金属基活性破片侵彻间隔铝靶作用行为

为揭示活性破片穿靶毁伤机理,研究活性破片靶后碎片云与毁伤效应行为,开展了金属基活性破片侵彻间隔铝靶弹道枪实验。通过观察间隔铝靶穿孔模式与弹靶作用行为高速摄像,结合破片侵靶破碎理论、能量守恒定律和活性破片激活响应行为,分析活性破片侵彻间隔铝靶作用行为。研究结果表明:球形活性破片侵彻间隔铝靶时,对前靶造成冲塞毁伤,靶后形成碎片云对后靶造成动能-化学能耦合毁伤,后靶毁伤主要呈现为中心贯穿和碎片撞击复合模式,活性破片激活程度随碰撞速度增加呈增大趋势:建立了活性破片靶后碎片云理论模型,获得了碎片云演化规律,在不同碰撞速度下,临界贯穿孔径位置处的单位碎片动能与单位反应质量呈负相关关系。

激光烧蚀铝靶生成空气等离子体的机理

由Ｑ－开关Ｎｄ：ＹＡＧ激光器产生的１．０６μｍ、１０ｎｓ的脉冲激光辐射大气中的铝靶所产生的等离子体发射光谱的研究结果。当作用在铝靶表面的功率密度在１．０×１０￣９Ｗ／ｃｍ￣２－１．４×１０￣（１０）Ｗ／ｃｍ￣２范围时，测定了等离子体在２００至８８０ｎｍ波长范围内的空间、时间分辨发射光谱。实验发现，等离子体中Ｎ￣＋离子的辐射谱线与连续辐射同时出现并一起消失，随激光强度的增加Ｎ￣＋离子密度以指数关系增加，在激光源方向Ｎ￣＋离子的运动速度为零。从靶表面逸出的热电子与氮原子碰撞及随后发生的级联电离过程是产生Ｎ￣＋离子和空气等离子体的原因。

钢包覆式活性破片侵彻双层铝靶的行为特性研究

为研究包覆式活性破片撞击双层铝靶的毁伤效应和机理,利用14.5 mm弹道枪,开展了同质量、同尺寸的惰性钢破片、钢包覆金属/聚合物型活性破片以不同着靶速度侵彻3 mm+3 mm双层间隔铝靶的实验,分析了活性破片冲击双层间隔铝靶的点火及毁伤机理。结果表明,当破片着速为491~1391 m/s时,两型破片对前靶的穿孔形态和机理相同,为圆孔及冲塞型穿孔,孔直径以及孔直径随着速变化规律也基本相同;当破片着速大于947 m/s时,活性破片对后靶的穿孔开始显著大于前靶,主要是因为两靶间诱发了剧烈化学反应,且破片着速越高,反应越剧烈,后靶的毁伤增强效应越显著,当破片着速为947~1391 m/s时,后靶穿孔面积平均为4.1倍破片截面积,最大为7.2倍;该弹靶条件下活性破片冲击点火阈值速度约为947 m/s。

切削用量对铝靶表面质量的影响

采用单点金刚石切削技术,完成了对ICF实验用铝靶的切削加工,重点研究了切削用量对加工表面质量的影响。实验结果表明:采用较小的进给速度,较大的主轴转速能够获得较低的表面粗糙度,切削深度对表面质量影响较小。通过Form Talysurf表面轮廓仪测量,结果表明表面粗糙度小于50 nm。

镁合金弹丸10 km/s撞击铝靶成坑特性实验

为获得10 km/s超高速撞击成坑特性,采用内爆发射器开展了长径比l/d_(p)为1/2、直径d_(p)为0.8 cm的镁合金弹丸撞击厚5 cm铝靶的超高速撞击实验,获得了铝靶的撞击成坑尺寸和形貌特性,结合文献数据,分析了成坑形貌与8 km/s以下速度撞击坑的差异和弹丸长径比、速度、动能对成坑尺寸的影响。结果表明:典型的撞击坑不仅包含中心成坑区,还包含了破坏区,成坑区近似半球形弹坑,破坏区为自由表面剥落形成的浅坑;坑深P_(c)/d_(p)为1.5-2.0,坑径d_(c)/d_(p)为3-3.5,坑形系数P_(c)/d_(c)为0.50,成坑效率E/V_(c)均值为3.74 kJ/cm^(3);对于l/d_(p)≤1的弹丸,采用等效直径对坑深进行归一化,归一化后坑深与长径比无关,与速度的2/3次幂成线性关系。

铝靶电子温度空间分布实验诊断

电子温度是ICF研究中最基本的物理参数,对于了解激光吸收、X光转换和辐射输运等物理过程有着重要的物理意义。在星光Ⅱ装置(0.35μm,70J,700ps)上,采用空间分辨晶体谱仪从发泡铝平面靶切向方向观测,测得了铝平面靶沿激光轴向方向发射的空间分辨线谱,理论上采用日冕模型计算,二者配合给出了铝靶电子温度空间分布0.4keV～1.

红外吸收光谱法测定铝靶后处理工艺料液中硝酸铝和硝酸

利用红外吸收光谱法测定铝靶件后处理工艺料液中的硝酸铝和硝酸。利用三价铝离子和氢离子在近红外区的特殊吸收光谱,结合偏最小二乘回归(PLS)法,建立铝靶件后处理工艺料液中硝酸铝和硝酸含量的直接测定方法。硝酸铝和硝酸的浓度测量范围分别为0.20-2.21、0.20–6.00 mol/L,模拟样品中硝酸铝和硝酸测定结果的相对偏差小于5%,测定结果的相对标准偏差小于3%(n=6)。该方法可用于相关工艺流程样品的分析。

飞秒激光辐照铝靶产生快电子发射的实验和模拟研究

采用实验和数值模拟研究了飞秒激光辐照铝靶产生的快电子发射.实验中,在主脉冲前加上一个预脉冲产生预等离子体,然后主脉冲与预等离子体作用产生快电子.在激光反射方向附近,实验测量的快电子束发射与数值模拟的结果高度地一致;在靶背面,发射的快电子的数目小于数值模拟的结果,原因在于快电子在靶内输运受到电荷分离场和碰撞的影响;在数值模拟中未出现的,沿靶表面发射的快电子束,是由表面准静态电磁场的禁闭效应产生.

铝靶动态激光反射率的数值模拟

从金属近自由电子模型——Ｄｒｕｄｅ／Ｆｒｅｓｎｅｌ理论出发，分析了激光作用下铝靶表面反射率的动态变化规律。通过对铝电导率与温度变化关系的数值模拟，得到了凝聚态、液态、气态反射率的动态变化规律，且与实验结果基本符合。当激光功率密度处于１０￣（１１）～１０￣（１５）Ｗ／ｃｍ￣２范围内时，由等离子体模型和局部热力学平衡（ＬＴＥ）理论，亦得到了反射率随温度变化的数值模拟结果，与国外的实验结果符合得较好。

铝靶激光热应力的实验研究

用高温应变计和热偶计等诊断技术，研究连续波氧碘化学激光（ＣＷ／ＣＯＩＬ）与铝合金板作用产生的激光热应力。当照射靶面激光强度约１０００Ｗ／ｃｍ２时，激光热应力随靶厚的增加而快速减小。当激光辐照靶材厚度ｈ＝１．００ｍｍ、激光强度Ｉ＝６４０～９８０Ｗ／ｃｍ２时，激光热应力随辐照靶面激光强度的增加而增大。两者的激光热应力－时间曲线随靶厚的减薄或随辐照靶面激光强度的增加而变得越来越复杂。当靶厚ｈ≤２．５０ｍｍ，辐照靶面激光强度Ｉ≥８００Ｗ／ｃｍ２时，激光热应力强度超过激光辐照区材料断裂强度，萌生许多孔洞裂纹，引起材料断裂破坏。

多弧离子镀铝靶金相分析和研究

采用简便易行的蚀坑法辨别废旧镀膜铝靶的表面织构组分;选用适合浸蚀剂显示铝靶试样的宏观组织;使用电解抛光的方法制备金相试样,观察铝靶试样显微组织。由此推断铝靶在服役期间内部结构发生的变化。结果表明,铝靶在服役中,经历多次再结晶过程。铝靶表面织构组分和一般纯铝再结晶织构组分不太一致。

圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角

采用理论计算、数值模拟与实验相结合的方法,研究了直径5.7 mm、长6.7 mm的圆柱形破片以800~1 200 m/s的速度撞击2~10 mm厚铝靶时的跳飞特性。建立了破片斜侵彻有限厚靶板的跳飞临界角理论模型,计算得到破片跳飞临界角与破片入射速度、靶板厚度的关系,并与模拟值、实验值对比,三者吻合较好。结果表明:破片撞靶速度相同时,随着靶板厚度的增加,破片的跳飞临界角减小。靶板厚度相同的情况下,在所计算的速度范围内,入射速度越大,破片跳飞临界角越大。速度在800~1 200 m/s时,破片撞击2 mm厚靶板的跳飞临界角为81°~81.25°;撞击4 mm厚靶板的跳飞临界角为72.5°~76.25°。

在椭圆横截面弹体正侵彻下有限厚铝靶的破坏模式及响应特性

基于30 mm口径弹道炮平台,开展了3种不同椭圆横截面弹体在200~600 m/s撞击速度范围内正侵彻2A12铝靶的实验,获得了2A12铝靶的破坏形貌及弹体的剩余速度。在此基础上,建立了相应的数值模型,结合实验结果验证了所建模型的有效性,并系统分析了弹体横截面长短轴长度比对靶体的破坏情况及响应特性的影响。研究结果表明:弹体最大横截面面积是影响弹体剩余速度的主要因素,而弹体横截面长短轴长度比对弹体剩余速度的影响较弱;在圆形横截面弹体侵彻下靶体背部形成的花瓣大小和形状一致,空间分布均匀,而在椭圆横截面弹体侵彻下,随着弹体横截面长短轴长度比的增大,靶体背部形成的花瓣数量增加、尺寸变小,且在短轴方向的花瓣数量和靶体表面隆起高度均大于长轴方向的;靶体在圆形横截面弹体侵彻下的径向位移、径向应力和切向应力与其在椭圆横截面弹体侵彻下的显著不同,前者沿周向方向各点的变化规律基本一致,靶体处于简单的压缩状态,切向应力为零,而后者各点的应力状态与弹体横截面长短轴长度比和周向角密切相关,靶体受到压缩和剪切应力的耦合作用。

基于脉冲激光的铝靶碎片冲量耦合系数的研究进展

综述了冲量耦合系数的测量方法:冲击摆法、激光干涉法、激光结合冲击摆法、水平导轨测量方法、压力传感器法,介绍了冲量耦合系数的主要数值分析方法以及影响因素:激光波长、脉宽、重复频率、功率密度以及碎片材料特性等。在概括总结了激光烧蚀冲量耦合影响因素的基础上,总结了激光烧蚀冲量耦合系数测量实验装置需要改进的措施以及测量装置和激光发射器今后所需要研究的方向。

LY12铝靶激光热烧蚀的实验研究

给出波长为1.06μm的两种脉冲持续时间的会聚激光束照射LY12铝靶的热烧蚀结果。由金相显微仪、扫描电镜观察获得的烧蚀坑孔的显微照片表明,在脉冲持续时间为1.6ms光束照射下。铝合金不仅产生强汽化,而且伴随着严重的液相冲刷效应,其热烧蚀率在焦点处为360～500μg/J,在焦前40mm处为45～140μg/J。而在脉宽100ns的单脉冲激光束照射下,铝合金产生强汽化,但未发生液相冲刷,热烧蚀率为4～10μg/J。

长脉冲激光辐照铝靶的一维热熔融

给出长脉冲1.06μm激光对LY12铝板一维热熔融的有效熔融热、激光熔融阈值强度和金相显微分析的结果。得到激光加热与激光热应力联合引起材料破坏的新见解。当入射激光强度I=24～220kW/cm^2时,有效熔融热Q=3.5～57kJ/g,激光熔融阈值强度为10kW/cm^2。

激光驱动铝靶产生冲击波和热波的实验观测和分析

在“星光Ⅱ”上 ,使用基频光打靶 ,采用几种厚度的铝介质平面靶 ,进行了冲击波、热波和稀疏波三波相互作用规律的初步研究工作 ,成功地观测到冲击波在前和热波在后的物理图像 ,并发展了相关诊断技术和方法。

真空环境下激光烧蚀铝靶冲量耦合系数的数值模拟

通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理,利用激光体烧蚀模型,采用流体力学理论和1维Lagrange有限差分的计算方法,对真空条件下不同激光参数下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟,模拟计算结果与实验测量结果、Phipps定标关系符合较好。计算结果表明,在等离子体的情况下冲量耦合系数随着激光强度增大而减小。

激光照射下铝靶表面汽化压力的测量

本文分析了会聚自由振荡钕玻璃脉冲激光束辐照平面铝靶的汽化特性。在激光功率密度约100MW/cm^2下,由拍摄激光与靶相互作用产生射流发光的时间积分照片测得靶面的汽化压力约3.6MPa。把时间积分照片与高速分幅照片比较,证明在激光与靶相互作用一段时间后确实存在着马赫盘。

0．35μm激光─铝靶x射线转换效率测量和简化模型

利用“星Ⅱ”０．３５μｍ激光（能量２０Ｊ～９０Ｊ，焦斑Φ～２００μｍ，脉冲宽度４００ｐｓ～８００ｐｓ）辐照铝靶，得到了对于不同激光功率密度亚千Ｘ光转换效率，并提出了一个简化理论模型，来解释０．３５μｍ激光辐照铝靶ｘ光转换效率。在这个模型中，由于热传损失激光能量，因此对于低功率密度激光，ｘ光转换效率较低，同时对于高功率密度激光，由于等离子体喷射损失激光能量，因此转换效率也较低。这样存在某合适的激光功率，这时ｘ光转换效率达到最大值。