Z—Pinch在冲击波物理研究中的应用

介绍了Z箍缩（Z－Pinch)辐射源在冲击波物理研究中的应用。Z－Pinch辐射源可在材料中产生几百GPa甚至几千GPa的压力脉冲，扩展了材料状态方程的测量范围。本文着重介绍了Z－Pinch辐射源用于状态方程研究的实验装置结构，诊断方法等。     

基于Z箍缩X射线源的热-力学效应实验

材料或结构对强脉冲X射线的响应如热激波的传播和喷射冲量等,统称为X射线热-力学效应,在抗辐射加固研究、天体物理、行星科学等领域具有重要应用。利用驱动电流近10 MA脉冲功率装置上的丝阵Z箍缩X射线源开展了初步的热-力学效应实验。采用20 mm直径的双层铝丝阵产生了约230 kJ的X射线总辐射能,其中铝的K壳层产额约为30 kJ,距离源中心5 cm处的样品上的X射线能注量为732 J/cm2。受辐照样品为厚度2 mm、直径10 mm的铝制圆盘,其背面设置有铝衬套,样品与衬套的总质量为585 mg。采用全光纤光子多普勒测速（PDV）系统来测量受辐照样品后表面的运动过程。PDV测量的样品后表面速度历程显示,当热激波到达后表面时的自由面速度为2.12 km/s,样品最终的整体运动速度为180 m/s。根据冲击波关系式以及动量守恒原理,推导出X射线在样品中产生的热激波应力为19.2 GPa,单位面积上的喷射冲量为1341 Pa·s,进而由喷射冲量和X射线能注量测量结果可以推出冲量耦合系数为1.83 Pa·s·cm2/J。同时,对实验测量结果的可靠性和不确定度进行了讨论和分析。这些实验结果初步验证了将PDV技术应用于热-力学效应研究的可行性。     

纯铁材料的冲击相变与"反常"层裂

采用VISAR、X射线衍射和金相处理联合测试分析技术,开展等厚对称碰撞实验,研究了纯铁材料的冲击相变与层裂行为特征。结果发现,冲击加载压力大于纯铁材料相变阈值(13 GPa)时,等厚对称碰撞样品发生反常2次层裂。结合相关文献的实验结果,从应力波相互作用的角度分析了反常层裂形成的原因,指出纯铁材料的冲击相变和卸载逆转变及引发的稀疏冲击波是导致反常2次层裂的物理机制。     

MPIIID制备TiAlN涂层的高温抗氧化及摩擦性能

采用多源等离子体注入与沉积（MPIIID）装置制备了不同Al含量的TiAlN涂层,利用X射线能谱仪(EDX)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、纳米探针和摩擦试验对涂层的组成以及高温抗氧化和摩擦性能进行分析。结果表明：Al元素的加入明显提高了涂层的高温抗氧化能力,生成的Al2O3能有效地抑制氧的扩散;当Al的质量百分数为6.18%时,涂层硬度最高,约为38GPa,涂层具有良好的摩擦磨损特性。     

X-pinch光源及其应用

介绍了X-pinch的基本原理、特点和在Z-pinch物理研究中的部分应用。X-pinch的负载及材料、驱动电流等可以根据需要进行调整，辐射点光源的时间分辨为0．7-2ns,空间分辨为1-5μm，X射线的能量范围从几百电子伏至几千电子伏。利用X-pinch作背光源对金属丝电爆炸进行诊断，可以得到等离子体柱横截面密度等。这些参数对正确理解金属丝阵内爆初级阶段的物理过程有重要意义。     

磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离. 基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12 铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载-卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12 GPa 压力范围沿加载-卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.      

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。     

飞秒激光对金属材料表面烧蚀区的XRD分析

在激光脉冲宽度为30fs,重复频率为10Hz,靶面处激光功率密度为1013W/cm2条件下,开展了真空中飞秒激光对铝、铜材料的烧蚀效应研究。对材料表面烧蚀区进行X射线衍射分析的结果表明,材料的表面烧蚀区没有发生相变,X射线的反射强度发生变化,但该区晶面对X射线的反射强度随激光功率密度的增加发生了变化,其衍射峰处出现了明显的展宽并出现分叉,说明该区域的不同晶面对飞秒激光的吸收具有明显的取向作用。     

UKF容错滤波在脉冲星组合导航中的应用

针对X射线脉冲星组合导航系统中测量野值导致的导航精度下降问题,利用基于残差正交性的Unscented Kalman Filter(UKF)容错滤波方法进行野值修正。在深空巡航段,采用基于X射线脉冲星和太阳观测的组合导航方式,用X射线探测器测量脉冲星光子到达时间,利用太阳敏感器测量太阳视线方向矢量,并利用联邦滤波结构进行信息融合。仿真结果表明,基于UKF的容错滤波算法在脉冲星组合导航系统的应用中,能够对野值进行实时修正,避免了导航精度下降,提高了系统的鲁棒性和工程实用价值。     

磁驱动准等熵加载装置CQ-4的加载能力及主要应用

利用脉冲大电流与其自身磁场相互作用产生磁压实现对样品平面等熵压缩,是国外新发展起来的动高压加载技术。CQ-4装置是在自然科学基金仪器专项资助下,建立的国内首套可实现110GPa等熵压缩,宏观金属飞片发射达15km/s的紧凑型脉冲功率装置。本文重点介绍该装置的主要性能和加载能力,以及基于其上开展的材料高压本构、相变、未反应炸药等力学行为等应用研究情况。     

冲击石英形变特征分析

使用平面波发生器对脉石英试样冲击加载,压力由2.18至37.41GPa。经热释光测量,X射线分析以及比重、折光率的测定表明,石英晶体的损伤可以划分为2.18至9.11GPa、9.11至18.01GPa、18.01至37.41GPa三个阶段。当冲击压力超过26.89GPa时,大部分石英晶体变为继形玻璃(thetomorphic)。石英的形变特征反映了受冲击石英内部损伤程度同冲击压力密切相关。     

激光干涉测速技术

在材料的高压状态方程和动力学特性研究中,经常利用冲击波加载。这类实验需要高精度测量自由面速度,两种不同材料的界面速度及各种不同材料的粒子速度等。目前,世界上已有几十台激光干涉仪用于冲击波物理的研究,成功地测量了飞片速度,自由面速度,波后粒子速度及界面速度等。     

热物理发展的现状与前景

核能动力、热能动力、化工、研制新的运输工具等许多现代技术领域的发展,在很大程度上取决于热物理研究的成果。苏联成立以来,主要致力于下述的科学方面: 固体、液体和气体物质热物性的研究; 低温等离子体,其中包括非平衡和非理想低温等离子体的热物理研究; 热交换过程的研究以及与其有关的气体动力和磁流体动力现象的研究。关于物质热物性的研究,首先应该提出研究高温装置用结构材料的固体物质时取得的成就。目前,固体材料的实际应用已扩展到从液氦温度到3000—4000°K这样相当宽      

1GPa压力脉冲发生器的研究及锰铜压阻技术在低压宽脉冲测量中的应用

本文阐述了新研究的一种在甘油介质中可产生0～1 GPa 压力宽脉冲的加载装置,以及用于该装置测量的相应锰铜计测试系统。同时对锰铜计在1 GPa以下的压阻系数进行了动态标定。实验结果表明,所研制的装置可产生脉宽10微秒以内,压力脉值为0～1 GPa的脉冲,与理论设计基本相符。     

1GPa压力脉冲发生器的研究及锰铜压阻技术在低压宽脉冲测量中的应用

本文阐述了新研究的一种在甘油介质中可产生0～1 GPa 压力宽脉冲的加载装置,以及用于该装置测量的相应锰铜计测试系统。同时对锰铜计在1 GPa以下的压阻系数进行了动态标定。实验结果表明,所研制的装置可产生脉宽10微秒以内,压力脉值为0～1 GPa的脉冲,与理论设计基本相符。     

化爆加载装置设计

简要介绍了利用化爆加载方法在标准材料中产生高压的装置设计。实验表明，利用化爆加载方法可以满足材料冲击绝热线参数测量中对击靶波形的高精度要求。     

细观力学实验技术综述

本文以应用较多的光测技术为主,综述了细观力学测量中光、声、磁、射线等试验技术.可望在细观研究中发挥重要作用的光学方法有全息干涉、激光或非相干光散斑法、云纹和云纹干涉法、格子法、各种显微镜技术、衍射法和射线技术.在各种方法中,图像处理系统和技术都将发挥很大的作用。     

材料动态强度直接测量的磁压剪实验技术及应用

提出一种用于直接测量动载荷下材料强度的新方法,即磁驱动压剪联合加载实验技术。从理论和数值计算上分析了压/剪联合作用下材料的应力偏量与屈服强度关系,计算斜波加载下压/剪联合作用时应力偏量与屈服强度的时空演化特性,给出材料强度数值的计算方法。并基于自行研制的强脉冲电流装置和10 T准静态磁场发生器,利用多点双光源外差位移干涉仪(dual laser heterodyne velocimetry, DLHV),开展磁压剪实验对2种铝样品的动态强度进行测量,得到不同加载压力下铝样品的强度。结果表明:磁驱动压/剪联合加载技术为材料的高压强度直接测量提供了一种新途径,是可靠的实验技术。     

两种物理气相沉积氮化钛涂层的结构及摩擦性能研究

分别利用磁过滤阴极弧等离子体沉积装置和直流磁控溅射装置在不锈钢基底上制备了 Ti N涂层 ,采用 X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的结构及形貌进行了表征 ;利用纳米压痕仪测定了涂层的硬度 ;在 DF- PM型动摩擦系数精密测定仪上考察了涂层的摩擦学性能 .结果表明 :与采用直流磁控溅射法在 40 0℃基底上制备的 Ti N涂层相比 ,采用磁过滤沉积装置在室温下制备的 Ti N涂层更加致密 ,表面平滑 ,最大硬度达 3 5 GPa,摩擦系数明显较小 ( 0 .1～ 0 .4) ,耐磨性较好     

缺口根部和裂纹尖端残余应力的X射线法测定

X射线法用于缺口根部和裂纹尖端等徽区的残余应力测试的先决条件是解决缩小光束直径、提高衍射束的强度和准确设置试样等技术问题.在X射线衍射仪上借助于自行设计制造的限束对光装置和侧倾对中附件,成功地测定了缺口根部半径为1mm的喷丸残余应力场和板形试样压-压周期载荷下裂纹尖端的残余拉应力场.