沖擊加載下液態(tài)光學窗口水的熱物理性質及疏松金屬鐵的沖擊溫度測量問題研究.pdf

1、水不僅是地球的重要的物質組分也是凝聚態(tài)炸藥的爆轟產(chǎn)物之一，因此它的高溫高壓物態(tài)方程研究受到廣泛關注。盡管在沖擊加載條件下研究工作取得過一系列重要的進展，但仍存在諸多問題需要解決。主要表現(xiàn)在:(1)在中低壓力區(qū)(低于50GPa)水的沖擊溫度測量數(shù)據(jù)十分稀缺。文獻中曾報道過兩個數(shù)據(jù)點，但那是早期的兩通道高溫計測量結果，其可信度受到普遍質疑。(2)沖擊高壓下水的比熱取值以及其隨溫度變化特性一直存在爭議，不同理論模型（Cv（T））所給出的高溫高

2、壓物態(tài)方程結果相差較大。(3)在沖擊高壓下水的光學窗口功能還沒有被人們比較系統(tǒng)地研究過。事實上，液態(tài)光學窗口在解決不透明金屬材料的沖擊溫度測量問題方面具有一定潛力，它被認為是解決疏松金屬沖擊溫度測量問題的最理想光學窗口;(4)在高溫高壓下水的光學透明性和熱導率數(shù)據(jù)基本是空白，這是液態(tài)窗口材料的兩個重要特性參量。
　　 由于在金屬/固態(tài)光學窗口界面處殘余氣體的沖擊發(fā)光干擾，以及光學窗口本身的沖擊發(fā)光效應的影響，金屬的沖擊測溫問題一

3、直是沖擊波物理研究領域的一個難點。盡管采用精密拋光技術人們已基本消除了金屬/窗口之間間隙氣體的沖擊發(fā)光干擾，但疏松金屬樣品的體內存在大量孔洞缺陷，人們通過精密拋光手段無法獲得比較理想的拋光表面，來自界面的不穩(wěn)定輻射干擾也就無法消除。正是這個技術瓶頸的存在，疏松金屬沖擊溫度測量問題至今沒有解決。
　　 為了解決上述兩方面問題，本文進行了一系列實驗和理論方面的研究，取得結論如下:
　　 1.利用二級輕氣炮加載技術，首次在30

4、-50GPa沖擊壓力區(qū)觀測水的光學透明性。結果表明，在低于35GPa沖擊加載條件下水在可見光波長范圍內仍然保持為光學透明介質，可用作液體光學窗口材料;在35-45GPa沖擊壓力區(qū)，水成為光學半透明介質，作為光學窗口使用時需要考慮水的光學吸收特性。
　　 2.在35-50GPa沖擊條件下，首次獲得水的沖擊溫度數(shù)據(jù)。結合Lyzenga等在50-80GPa之間的沖擊溫度測量結果，對沖擊高壓下水的比熱容取值和函數(shù)關系給出了限定:(1)在

5、低于50GPa壓力區(qū)，水的比熱容Cv應取為7.07R;(2)在50GPa至80GPa高壓縮區(qū)間，由于熱電子或電離效應的影響，水的比熱容與沖擊溫度相關:Cv=(5.76+3.84×10-4TH)R。
　　 3.利用測量金屬鉭/水的界面溫度的辦法，對沖擊高壓下水的熱導率取值范圍進行了限定。結果表明，水的熱導率與沖擊壓力之間存在線性相關性:K=KW0+2.98PHW/(m·K)。
　　 4、以液態(tài)水為光學窗口測量鉭、銅、鐵的沖