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新型柱面(准)等熵压缩物理实验方法

文章来源:科技信息中心编辑室   时间:2017-11-14 访问数:

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柱面内爆磁通量压缩发生器(以下简称MC-1)技术是一种原理先进的极端条件动加载实验技术,它是利用炸药柱面内爆驱动金属套筒压缩其内部磁通量,在其轴线区域实现超高磁场及对应的磁压力,是目前能够在较大尺寸空间内实现千特斯拉超强磁场的唯一技术手段。MC-1技术具有加载压力高、等熵性好、样品尺寸大等特点,在压缩科学、材料高压合成及超强磁场物理等领域具有广阔的应用前景。

十二五间,中国工程物理研究院流体物理所课题组开展了MC-1技术研究,研制了国内首个柱面内爆磁压缩实验装置CJS-100(见图1),提出了基于CJS-100的新型柱面准等熵压缩实验方法,与目前国外通行的实验方法相比,新方法有效提升了数据精度、降低实验成本,并拓展了样品材料的种类,为未来利用MC-1技术开展超高压力材料准等熵物理实验打下坚实的基础。

新型柱面(准)等熵压缩物理实验方法

目前,国外在利用MC-1技术开展材料()等熵压缩物理实验时主要是利用闪光照相技术作为动态压缩过程的主要测试手段,这种方法实验成本高、对闪光机技术参数要求极为苛刻、并且数据精度难以保证。课题组据此提出了一种新型的柱面()等熵压缩实验方法,以激光PDV测速技术作为测试手段,样品采用柱面台阶靶结构设计,分为上下两部分,一部分为标准材料,一部分为待测材料,由于CJS-100装置中磁场距中平面对称分布(见图2),其在距中平面对称处加载压力一致。因此,依靠标准材料及待测材料自由面速度历史,配合一维磁流体力学模拟,能够得到待测材料的压缩状态,如图3所示。 

我们开展了有机玻璃(PMMA)材料的柱面等熵压缩实验,其中标准材料为铜。铜的自由面速度及利用SSS-MHD得到的模拟结果见图4。由于铜为已知材料,利用实验结果校正SSS-MHD编码,我们能够得到样品管外壁加载面磁压力历史,见图5。实验表明,目前我们已经初步具备300GPa的柱面等熵加载能力。图6是我们实验得到的PMMA的等熵压缩线及与Hugoniot数据的比较。

新型柱面(准)等熵压缩物理实验方法

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