词条 | 动态超高压技术 |
释义 | dongtai chaogaoya jishu 动态超高压技术(卷名:力学) dynamic ultra-high pressure technique 极强的冲击波(即激波)在介质(主要指固体)中传播时,会使介质的压力、密度、温度等状态参量发生急剧变化。这种状态称为动态超高压状态,产生强冲击波的技术称为动态超高压技术。 动态超高压技术及其理论是在第二次世界大战后期发展成熟的。它的任务通常是研究固体靶在动态超高压(压力达100千巴以上,1巴等于105帕)条件下的力学性质。在这种情况下,靶材料的剪切刚度对它们力学响应特性的影响可忽略不计。产生强冲击波的方法主要有:①接触爆炸法;②高速碰撞法;③能量快速沉积法;④冲击波马赫反射法。 接触爆炸法 利用爆轰的高温高压产物对其周围介质的膨胀作功,产生巨大的冲击作用。化学炸药与固体靶接触爆炸(装置见图1)时,在靶中能产生数十千巴到数百千巴的冲击压力。核爆炸比化学炸药爆炸猛烈得多。在封闭式核爆炸条件下(装置见图2),核爆炸的高温产物也对周围介质产生巨大的冲击压力。一个兆吨级TNT当量的核爆炸,在邻接爆室壁的被研究样品中约可产生数兆巴到20兆巴的冲击压力。另外,如果用核爆炸产生的中子去引发相距不远的235U,也可以在贴紧铀块的固体材料中产生强冲击波。美国的C.E.拉根(第三)等就用这方法在钼样品中产生了20兆巴压力的冲击波(装置见图3)。 ![]() ![]() ![]() 高速碰撞法 高速弹丸与静止靶相碰,可以在靶中产生强冲击波。当靶材料一定时,碰撞面上的压力p同弹丸密度ρ、弹丸速度v的关系如下:p∝ρv2。加速弹丸的方法主要有气炮加速法和爆炸加速法。 气炮装置一般由高压室、快门机构(活塞头或膜片)、发射管、弹丸等组成(图4)。 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 能量快速沉积法 在激光、电子束或核爆炸产生的强X射线等高功率辐照源的照射下,固体靶表面的一薄层物质会在能量快速沉积作用下迅速加热,因而产生一个向深处的“冷”靶内传播的强冲击波(见粒子束爆炸)。已发表的资料多数是脉冲电子束的实验结果,其压力从数十千巴到一兆巴左右。另外,根据美国的R.J.特雷纳等人的分析,利用激光装置Shiva(能量104焦耳,激光脉冲半宽度1纳秒),可望在氘、氢化锂、铁和铀中产生50~100兆巴的冲击压力。 冲击波马赫反射法 如果采取措施使利用上述方法产生的强冲击波形成马赫反射(见空中爆炸),可以提高冲击压力。苏联的Л.В.阿尔特舒勒等人提出了如图9所示的高压装置。实验中,用 420千巴的平面入射冲击波,在铁靶中发生马赫反射,产生1.71兆巴的高压(在马赫波区);当入射波压力提高到1.7兆巴时,铁靶中马赫波后的压力为6兆巴。法国的德博蒙等人还设计成锥形会聚冲击波的马赫反射高压装置(图10):铜飞片在爆轰产物推动下,同时撞击一锥形靶表面,在靶中产生锥形会聚冲击波,并在中心轴的部位上发生马赫反射。他利用这个装置,分别在铀和铜中产生15兆巴和12兆巴的压力。 ![]() ![]() 动态超高压技术在物态方程测量、人工合成新材料(如金刚石)、地球内部结构研究、冲击引爆机理、陨石成坑及对空间飞行器的破坏,以及穿甲、侵彻、爆炸加工等研究工作中是一项重要技术,被广泛应用于固体物理、天体物理、地球物理、固体化学、爆炸力学、军事科学等学科以及许多工业技术的研究工作中。 参考书目 R.S. Bradley, ed., High Pressure Physics and Chemistry,Vol.2,Chap.9, Academic Press,New York,1963. P.C.Chou and Hopkins,ed., Dynamic Response of Materials to Intense Impulsive Loading,Chap.8,p.405,U.S.A.,1973. |
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