33gpa压力以下液氩冲击温度的实验测量

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2O卷第3期高压物理学报V01．2O．NO．32006年9月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSSept．，2006文章编号：1000-5773(2006)03-0296-0533GPa压力以下液氩冲击温度的实验测量孟川民，施尚春，黄海军，姬广富，唐敬友，杨向东。(1．中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室，四川绵阳621900；2、西南科技大学材料学院，四JII绵阳621000；3．四川大学

2、原子与分子物理研究所，四川成都610065)摘要：利用液氮冷靶系统制取液氩样品，以二级氢气炮作为加载工具，驱动飞片对液氩样品进行平面冲击压缩，实验测量了33GPa冲击压力以下液氩的冲击温度。飞片速度由磁测速系统测量，冲击波速度和冲击温度用光纤耦合高温计系统测量，粒子速度采用阻抗匹配法计算得到。实验测得当冲击压力为33GPa时，液氩的冲击温度超过10000K；而当冲击压力超过3OGPa时，冲击温度的上升趋势与理论计算相比明显变缓，该压力点正好与以前测得的冲击波速度一粒子速度曲线的拐点一致。关键词：

3、液氩；冲击温度；光纤高温计中图分类号：0521．2文献标识码：A1引言物态方程通常是指物质的压力、比容、温度关系，为了研究物质极端条件下的物性，通常可采用冲击压缩的方法，使被测样品达到极高的压力和温度状态。液氩原子核外电子有满壳层结构，分子可近似视为球形对称Ⅲ，即分子间相互作用势与角度无关，且当液氩原子相互作用时，其电子轨道的畸变较小，原子间相互作用势可用球形两体势较好地近似[】]，因此液氩高压物态方程的深入研究对各种统计力学理论和分子间相互作用势的研究，以及进一步的发展是很有必要的。正是由于上

4、述原因，液氩成为高压物理中研究得较多的物质口]。早在1966年，vanThiel和Alder就发表了他们采用炸药爆轰产生冲击波的方法，获得的冲击压缩液氩的实验数据，其最高的冲击压力达到7OGPa。1980年Nellis和Mitchell以二级轻气炮作为加载工具，利用二次冲击技术，把液氩的冲击压力提高到了9OGPa。在理论研究中，Ross等用MonteCarlo方法和液体微扰变分理论计算过液氩的高压物态方程，王番侯等0_还用分子动力学方法研究了液氩体系的冲击压缩特性。文献中关于液氩体系的冲击压力和

5、比容的实验数据是十分丰富的，这些数据为理论研究提供了直接的材料，同时又对理论结果进行最直观的检验。然而在已有的研究中，物态方程中很重要的参数——冲击温度的实验数据是很有限的，这个数据的获得基本靠理论计算得到。冲击温度是动高压研究中非常重要的一个状态参量，冲击压缩过程是不可逆的，伴随着明显的温升，对于液氩而言，在数十吉帕的冲击压力下，理论计算的冲击温度可达万度。冲击温度测量的重要性还体现在，它可以提供体系内能的信息，以液氩为例，其内能的变化受到体系粒子动能、粒子间排斥、原子电离、电子激发等几个内部

6、运动自由度的影响。在统计力学理论计算中，温度是一个计算参数，最终计算得到的体系温度对于体系内部自由度的激发十分敏感，因此冲击温度的直接测量，对高温高密度条件下合理的理论模型的建立，具有十分重要的意义，同时还提供了物态方程中温度的直接数据。*收稿日期：2005—09—09；修回日期：2005—11—17基金项目：国防科技重点实验室基金(00Ts75．21．3JWl905)；中国工程物理研究院科学基金(20040102)作者简介：盂JII民(1973一)，男，博士，助理研究员，主要从事高压物理和凝聚

7、态物理研究．E—mail：mcm901570@sohu．corn维普资讯http://www.cqvip.com第3期孟川民等：33GPa压力以下液氩冲击温度的实验测量2实验方法冲击温度作为冲击压缩状态参量，与冲击压力和冲击比容有着对应关系，在温度测量的同时还应确定体系的冲击压力和比容等热力学参量。在冲击压缩条件下，物质热力学特性满足基于冲击波阵面上质量、动量、能量守恒的Rankine—Hugoniot关系P一““p(1)—o(1一“。／u)(2)e—eo一(P+Po)(o—)／2(3)式中：P

8、、lD、e分别为被测样品的压力、密度、比内能，下标0代表初态。“为样品中的冲击波速度，“为冲击波阵面后的粒子速度，一1／0为被测样品的比容。通常情况下只要实验初态条件确定，便可得到被测样品的、P。，实验中测量出冲击波速度“，由阻抗匹配法求出粒子速度“。后，体系的冲击终态压力、比容和比内能增加量即可由方程(1)～方程(3)计算得到。本实验中，液氩冲击温度采用辐射法测量，实验时飞片以数公里每秒的速度撞击冷靶基板，撞击后在靶基板中形成的冲击波进入液体样品中，对样品进行冲击压缩并产生光辐射，光辐射通过光