激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中的应用探索

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载,另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相,结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片,标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示,靶破碎存在不同分区, 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。     

ANALYTIC EQUATION OF STATE FOR GENERALIZED LENNARD-JONES SOLID INCLUDING LOWEST-ORDER ANHARMONIC AND CORRELATION CORRECTIONS

Based on the cell model, the general formula for the free energy of solids is derived analytically with the lowest order anharmonic modification and correlation effect taken into account. Combining a method of summing over lattice sites, the analytic equation of state for generalized Lennard-Jones solid is derived. The calculations show that the agreement between theory and computer simulation is quite good and is significantly improved as compared with the numerical results in literature. The comparison of different effects shows the theory including all neighbors but only considering the lowest anharmonic and correlation effects may be a good and convenient approximation for practical solids. The approximation can be easily extended to the quantum case and other generalized potentials.     

中子辐照金属材料的脆化模型研究

金属材料的辐照脆化问题一直以来都是核能安全领域亟待解决的关键问题之一.为了更准确地预测金属材料的辐照脆化行为,基于Johnson-Cook本构模型,将未辐照金属材料的断裂真应力取作辐照材料的断裂真应力,建立了通过辐照退火态金属材料屈服强度就能够预测其整个真应力-应变曲线,以及断裂真应变的辐照脆化模型.实验研究了不同中子剂量辐照退火态高纯铝的准静态拉伸真应力-应变曲线、断裂真应力和断裂真应变随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,高纯铝的屈服强度越高,断裂真应变越低,但断裂真应力几乎不变.通过TEM显微分析获得了高纯铝内部辐照缺陷的尺寸和数密度随辐照剂量的变化规律,结果表明,辐照剂量越高,孔洞的尺寸和数密度越高,但位错环尺寸和数密度始终很小,难以准确统计.由辐照高纯铝实验数据拟合得到了辐照脆化模型所需参数,并检验了该模型的预测效果.结果表明,无论是通过实验还是显微分析得到辐照高纯铝的屈服强度,模型的预测结果均能够与实验结果较好地吻合,且模型对退火态高纯铝临界中子剂量的预测值也与文献结果一致.     

预应变对中子辐照高纯铝拉伸性能的影响

金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一. 为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律, 及其微观机理, 本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和失稳应变等随辐照剂量的变化规律. 结果表明, 辐照剂量越高, 预应变高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高, 导致屈服强度和极限拉伸强度越高, 均匀延伸率和失稳应变越小, 表现出典型的辐照硬化和脆化效应, 但失稳应力与辐照剂量几乎无关. 相同辐照剂量条件下, 预应变引入的高密度位错能够显著降低辐照孔洞的尺寸和数密度, 加之辐照退火效应的综合影响, 导致预应变能够降低高纯铝屈服强度的增长率和失稳应变的下降率, 从而表现出一定的抑制辐照硬化和脆化的能力, 预应变还能够提高高纯铝的失稳应力, 但整体而言预应变并不能提高高纯铝的延性. 最后, 基于J-C本构模型的中子辐照退火态金属材料的脆化模型能够直接应用于预应变金属材料, 且模型预测结果与实验结果吻合较好.      

α-锆低压动态力学特性研究

 在3.3×10^-4～1.5×10³ s^-1应变率范围内获得了α-锆的应力-应变曲线,给出了Johnson-Cook本构拟合参数。利用含动态损伤与断裂的一维程序,较好复显了在峰值应力4.3～5.1 GPa范围测量的α-锆自由面速度剖面,验证了确定的α-锆低压动态力学参数的合理性。     

铁高压熔化线的测量——熔化机理的影响

 铁的高压熔化线是高压物理和地球物理研究领域的一个重要课题。就目前的研究成果来看,存在一个公认的问题：静高压实验测得的熔化温度系统地低于来自动态加载实验的熔化数据——在核-幔边界压力下（330 GPa）,动压数据比静压数据高了近一倍（3 000 K）。从熔化相变的物理理论出发,对目前铁高压熔化线实验研究中的实验手段进行评述,并应用有关熔化相变理论的研究成果,对这一重要而未澄清的事实进行初步的探讨。结果表明：在目前铁高压熔化线的实验研究中,计及预熔化和冲击过热在静压和动压实验中对铁熔化温度的影响,可以得到相对自洽的实验结果。这一结果表明,地球核-幔边界压力下铁的熔化温度为3 850 K,外推可以得到铁在内核-外核边界压力下的熔化温度为6 000 K,核心压力下的熔化温度为6 300 K。这一结果还表明,地球液态外核的温度在3 500～5 100 K之间,与Anderson（1998）等推荐的数据一致。     

自由电子气冲击压缩特性的理论计算

用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5 eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算.冲击压力、内能和冲击温度被计算为压缩度的函数.计算结果表明,自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍.     

平面冲击波作用下TiO_2晶粒的相变纳米化

利用平面冲击波技术,对溶胶-凝胶法制备的锐钛矿型TiO2粉体和干凝胶进行冲击实验,采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(SEM)和激光粒度分析仪(LPSA)等手段对冲击前后的TiO2粉体和干凝胶进行表征。结果表明:冲击波的高温作用能够实现亚稳态的锐钛矿型TiO2向稳定态的金红石型TiO2转变,并且冲击波直接作用于干凝胶时更容易获得稳定态的金红石型TiO2;冲击波的瞬时性可以抑制TiO2晶粒的长大,实现晶粒纳米化;冲击波的高压作用可以有效控制由于溶胶-凝胶法导致的粉体团聚现象。     

应用于金属固体的四参数通用状态方程

提出一种能精确考虑固体结合能的四参数通用状态方程, 并且在高压和膨胀区域都具有正确的行为, 不会出现物理上不正确的振荡现象. 新方程可以将Vinet方程和普遍化Lennard-Jones (GLJ) 方程作为特例包括于其中. 将新方程与文献中的典型方程应用于32种金属固体, 结果表明新方程在给出正确结合能数据的同时, 能够很好的拟合实验压缩数据. 结果还表明, 多数金属的相互作用具有短程相互作用的性质, 但是结合能较大相互作用的强度较强.     

超高应变率拉伸破碎铝的粒子尺寸测量

材料在超高应变率下发生的动态拉伸破碎是冲击波物理领域的一个重要内容,受诊断技术限制,粒子尺寸直接测量的数据非常有限。基于脉冲激光同轴全息技术,建立了一套材料超高应变率破坏状态和破碎粒子诊断的高精度联合测量系统,利用该系统,成功开展了107～108/s超高应变率范围内铝的动态破碎粒子在位测量,获得了粒子尺寸分布数据。