激光驱动靶丸超高速发射研究

本文通过理论模拟和实验相结合的方法,对激光驱动靶丸超高速发射以及超高速靶丸撞击防护材料进行研究。首先利用辐射流体程序HYADES对靶的飞行速度进行了理论模拟预估,其次在中国工程物理研究院神光Ⅲ原型装置上开展实验验证,得到了将直径200 μm的铝球加速至44 km/s的实验结果,完成了高速铝球与防护材料撞击测试,并通过撞击形态验证了该材料的防护效果。本研究在模拟在轨航天器空间碎片撞击与防护方面具有十分重要意义。     

超高速撞击波阻抗梯度材料形成的碎片云相变特性

在超高速碰撞下,波阻抗梯度材料能使弹丸的动能更多地转变为靶板材料内能,使其发生熔化、气化等相变,分散和消耗弹丸的动能,进而实现航天器对空间碎片的防护。以钛、铝、镁3种 材料组成的波阻抗梯度材料为研究对象,借助于光滑粒子流体动力学数值模拟方法,采用Tilloston状态方程和Steinberg-Guinan本构模型,给出各材料的冲击相变判据,结合速度为7.9 km/s的超高速碰撞实验结果,验证数值模拟结果的有效性。计算结果表明：钛、铝、镁波阻抗梯度材料在受到大于4 km/s速度撞击时,形成的碎片云会发生不同程度的熔化和气化;钛、铝、镁3种组分分别在受到6 km/s、5 km/s、4 km/s速度撞击时碎片云会发生熔化,在受到8 km/s、9 km/s、6 km/s速度撞击时碎片云会发生气化。     

基于天光一号装置的激光直接驱动准等熵压缩研究

采用一种新型的激光驱动准等熵压缩方式，利用KrF准分子激光长脉宽的特点，在不经过脉冲整形的情况下在带窗口铝靶上实现了激光直接驱动准等熵压缩。实验前，对激光光束和靶结构进行了匹配设计。激光打靶获得的峰值压力为16.8 GPa，压力上升前沿约为17.0 ns，与辐射流体力学数值模拟结果一致，验证了实验方法的可行性和天光一号装置的稳定性和可重复性。通过分析受辐照后靶的损伤形貌与结构特征，发现受辐照区域铝膜完全气化，在辐照区域边缘形成溅射堆积状。辐照前后材料组织结构稳定，在高温高压作用下未形成新物质。最后，基于一维辐射流体力学模拟程序研究了不同激光功率密度对准等熵压缩加载过程影响规律，并采用热力学定律计算了其熵增，获得了其变化规律。