影技术研究Z箍缩磁重联现象的可行性。双钨丝实验结果表明,电流加载约10ns后金属丝已有明显膨胀,线性拟合得到平均膨胀速度约8km/s,金属丝内外两侧出现了规则的极有可能是垂直磁场的电热不稳定性扰动,并沿角向高度关联。铝丝负载的实验结果表明,早期的不稳定性波长为0.4mm,电流峰值之后金属丝初始位置仍有大量等离子体,后期的不稳定性波长约1.5mm。这些现象揭示了不稳定性发展的一个主要特征:短波模式受抑制,长波模式将占主导。     

爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验研究

金属界面不稳定性是内爆物理压缩过程中关注的重要问题,与传统流体界面不稳定性具有显著区别.由于相关理论和实验诊断技术的限制,目前该问题的研究还明显不足.为加深对金属界面不稳定性扰动增长行为的认识,本文建立了爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性研究的实验诊断技术和数据处理方法,得到了扰动发展早期不同时刻界面扰动增长的X光图像.实验结果分析表明:在爆轰产物的无冲击加载条件下扰动波长基本保持不变,而初始扰动幅值越大,界面扰动增长的趋势就越明显;同时随着样品前界面扰动的不断发展,在样品的后自由面也出现了与前界面初始相位相反的扰动特征,即样品前界面扰动为波谷的位置所对应的后界面先运动而逐渐演变为波峰,而前界面扰动为波峰的位置所对应的后界面则演变为波谷;在5.26μs时刻,界面扰动幅值增长为初始值的700%左右,应变率达到了约105/s.结合数值模拟研究表明:在此情况下常用的Steinberg-Cochran-Guinan模型在一定程度上低估了高纯铜材料强度的强化特性,无法准确地描述强度对界面扰动增长的制稳作用,从而导致数值模拟结果要大于实验测量结果.     

爆轰驱动下对碰区早期凸起行为的超高速光电摄影实验研究

爆轰波对碰区的飞层运动是武器物理研究的热点问题,对碰区运动凸起晚期诊断结果与早期飞层的响应过程有着密切的关联。目前实验研究主要集中在分析对碰行为晚期演化结果的外在特征,而对早期飞层响应过程进行精确测量的研究则很少。选取W、Cu等性能基本已知的材料作为研究对象,采用自研的超高速光电分幅相机搭建了精密实验平台,并将其用于对碰区爆轰波对碰过程及飞层材料早期响应行为实验,获得了冲击波对碰前、后飞层表面变形的细节特征,建立了对碰区早期飞层材料表面凸起的演化图像。该结果可以为对碰区凸起运动的状态分析和数值模拟提供参考。     

碳包覆铁纳米颗粒的气相爆轰合成北大核心CSCD

以粉末状与气态二茂铁为原料,以氢气和氧气混合气体为爆轰能源,采用气相爆轰法进行了合成碳包覆铁纳米颗粒实验。XRD和TEM实验结果表明,采用两种不同状态的二茂铁,均得到了纳米碳包覆铁颗粒。该包覆颗粒的组成核为铁或铁碳化合物,外层壳主要由石墨碳组成,大部分球形纳米颗粒尺寸分布于5-30 nm之间。通过对比发现,采用气态二茂铁爆轰时,所得到的碳包铁粒度分布较为集中,壳层厚度比较均匀,且粒子具有较好的球形状。最后结合铁碳合金相图,从热处理角度对气相爆轰合成碳包覆铁纳米颗粒的机理进行了分析,得出产物中α-Fe与Fe_3C的形成过程。分析了碳包覆铁纳米颗粒的磁滞回线,其表现出硬磁性与顺磁性双重性质。     

低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究

 采用X光照相和电探针技术进行低真空条件下炸药强爆轰驱动超高速飞片实验研究,得到了在不同时刻超高速飞片撞击静止靶的图像。实验结果表明,在低真空条件下,通过多级爆轰驱动方法得到次级飞片速度较高,而且具有相当好的平面性。     

可见光条纹相机可靠性实验研究北大核心CSCD

基于“晨光号”X光机开展了可见光条纹相机在复杂的辐射/电磁环境中的可靠性实验研究。利用序列脉冲激光的成像状态表征条纹相机的扫描状态,采取了不同的辐射/电磁防护措施,研究其对扫描状态的影响。实验研究获得了该类相机在此类复杂环境中正常工作的防护方法,主要包括增强辐射屏蔽使条纹相机附近的单发次等效空气吸收剂量不超过6μGy、减少相机机壳的缝隙、采取光电隔离的触发方式等。     

气炮加载下炸药强爆轰驱动技术的初步实验研究

 利用二级轻气炮进行了炸药强爆轰驱动超高速飞片技术的研究,采用多普勒探针系统（Doppler Pins System,简称DPS）对二级飞片的速度历史进行了测量。初步获得了在较高速度（大于5 km/s）一级飞片的作用下、二级飞片的速度增益情况,并基本掌握了强爆轰驱动技术与二级轻气炮发射技术有机结合的实验技术。初步实验结果表明,采用炸药强爆轰驱动技术可使二级飞片获得较高的速度增益。     

光电转换测量实验的研究

本文介绍了光电转换测量实验的基本设想、实验装置和测量的原理。