高溫高壓氫氦混合氣體的物態(tài)方程研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、氫、氦是宇宙中豐度最高的兩種元素,也是某些行星(土星,木星)內(nèi)部的主要成分,在研究這類星體的輻射特性、地震特征和構造它們的物質結構模型時.都必須以氫、氦及其混合物在一定的密度和溫度范圍內(nèi)的物態(tài)方程為基礎。同時,氫、氮及其混合物的高溫高壓物態(tài)方程研究對于激光誘導的慣性約束核聚變反應、新能源的開發(fā)利用具有重大意義。因此,氫、氦在極端條件下的凝聚態(tài)性質一直是理論和實驗工作者關注的前沿課題之一。國外關于單質氫、氮(固態(tài)和液態(tài))物態(tài)方程的實驗和理

2、論研究已有不少報道,但是有關氫氦混合氣體高溫高壓狀態(tài)方程的研究較少,實驗工作迄今未見報道。國內(nèi)對氫、氦及其混合物狀態(tài)方程的研究開展了一些實驗和理論工作,但由于實驗在室溫中進行,初態(tài)密度不是很高,獲得的沖擊壓縮狀態(tài)的壓強也不是很高(二次沖擊壓強在10GP以內(nèi))。眾所周知,提高初始壓強和降低初始溫度能大幅度提高氣體初始密度,而初始密度的提高則能獲得更高的沖擊壓強。因此,為進一步研究更高壓強下氫、氦其混合氣體的狀態(tài),有必要展開氫、氦及其混合氣

3、體在高壓和低溫初態(tài)條件下的沖擊壓縮實驗及理論研究。 本文主要對稠密氫、氦混合氣體在高溫高壓下的物態(tài)特性開展了實驗和理論方面的研究。用液氮冷卻高壓(20MPa)混合氣體,獲得了更高的初始密度,約為常溫常壓的480倍;用絕熱材料包裹光纖,解決了低溫下光纖透光性差的問題;利用二級輕氣炮沖擊加載實驗技術以及多通道瞬態(tài)輻射高溫計和磁測速系統(tǒng)測量了氫氦混合氣體(初始壓強約20MPa,溫度90K左右,氫氣和氦氣的摩爾比為l:1.2088)沖擊

4、壓縮下的雨貢紐(Hugoniot)點和沖擊溫度,觀測到了混合氣體樣品多次沖擊壓縮的光譜輻亮度歷史。混合氣體一次沖擊終態(tài)壓強在2.3~3.7GPa之間,溫度3.1×10<'3>~3.6x10<'3>K,二次沖擊終態(tài)壓強14.3~17.0GPa,溫度4.7x10<'3>~5.5x10<'3>K,沖擊溫度和壓強在以前研究的基礎上有了較大的提高。采用流體自洽變分自由能模型建立了氫、氦及其混合氣體物態(tài)方程的理論模型。模型包括了分子的離解和原子的電

5、離,考慮了粒子間的相互作用對離解能(或電離能)和物態(tài)方程的影響。將模型計算出的Hugoniot曲線與實驗測量結果進行了對比,發(fā)現(xiàn)在實驗誤差范圍內(nèi),二者有著良好的吻合程度,表明本文的計算模型、測試技術和實驗數(shù)據(jù)是可靠的。同時,對更高溫度和密度的氦(密度10<'3>~10<'0.3>g/cm<'3>,溫度4~7eV)和氫氦混合物(密度0.025~1g/cm<'3>,溫度4000~10000 K)的物態(tài)方程進行了預測,得到了一些規(guī)律性的認識。

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