沖擊壓縮產(chǎn)生稠密氬等離子體的狀態(tài)方程和光譜特性研究

1、T h e E q u a t i o n s o f S t a t e a n d S p e c t r u m o f S h o c kC o m p r e s s i o n D e n s e A r g o n P l a s m aA D i s s e r t a t i o nS u b m i t t e d t oC h i n a A c a d e m y o f E n g i n e e r i n

2、g P h y s i c sF o r M a s t e r ’SD e g r e eA u t h o r ：C h e n Y u l e iS u p e r v i s o r s ：C h e nQ i f e n g ( P r o f e s s o r )C h i n a A c a d e m y o f E n g i n e e r i n g P h y s i c sM i a n y a n g ，S

3、 i c h u a n2 0 1 2 ．5 ．2 5中國工程物理研究院碩士學位論文摘要在聚變物理過程中主要涉及到?jīng)_擊壓縮產(chǎn)生稠密等離子體過程。它的狀態(tài)方程數(shù)據(jù)是計算機模擬聚變的重要輸入?yún)?shù)，所以研究沖擊壓縮產(chǎn)生高溫稠密等離子體的物理性質(zhì)具有明確的應用背景和科學意義。高溫稠密等離子體狀態(tài)方程和光譜研究已經(jīng)不斷引起人們的濃厚興趣，因為不僅僅在宇宙中存在著豐富的等離子體，演繹著奇妙的天體物理現(xiàn)象；科學家們也在實驗室里制造等離子體，去觀測許多

4、新的、驚人的等離子體現(xiàn)象，并且在我們?nèi)粘Ｉ钪幸灿泻芏嗬玫入x子體的設(shè)施乃至家電。沖擊波方法是實驗室產(chǎn)生等離子體常用手段之一。目前，產(chǎn)生強沖擊波的技術(shù)手段大體上可以分為四個方面：輕氣炮、強激光、磁驅(qū)動、化爆加載產(chǎn)生強沖擊波。被研究物質(zhì)經(jīng)沖擊波壓縮成為等離子體。由于輕氣炮驅(qū)動飛片撞擊產(chǎn)生的沖擊波具有平面性好的特點，經(jīng)沖擊壓縮后的等離子體具有密度壓力溫度均勻的特點，而且體積大，具有幾個立方厘米，這些優(yōu)點為等離子體參數(shù)診斷提供了非常有利的條件

5、。因此，本學位論文采用二級輕氣炮作為加載手段，對幾十到數(shù)百倍常態(tài)密度的稠密氬氣進行沖擊壓縮以產(chǎn)生高溫稠密等離子體。再利用輻射高溫計( P M T ) + 多普勒探針系統(tǒng)( D P S ) + 多通道光學分析儀( O M A ) 對其壓力、溫度、密度等狀態(tài)和瞬態(tài)光譜進行診斷，獲取寬區(qū)域狀態(tài)方程數(shù)據(jù)。氬是單原子閉殼層氣體分子，沖擊壓縮稠密氣體氬易產(chǎn)生高溫高壓等離子體，它適合于檢驗已有的和新的等離子體理論模型及等離子體診斷技術(shù)。因此，本學位論

6、文選擇稠密氣體氬作為研究對象，針對目前氣體氬沖擊壓縮實驗終態(tài)壓力局限在3 0 G P a 以下，寬區(qū)域等離子體狀態(tài)方程模型構(gòu)建需要這方面實驗數(shù)據(jù)等問題，開展了沖擊壓縮產(chǎn)生高溫高壓等離子體狀態(tài)方程及其光譜診斷技術(shù)研究，主要取得以下三點進步和認識：( 1 )實現(xiàn)了沖擊壓縮氬等離子體光輻射歷史、粒子速度剖面、輻射光譜以及L i F 窗E l H u g o n i o t等多信息量的同步測量，從實驗上獲得了1 ～1 5 0 G P a 壓力范

7、圍氬等離子體狀態(tài)方程，驗證了自洽流體變分部分電離等離子體狀態(tài)方程計算模型。( 2 ) 設(shè)計了用于測量M P a 壓強區(qū)氣體等溫狀態(tài)方程的實驗裝置，測量了3 0 0K 、O ．6 0 M P a 氬的等溫狀態(tài)方程，通過實驗數(shù)據(jù)擬合得到氬氣的第二和第三維里系數(shù)。由實驗氣體氬維里系數(shù)確定了其林納德．瓊斯( L ．J 勢) 參數(shù)與其他實驗和經(jīng)驗方程比較分析，確定其適用范圍。( 3 ) 光譜實驗測量取得初步結(jié)果和認識。隨著壓力增加，沖擊波前氣體對