H_2+He流体混合物在部分离解区的物态方程

H2+He流体混合物在高温高压下由于氢的离解化学反应形成由H2,H,He三种粒子构成的混合体系,此时粒子间的相互作用较为复杂,离解能也会由于粒子间的这种复杂相互作用而降低.本文利用自洽流体变分理论来研究部分离解区H2+He流体混合物的高温高压物态方程,模型考虑了各种粒子间的相互作用及由温致和压致效应引起的离解能降低的自洽变分修正,并通过自洽流体变分过程对非理想的离解平衡方程求解得到粒子数密度分布,进而对自由能求导获得体系的热力学状态参量.计算结果与已有的冲击波实验数据、蒙特卡罗模拟及其他理论计算进行了比较.     

碳水混合物冲击压缩特性的理论研究

 采用固-液双相混合模型和分子流体的微扰变分统计理论,分别计算了石墨-水体系（ρ₀=1.233 g/cm³）和金刚石-水体系（ρ₀=1.238 g/cm³）的冲击压缩特性。结果表明：（1）在不发生石墨→金刚石相变和化学反应的低压区域（p<20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线的差别并不明显;（2）在发生石墨→金刚石相变的高压区域（p>20 GPa）,这两种混合体系的冲击压缩曲线显著不同,且石墨-水体系更易压缩;（3）在45～60 GPa强冲击压力范围内,冲击波诱发的化学反应也不会显著影响这两种体系冲击压缩曲线的走势。上述结论与文献（高压物理学报,1999,13(2):87-92）发表的实验结果相矛盾。进一步分析了引起理论与实验结果不一致的可能原因,并对文献中的实验结果及其理论分析结论提出质疑。     

立方氮化硼的振动光谱及反射光谱的研究

 将黑色、黄色、棕色三种小于50 μm立方氮化硼粉末为样品，研究了其红外光谱、拉曼光谱、反射光谱，结果表明：（1）样品的红外光谱中，1 818 cm^-1和1 548 cm^-1属于cBN的晶格本征振动，而立方氮化硼的晶格本征振动外的晶体缺陷吸收则发生在~800 cm^-1，1 580 cm^-1~1 740 cm^-1和大于2 400 cm^-1处。（2）拉曼光谱测试表明，在1 052 cm^-1和1 304 cm^-1附近出现的散射与cBN不具有反演中心及cBN具有立方结构这样的事实相一致，并且这种散射伴随着布里渊区中心声子的横向和纵向发射。144 cm^-1附近出现的散射，被认为是由于局部振荡模式的出现，在反斯托克斯区造成的信号，这与晶格中杂质缺陷有关。（3）依据得到的反射光谱，计算了cBN单晶禁带宽度，发现这三种cBN都具有大于金刚石的禁带宽度值，分别为：E_g(黑)=6.21 eV，E_g(黄)=5.73 eV，E_g(棕)=5.71 eV。     

关于（e+e-）,（μ+μ-）原子在库仑场的裂解

本文应用了复合粒子场论的微扰展开理论和自旋为（1/2-1/2）的库仑相互作用原子的Bethe-Salpeter协变波函数的近似解,计算了（e⁺e^-）（μ⁺μ^-）原子的高速飞行下裂解截面及能谱。结果表明（e⁺e^-）原子的裂解截面比前人的计算约小20％。此外,计算还表明（e⁺e^-）及（μ⁺μ^-）原子的单态和三重态裂解截面对任意主量子数n,和极端相对论近似下将精确相等,而前人的计算中只是n=2时才有这一结果,而对n=1时,两者相差约有25％。看来很可能是计算中的错误所致。     

相对论性电磁束缚系统（π±μ干）、（K±μ干）的库仑裂解与衰变

本文应用复合粒子量子场论的微扰展开式和相对论性的（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）的B.S.波函数,计算了在原子核屏蔽库仑场中高能（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）原子的裂解能谱和截面。在极端相对论近似下,对大多数原子核,它们的裂解截面分别约为10^-18cm²和10^-17cm²。利用同样的波函数,还计算了（π^&;#177;μ^?）→π⁰+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→K⁰+v_μ（v_μ）,以及（π^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）的衰变几率。     

0.1~800 MPa压力下方解石拉曼光谱的实验研究

 利用石英的拉曼谱峰与温度和压力的关系，检验了在金刚石压腔中用方解石拉曼谱峰确定体系压力的可行性，并初步确定了在常温下方解石的拉曼谱峰与压力的关系。实验研究结果表明：在实验的压力范围内方解石稳定，且其1 085 cm^-1 谱峰约为石英464 cm^-1谱峰的3倍强度，因此非常适合作为热液金刚石压腔的压力标定物。在温度26 ℃、压力0.1~800 MPa条件下，方解石的拉曼谱峰（1 085 cm^-1）随着压力的增加，呈线形增大，其关系式为：p(MPa)=192×(ν_p－1 085)－21.8，1 085 cm^-1<ν_p<1 090 cm^-1。     

(0—3/2)电磁束缚系统的B-S方程及其近似解

本文在梯形近似和弱耦合条件下求解了(0—3/2)电磁束缚系统的Bethe-Salpeter方程, 给出了精确到0(α)量级的相对论协变的近似B-S波函数, 进而利用此波函数和复合粒子量子场论的微扰展开理论, 计算了Ω^－+p→(π⁺Ω^－)+n过程中(π⁺Ω^－)原子的最大产生截面. 其结果为σ_max≈4×10^－37cm².     

中性介子的混合问题

采用Morpurgo关于正、反层子间存在两种相互作用势的简化假设后,本文将Isgure考虑过的0^-+,1^--,2⁺⁺两个中性介子混合问题扩充到SU（4）范围三个中性介子的混合。经计算表明,特别对于1^--介子,在质量谱与衰变行为两方面都与实验较为符合。     

聚四氟乙烯动态特性的实验研究

 在10~55 GPa的高压范围用化爆装置、采用阻抗匹配法测得了聚四氟乙烯（初始密度ρ₀=2.19 g/cm³）的冲击波速度D和波后粒子速度u之关系为：D=2.10+1.62u（mm/μs）。在0.2~3 GPa的低压范围用气炮装置、采用电磁速度计测量了材料内加、卸载过程的拉格朗日粒子速度波形，获得的冲击加载D-u关系为：D=1.24+3.72u-1.94u²（mm/μs）。实测卸载曲线和加载冲击绝热线接近一致，残余应变似乎不存在或者说很小；弹性区段很不明显，聚四氟乙烯本质上呈现出塑性性质。     

介子质量谱的统一解释

本文从瞬时相互作用假定出发,假定层子-反层子间的有效耦合是I、γ₅、γ_μ型的简单组合(W^（S）=-W^（P）=-W^（V）),则可得出自然J^PC介子（J取一切可能值）的一种统一解.在这种解中,介子的B-S振幅中的独立的空间波函数只有一个,它们满足同一个二阶标量方程.在重层子近似下,取线性位势,可由这个方程的能量.本征值公式大致统一解释新、老介子的质量谱.     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

Fe/FeO/FeS混合物的Hugoniot线研究

 在50～210 GPa的压力范围内,用二级轻气炮和电探针技术对平均密度ρ₀＝(6.69±0.06) g/cm³的三组元Fe/FeO/FeS（质量分数分别为58.96%、35.83%、5.21%）混合物的Hugoniot线进行了实验测量,所得的Hugoniot参数为：C₀＝(3.97±0.07) km/s,λ＝1.58±0.03。该混合物Hugoniot线的实测结果与用体积可加性原理计算得到的相同组分混合物的Hugoniot线的符合性很好;根据实验数据还计算了混合物的0 K等温压缩线,发现它与体积可加性原理对单质Fe、FeO和FeS的0 K等温压缩线的计算结果相一致,证明了实验结果的合理性与体积可加性原理的适用性,也表明了此混合物在冲击压缩过程中没有发生过可察觉的化学反应。研究结果亦为今后对外地核各种浓度比Fe-O-S体系候选组分高温高压物态方程及物性的进一步研究奠定了基础。     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

 用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃、初始密度为3.06 g/cm³的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据，结合McQueen等人的数据可以看出，(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃顽火辉石在冲击压缩过程中，大约经历三个明显区域：低压相区，压力范围为0~40 GPa；混合相区，压力范围为40～67 GPa；高压相区，压力范围为68～140 GPa。在低压相区，D-u关系已由McQueen给出；而在高压相区（68～140 GPa），可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg_0.92, Fe_0.08)O(Mw)+SiO₂(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线，从而排除了在高达140 GPa冲击压力下，钙钛矿结构的(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合，可以得到(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程，由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)SiO₃钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好，支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。     

JB-9001钝感炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“压力对比法”实验技术，通过锰铜压力计测试待测炸药样品和LY12铝样品在LY12铝飞片的同时撞击下的界面压力p_exp和p_Al，从冲击波关系式和正交回归直线拟合分析，确定了JB-9001钝感炸药的冲击Hugoniot关系。     

高岭石的高温高压相图及其地学意义

 用阻抗匹配法和PZT压电探针技术,在100 GPa的冲击压力范围内测量了初始密度分别为1.375 g/cm³和2.001 g/cm³两种孔隙度叙永石样品的Hugoniot状态方程。根据其p_H-ρ_H线所给出的高温高压相变点,用Grüneisen状态方程计算其相变点压力所对应的温度,并结合常压下受热相变的温度值,建立了“高岭石/Al₂O₃+SiO₂+H₂O”的温度-压力相平衡图。通过该相图与线性地热线的交点推断：高岭石至少可在上地幔50 km深处作为一种含水（OH^-）矿物而稳定存在;或在俯冲板块中至少于133 km深处作为一种含水（OH^-）泥质沉积物的过渡相而存在。     

氘、氦及其混合物状态方程第一原理研究

利用量子分子动力学方法对氘、氦及其混合物的状态方程进行了研究. 计算了氦在密度0.32-5 g/cm³, 温度1000-50000 K范围内的状态方程, 并与化学模型的结果进行了比较; 同时计算了冲击Hugoniot曲线, 与气炮实验的结果符合得很好. 通过计算对分布函数及态密度, 探讨了氦在高温高压下发生金属-绝缘体转变的机理. 计算了氘在密度0.19-0.84 g/cm³, 温度20-50000 K范围内的状态方程; 并计算了理论Hugoniot状态, 由于没有考虑原子的零点运动, 在低温区, 理论结果比实验值小. 对氘氦混合物的状态方程进行了研究, 计算了温度和密度区间为100-50000 K, 0.19-0.84 g/cm³, 不同混合度下的293个状态点的状态方程. 对线性混合近似进行了考查, 结果表明线性混合近似是一个粗略的近似.     

液态N2、CO冲击压缩特性研究

 介绍利用液氮致冷技术实现低温靶的冷却及样品气体的液化,并通过二级轻气炮对液态气体加载进行平面冲击压缩,实验分别测得10～57 GPa一次冲击压缩下液氮和液态CO的Hugoniot关系数据。这些实验数据结果显示,33 GPa以上比其以下更容易压缩,这种现象本质是氮发生离解相变消耗内能的一种表现形势。液态在20 GPa以下表现为一种稳定的压缩过程,而在其以上则伴随有较为复杂的化学反应现象产生。此外,实验研究还发现,20 GPa以下N₂和CO两种分子液体的冲击压缩特性非常相似。     

石油醚在流体静高压下的超声声速、衰减、密度和绝热压缩系数

 专门设计了用脉冲-回波-重合法在不同静水压下测量液体声速的装置，并对石油醚在0.1~650 MPa流体静压力范围内测量了其超声声速和衰减系数。还通过测量体积压缩量和质量得到石油醚密度ρ随流体静压力的变化。最后，给出了石油醚的绝热压缩系数β与流体静压力的关系。     

高密度氦状态方程的分子动力学模拟研究

 用分子动力学模拟和与固氦实验等温线比较的方法,确定了高密度氦指数6势函数中劲度系数α的优选值为12.7。然后我们用这个新的α值计算了fcc固氦的状态方程及其径向分布函数,发现当把ρ限定为1.60 g/cm³时,其径向分布函数的第二个峰将在2 000 K到3 040 K区间消失,表明此时固氦的长程有序性降低,或者说发生了固-液相变过程。