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激光驱动高速飞片的实验和理论研究

本文首先介绍了激光驱动带窗口飞片技术的物理原理、研究方法和应用领域,综述了近年来国内外在该领域的实验和理论研究方面的进展并介绍了可以描述激光驱动飞片过程的瞬时等离子体驱动模型及相关的激光汽化下金属薄膜靶蒸汽的气体动力学理论。本文建立和发展了激光驱动飞片的实验系统和实验技术,获得了约7km/s的最高飞片速度,飞片具有较好的完整性和平面性。利用石英传感器测量了飞片的平均速度,系统研究了飞片的形成方式对能量耦合效率的影响。实验表明,利用小孔刀口切割形成的飞片其能量耦合效率比自由形成的飞片高一倍以上。本文建立了一个描述激光驱动过程的体烧蚀模型,在一维流体力学编码SSS的基础上进行改造,并引入列表式状态方程数据库,完成了上述模型的计算。在计算过程中有效地克服了由于小时空尺度带来的刚性困难,计算中没有发生震荡,计算结果是合理和自洽的,并与实验基本相符。利用这一模型可以得到在整个激光驱动过程中不同位置、不同时刻的压力、温度、速度、不透明度及平  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

炸药强爆轰驱动高速金属飞片的实验和理论研究

本文以炸药强爆轰驱动超高速金属飞片的理论和实验作为研究内容,在学术上对于深化爆轰产物性能和强爆轰驱动理论研究具有较大的创新意义。爆轰驱动高速飞片问题是爆轰物理应用研究的主要内容之一,其研究结果对于基础科学、国防科技和国民经济建设的一些重要课题有很大的技术推动作用。本文的第一章简要介绍了用于产生动高压研究材料高压状态方程的爆轰加载技术,系统综述了强爆轰波实验方法、诊断技术、状态方程参数、平面多级串联爆炸加载装置和会聚爆轰驱动等的研究概况。本文的第二章叙述了刚性飞片撞击下炸药片中强爆轰波的传播和驱动次级飞片的理论模型的研究工作,通过对强爆轰解析模型的研究,提出了简单的模型,了解了强爆轰传播规律和加速飞片的原理。采用楔形实验方法,给出了两种炸药的强爆轰波传播速度的衰减行为。本文的第三章采用动量、能量守恒的概念,针对多级炸药/飞片系统,发展了强爆轰驱动飞片的Gurney公式,结合一级飞片的一维推体公式,对这类串联装药系统进行了优化设计,...  (本文共165页) 本文目录 | 阅读全文>>

《物理学报》2017年06期
物理学报

神光Ⅲ原型装置激光驱动高速飞片实验研究进展

这项技术可开展冲击波物理实验,与传统的的飞片1引言驱动方式,如轻气炮[3,4]、爆轰驱动[5,6]以及电磁驱动[7]等相比,激光驱动飞片加速动力因素较小,设激光驱动飞片通常有两种实验装置[1]:一种备可以更紧凑,实验的破坏性比较低,没有附带损是激光照射在透明窗口材料和飞片靶的界面位害,可以有效降低实验成本,也可获得更高的飞片置,利用激光烧蚀产生的高温高压推动飞片飞行;速度.此外,激光驱动飞片加载的加速过程更短,另一种是激光直接烧蚀飞片前表面(无约束),在可以同时开展飞片的加速和撞击过程测量;实验的飞片靶内产生冲击波,驱动烧蚀后的剩余靶片飞时间间隔短,可重复性高;更重要的是可以开展小行成为高速飞片.由于透明窗口材料损伤阈值较低(1011 W·cm-2样品、有毒、放射性和昂贵材料的相关实验研究),在本文所涉及的激光强度.(1012—1014W·cm-2)范围内,强激光照射会将窗正因如此,激光驱动飞片技术在很多方面都具有重口材料离化成...  (本文共9页) 阅读全文>>

《原子能科学技术》2012年S1期
原子能科学技术

长脉冲KrF激光驱动高速飞片实验研究

随着激光技术的飞速发展,激光称为实验室内产生超高压强的主要手段之一。激光驱动飞片技术作为一种新型动高压加载技术,利用空腔加速充分吸收激光的能量实现增压增速,并在飞片与目标靶中产生强冲击波,在高压状态方程、材料力学、ICF、靶物理与等离子体物理及空间碎片等多个领域有着广泛的应用[1-3]。本工作基于“天光一号”百焦耳级长脉冲KrF激光辐照系统辐照驱动铝、钽等金属材料开展激光驱动高速飞片实验,利用侧向阴影照相技术[4-5]对飞片的飞行轨迹进行探测诊断,探讨分析不同加速过程下的飞片速度变化。1实验装置实验装置如图1所示,包括“天光一号”辐照激光系统、侧向阴影诊断系统及内调焦望远镜定位系统3部分,并配有时间延时触发系统。辐照激光为“天光一号”六路聚焦系统的248nm紫外KrF激光,其脉宽28ns,时间波形为具有一定平顶的类高斯波形,能量空间分布平顶焦斑500μm,到达靶室能量可达100J以上,功率密度1012 W/cm2。紫外激光相比于...  (本文共6页) 阅读全文>>

《中国原子能科学研究院年报》2015年00期
中国原子能科学研究院年报

KrF激光驱动约束层靶产生高速飞片的实验研究

在天光一号装置上开展了KrF准分子激光驱动约束层靶产生高速飞片的实验研究,并利用成像型速度干涉仪(Imaging-VISAR)对飞片自由面速度进行诊断。辐照激光为短波长(~248nm)、长脉宽(~28ns)的KrF激光,光束不均匀性小于2%。实验用约束层靶以磁控溅射方法制备,基底为4mm厚石英晶体,铝膜厚10μm。实验中条纹相机工作在7档,时间分辨率为123.1ps/pixel,全屏幕时间为100ns;干涉仪标准具为20mm厚石英,条纹常数为2.5km/s。激光驱动约束层靶所得干涉条纹图像如图1所示,驱动激光能量为1.9J,干涉条纹缓慢连续移动,表明自由面速度连续缓慢增长。相应的自由面速度剖面史和前表面压力加载历史如图2、3所示。自由面速度经缓慢加载后达到12km/s的图1 激光驱动飞片的干涉条纹稳定速...  (本文共2页) 阅读全文>>

《中国原子能科学研究院年报》2012年00期
中国原子能科学研究院年报

长脉冲KrF激光驱动高速飞片实验研究

基于“天光一号”长脉冲KrF准分子激光辐照系统驱动铝金属材料开展了激光驱动高速飞片实验研究,利用侧向阴影照相技术对飞片飞行轨迹进行探测诊断。结果显示,在辐照激光波长248nm、脉宽25ns、能量100J、功率密度1.8×1012W/cm2的条件下,加速带有50μm烧蚀层的5μm铝飞片至10km/s左右,并且不同的能量条件下,冲击波作用过程不同,呈现出的加速过程也存在差异。图1为51J及100J能量辐照下铝飞片飞行轨迹的侧向阴影成像。图2为51J能量辐照下铝飞片飞行轨迹的一次拟合图像。图3为100J能量辐照下飞片轨迹、速度、加速度的拟合曲线。由图2可看出,飞行轨迹近似线性,结合条纹相机时空标定参数,飞片的飞行速度达5.6km/s,飞片在近60ns的时间段内保持近似匀速运动过程,且没有明显的加速过程。根据冲击波物理相关理论,51J下烧蚀层内的冲击波并不强,激光上升沿产生的冲击波很快被后面的冲击波赶上,从而形成稳定的主冲击波,当冲击波...  (本文共2页) 阅读全文>>